CH673361A5

CH673361A5 - Magnetic eddy current brake for rail vehicle - has air-gap between stator and brake disc varied dependent on revs

Info

Publication number: CH673361A5
Application number: CH3902/87A
Authority: CH
Inventors: Max Koller
Original assignee: Oerlikon Buehrle Ag
Priority date: 1987-10-06
Filing date: 1987-10-06
Publication date: 1990-02-28

Abstract

The eddy current brake has a stator (14) incorporating permanent or electromagnet elements (16) and a rotor (17) with an attached fan wheel (18,19) and an eddy current brake disc (27), with an air-gap (20) between the latter and the stator (14). The width of the air-gap (20) is variable during the operation of the eddy current brake, to allow the max. braking torque to be maintained over the full rev. range. Pref. the eddy current brake disc (27) is axially displaced relative to the fan wheel (18,19) via a spring (42) which has a spring characteristic matched to the force resulting from the relative velocity between the magnet elements (16) and the brake disc (27). ADVANTAGE - Max. braking torque wide rev. range.

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektro- oder permanentmagnetisch betätigbare Wirbelstrombremse für Fahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to an electromagnetically or permanently magnetically actuable eddy current brake for vehicles according to the preamble of patent claim 1.

Bei einer bekannten permanentmagnetisch betätigbaren Bremse dieser Art, siehe EP-A-0 084 140, sind zwei Wirbelstrombremsscheiben fest mit dem jeweiligen Lüfterrad verbunden. Dabei wird, wie an sich in der Praxis üblich, der jeweilige konstante Luftspalt möglichst klein gewählt, um möglichst hohe Bremsmomente bei gegebener magnetischer Induktion zu erzielen. Es hat sich nun gezeigt, dass das in Abhängigkeit der Drehzahl gemessene Bremsmoment nach einem Maximum stärker als erwartet absinkt. Eine solchermassen wirksame Kennlinie ist für viele Anwendungen unerwünscht. Insbesondere im Nutzfahrzeugbereich vermochten sich solche Bremsen in der Folge nicht durchzusetzen. In a known permanent magnet brake of this type, see EP-A-0 084 140, two eddy current brake disks are firmly connected to the respective fan wheel. As is usual in practice, the respective constant air gap is chosen to be as small as possible in order to achieve the highest possible braking torques for a given magnetic induction. It has now been shown that the braking torque measured as a function of the speed drops more than expected after a maximum. Such an effective characteristic curve is undesirable for many applications. In the commercial vehicle sector in particular, such brakes were subsequently unable to establish themselves.

Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, eine elektro- oder permanentmagnetisch betätigbare Wirbelstrombremse zu schaffen, mit der das wirksame Bremsmoment in Funktion der Drehzahl anwendungsspezifisch verbessert werden kann. The invention, as characterized in the claims, solves the problem of creating an electromagnetically or permanently magnetically actuable eddy current brake with which the effective braking torque can be improved as a function of the speed, depending on the application.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass innerhalb einer Kennlinienschar eines Bremsmoment-Drehzahl-Diagramms bei verschiedenen Luftspalten eine beliebige Kennlinie anwendungsspezifisch festgelegt und mit einer erfindungsgemässen Einrichtung nachgebildet werden kann. Insbesondere kann die Umhüllende mit dem maximalen Bremsmoment angenähert nachgebildet werden. The advantages achieved by the invention are essentially to be seen in the fact that within a family of characteristics of a braking torque-speed diagram, with various air gaps, any characteristic curve can be defined application-specifically and can be simulated with a device according to the invention. In particular, the envelope can be approximated with the maximum braking torque.

Allerdings ist aus der DE-A-2 035 781 eine Wirbelstromund Hysterese-Bremse für Schienenfahrzeuge bekannt geworden, bei der eine Einrichtung mit federbelasteten Abstandhaltemitteln vorgesehen ist, die jedoch in der Einschaltstellung einen nahezu gleichbleibenden Luftspalt zwischen den Polflächen und der Schiene gewährleisten und in der Ausschaltstellung die Bremse mit grösserem Luftspalt durch Federmittel fixiert hält. However, an eddy current and hysteresis brake for rail vehicles has become known from DE-A-2 035 781, in which a device is provided with spring-loaded spacing means, which, however, ensure an almost constant air gap between the pole faces and the rail in the switched-on position and in the Switch-off position holds the brake with a larger air gap fixed by spring means.

Dabei wird die Einschaltstellung erreicht, indem die Kraft der Federmittel so zu bemessen ist, dass die zwischen der Bremse und der Schiene auftretenden elektromagnetischen Anziehungskräfte die Kraft der Federmittel über den ganzen Betriebsbereich, insbesondere auch bei hohen Geschwindigkeiten, zu überwinden vermag. Zur Vermeidung von unzulässigen Lagerbelastungen, gegeben durch die hohen Anziehungskräfte bei niedrigen Geschwindigkeiten, sind Regel- oder Abschaltmittel vorgesehen, mit denen die Erregerleistung entsprechend geregelt wird, wodurch aber eine Verminderung des wirksamen Bremsmomentes resultiert. The switch-on position is achieved by dimensioning the force of the spring means in such a way that the electromagnetic attraction forces occurring between the brake and the rail can overcome the force of the spring means over the entire operating range, in particular even at high speeds. To avoid impermissible bearing loads, given by the high attractive forces at low speeds, regulating or switch-off means are provided with which the excitation power is regulated accordingly, but this results in a reduction in the effective braking torque.

Weiter ist im Aufsatz Die scheibenförmige Wirbelstrombremse von D. Schmidt in der Zeitschrift Deutsche Elektrotechnik, Heft 6-8, 1956, Seite 259, Bild 28 ein Diagramm für das Bremsmoment in Abhängigkeit von der Drehzahl bei verschiedenen, jeweils konstanten Luftspalten sowie mit konstantem Erregerfluss dargestellt, welches der nachstehend dargestellten Fig. 2 entspricht. Anderseits ist in diesem Aufsatz kein Hinweis zu finden, welcher die erfindungsgemäss vorgeschlagene Einrichtung nahelegt. Im Gegenteil, es wird empfohlen, den Luftspalt möglichst klein zu halten. In addition, the disc-shaped eddy current brake by D. Schmidt in the magazine Deutsche Elektrotechnik, issue 6-8, 1956, page 259, picture 28 shows a diagram for the braking torque as a function of the speed at various, constant air gaps and with a constant excitation flow which corresponds to FIG. 2 shown below. On the other hand, there is no indication in this article which suggests the device proposed according to the invention. On the contrary, it is recommended to keep the air gap as small as possible.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung, welche ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt, näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine Permanentmagnetbremse mit einer Einrichtung zum Variieren des Luftspaltes; Fig. 2 ein Diagramm, aus dem das Bremsmoment in Funktion der Drehzahl bei verschiedenen konstanten Luftspalten ersichtlich ist. The invention is explained in more detail below with reference to a drawing, which represents a preferred exemplary embodiment of the invention. It shows: 1 shows a partial section through a permanent magnet brake with a device for varying the air gap. Fig. 2 is a diagram from which the braking torque as a function of the speed can be seen at various constant air gaps.

Die in Fig. 1 dargestellte Permanentmagnetbremse, ausgenommen die erfindungsgemässe Einrichtung, ist in der eingangs erwähnten EP-A-0 084 140 im Detail beschrieben und gehört zum Stand der Technik. Es werden daher nur die für das Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendigen Teile der Permanentmagnetbremse erläutert. Gemäss Fig. 1 ist auf einer Getriebewelle 10 über ein Rollenlager 11 eine Hülse 12 drehbar gelagert. An der Hülse 12 ist ein Support 13 befestigt, der an sich aus mehreren Teilen besteht und in einem Fahrzeug ortsfest montiert wird. Der Support 13 trägt einen Statorteil 14,welcher einen ringförmigen Hohlraum 15 mit darin angeordneten Magnetgliedern 16 aufweist.Wie an sich bekannt, bestehen bei dieser Permanentmagnetbremse die Magnetglieder 16 aus Polstücken wechselnder Polarität, an denen feststehende und verdrehbare Dauermagnete angrenzen, wobei die feststehenden Dauermagnete an den Polstücken anliegen und die verdrehbaren Dauermagnete mit segmentförmigen Pulschuhen versehen sind, welche in entsprechende Aussparungen der Polstücke eingreifen. In Fig. 1 ist ein ortsfestes Polstück 22 mit daran angrenzenden inneren und äusseren Dauermagneten 31 und 32 und zugehörigen Rückschlussplatten 33 und 34 ersichtlich. An der Getriebewelle 10 ist ein Rotorteil 17 mit am Umfang verteilt angeordneten Schrauben 7 befestigt, wobei der Rotorteil wiederum aus mehreren Teilen bestehen kann. Der Rotorteil 17 ist hier so ausgebildet, dass den beiden Stirnseiten des Statorteils 14 ein Lüfterrad 18 und 19 gegenüberstehen.An den beiden Lüfterrädern 18 und 19 ist je eine ringscheibenförmige Wirbelstrombremsscheibe 27 drehfest und mit je einem Luftspalt 20 zu den Stirnseiten der Magnetglieder 16 angeordnet. Wie bekannt, wird durch die Grösse dieser Luftspalte 20 die zu erzielende Bremskraft beeinflusst. The permanent magnet brake shown in FIG. 1, with the exception of the device according to the invention, is described in detail in the aforementioned EP-A-0 084 140 and belongs to the prior art. Therefore, only the parts of the permanent magnet brake necessary for understanding the present invention are explained. 1, a sleeve 12 is rotatably mounted on a gear shaft 10 via a roller bearing 11. A support 13 is attached to the sleeve 12, which itself consists of several parts and is mounted in a vehicle in a stationary manner. The support 13 carries a stator part 14, which has an annular cavity 15 with magnetic members 16 arranged therein rest on the pole pieces and the rotatable permanent magnets are provided with segment-shaped pulse shoes which engage in corresponding recesses in the pole pieces. 1 shows a stationary pole piece 22 with adjacent inner and outer permanent magnets 31 and 32 and associated yoke plates 33 and 34. A rotor part 17 is fastened to the transmission shaft 10 by means of screws 7 arranged distributed around the circumference, the rotor part again being able to consist of several parts. The rotor part 17 is designed here such that the two end faces of the stator part 14 are opposed by a fan wheel 18 and 19. On each of the two fan wheels 18 and 19, an eddy-current brake disk 27 in the form of an annular disk is rotationally fixed and each has an air gap 20 to the end faces of the magnetic members 16. As is known, the size of these air gaps 20 influences the braking force to be achieved.

Erfindungsgemäss ist nun eine Einrichtung zum Variieren des Luftspaltes 20 während dem Betrieb der Wirbelstrombremse vorgesehen. Im Ausführungsbeispiel wird die Grösse dieser beiden Luftspalte 20 während dem Betrieb variabel gehalten, indem an den beiden Lüfterrädern 18 und 19 je eine Einrichtung mit federbelasteten Befestigungsmitteln 40 und Anschlägen vorgesehen ist, welche die Wirbelstrombremsscheibe 27 in axialer Richtung selbsttätig beschränkt verschiebbar hält. Beispielsweise sind die Wirbelstrombremsscheiben 27 in einem Flansch 28 der Lüfterräder 18 und 19 geführt und über regelmässig am Umfang verteilte Gewindebolzen 41, Federn 42 und Zentriermuttern 43 verdrehsicher und axial verschiebbar befestigt.Nur zur Verdeutlichung der Einrichtung ist der Luftspalt 20 am linken Lüfterrad 18 mit der kleinsten Grösse A1 und der Luftspalt 20 am rechten Lüfterrad 19 mit der grössten Grösse A5 dargestellt. Vorzugsweise funktionieren aber die Einrichtungen an einer solchen Wirbelstrombremse mit zwei Wirbelstrombremsscheiben 27 symmetrisch. Als Federn werden beispielsweise vorgespannte Tellerfedern 42 verwendet, wobei diese in der linken Darstellung ganz zusammengepresst sind und damit einen ersten Anschlag für den Luftspalt 20 mit der kleinsten Grösse Al bilden. Die Wirbelstrombremsscheibe 27 ist in dieser Stellung durch einen weiteren Luftspalt 29 mit der Grösse B von einer Anschlagfläche 30 im Lüfterrad 18 getrennt gehalten. According to the invention, a device for varying the air gap 20 is now provided during the operation of the eddy current brake. In the exemplary embodiment, the size of these two air gaps 20 is kept variable during operation by providing a device with spring-loaded fastening means 40 and stops on each of the two fan wheels 18 and 19, which device automatically keeps the eddy current brake disc 27 displaceable in the axial direction. For example, the eddy current brake discs 27 are guided in a flange 28 of the fan wheels 18 and 19 and are secured against rotation and axially displaceably by means of threaded bolts 41, springs 42 and centering nuts 43 that are regularly distributed around the circumference. Only to clarify the device is the air gap 20 on the left fan wheel 18 with the smallest size A1 and the air gap 20 on the right fan wheel 19 shown with the largest size A5. However, the devices on such an eddy current brake with two eddy current brake discs 27 preferably function symmetrically. For example, prestressed disc springs 42 are used as springs, these being completely compressed in the left-hand illustration and thus forming a first stop for the air gap 20 with the smallest size A1. In this position, the eddy current brake disc 27 is kept separated from a stop surface 30 in the fan wheel 18 by a further air gap 29 with the size B.

Durch die Kraft der Federn 42 kann die Wirbelstrombremsscheibe 27 un dem Betrag B an die Anschlagfläche 30 verschoben werden, wie am Lüfterrad 19 dargestellt. Dadurch vergrössert sich der Luftspalt 20 von der kleinsten Grösse Al um den Betrag B zur grössten Grösse A5. Due to the force of the springs 42, the eddy current brake disc 27 can be moved to the stop surface 30 by the amount B, as shown on the fan wheel 19. As a result, the air gap 20 increases from the smallest size Al by the amount B to the largest size A5.

Fig. 2 zeigt in einem Diagramm verschiedene Bremsmoment-Kennlinien in Funktion der Drehzahl bei verschiedenen Luftspalten, welche über den ganzen jeweiligen Drehzahlbereich konstant gehalten sind. Die Kennlinie A1 definiert das Bremsmoment bei kleinstem Luftspalt 20 und die Kennlinie A5 das Bremsmoment mit dem grössten Luftspalt 20. Die Kennlinien A2, A3 und A4 stellen entsprechende Zwischengrössen der Luftspalte 20 dar. 2 shows in a diagram different braking torque characteristic curves as a function of the speed at different air gaps, which are kept constant over the entire respective speed range. The characteristic curve A1 defines the braking torque with the smallest air gap 20 and the characteristic curve A5 the braking torque with the largest air gap 20. The characteristic curves A2, A3 and A4 represent corresponding intermediate sizes of the air gaps 20.

Dieses Diagramm entspricht nicht den allgemein bekannten Diagrammen von Wirbelstrombremsen, die mit konstanter magnetischer Induktion und konstantem Luftspalt betrieben werden, welche bei kleineren Luftspalten höhere Bremsmomente über den ganzen Drehzahlbereich aufweisen. Allerdings ist ein Diagramm gemäss Fig. 2 aus dem vorerwähnten Aufsatz von D. Schmidt bekannt geworden. This diagram does not correspond to the generally known diagrams of eddy current brakes, which are operated with constant magnetic induction and constant air gap, which have higher braking torques over the entire speed range with smaller air gaps. However, a diagram according to FIG. 2 has become known from the above-mentioned article by D. Schmidt.

Das maximal wirksame Bremsmoment wird nun erreicht, indem der Luftspalt 20 während dem Betrieb variiert wird, derart, dass das wirksame Bremsmoment der Umhüllenden mit dem maximalen Bremsmoment dieser Kurvenschar entspricht. The maximum effective braking torque is now achieved by varying the air gap 20 during operation such that the effective braking torque corresponds to the envelope with the maximum braking torque of this family of curves.

Mit anderen Worten, der Luftspalt wird im unteren Drehzahlbereich gemäss der Kennlinie A1 und im oberen Drehzahlbereich gemäss der Kennlinie A5 eingestellt, aber im Drehzahlbereich C bis D zwischen den Schnittpunkten der Kurven Al und A2 bzw. A4 und A5 innerhalb der beiden Endstellungen variabel nachgeführt. Diese erwünschte Kennlinie wird nun durch die Charakteristik der Federn 42 in Abstimmung mit den in Abhängigkeit der Relativgeschwindigkeit zwischen den Magnetgliedern 16 und der Wirbelstrombremsscheibe 27 auftretenden Anziehungskräften zum selbsttätigen Variieren des Luftspaltes nachgebildet. In other words, the air gap is set in the lower speed range according to the characteristic curve A1 and in the upper speed range according to the characteristic curve A5, but variably adjusted in the speed range C to D between the intersection of the curves A1 and A2 or A4 and A5 within the two end positions. This desired characteristic curve is now simulated by the characteristics of the springs 42 in coordination with the attractive forces occurring as a function of the relative speed between the magnetic members 16 and the eddy current brake disc 27 for the automatic variation of the air gap.

An sich kann auch jede andere beliebige Bremsmomentkurve nachgebildet werden, sofern sie sich innerhalb der maximalen und minimalen Umhüllenden der entsprechenden Kurvenschar, in diesem Beispiel Al bis A5, befindet. Any other arbitrary braking torque curve can also be simulated, provided that it is within the maximum and minimum envelopes of the corresponding family of curves, in this example Al to A5.

Die Erfindung ist aber nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt, denn eine Luftspaltveränderung während dem Betrieb kann durch unterschiedliche Einrichtungen erzielt werden. However, the invention is not limited to this exemplary embodiment, because an air gap change during operation can be achieved by different devices.

Zum Beispiel können die Wirbelstrombremsscheiben mit dem Lüfterrad fest verbunden sein und die Lüfterräder selbst können hydraulisch oder mechanisch axial verschiebbar angeordnet und durch entsprechende Steuer- oder Regelorgane in ihrer Stellung kontrolliert werden. For example, the eddy current brake disks can be firmly connected to the fan wheel and the fan wheels themselves can be arranged hydraulically or mechanically axially displaceably and their position can be checked by appropriate control or regulating elements.

Claims

PATENT CLAIMS

1.Electrically or permanently magnetically actuable eddy current brake for vehicles, with a magnetic members (16) having stator part (14) and a rotor part (17) with fan wheel (18, 19) and associated eddy current brake disc (27), between stator part (14) and Eddy current brake disc (27) an air gap (20) is present, characterized by a device for varying the air gap (20) during operation.

2. Eddy current brake according to claim 1, characterized in that the device is designed to automatically vary the air gap (20).

3. eddy current brake according to claim 1, characterized in that the device contains control or regulating elements.

4. Eddy current brake according to claim 2, characterized in that the device has spring-loaded fastening means (40) which hold the eddy current brake disc (27) on the fan wheel (18, 19) in the axial direction to a limited extent, the air gap (20), or the Current position of the eddy current brake disc (27), essentially by the characteristic of the spring means (42) in coordination with the counteracting, depending on the relative speed between the magnetic members (16) and eddy current brake disc (27) occurring Az pulling forces.

5. Eddy current brake according to claim 4, characterized in that as a spring-loaded fastening means (40) on the eddy current brake disc (27) and in the fan wheel (18, 19) guided spacer bolts (41), prestressed springs (42) and on the fan wheel (18, 19) guided centering nuts (43) are provided.