DE10257617A1

DE10257617A1 - Einstückige Bremsvorrichtung mit einer Feststellbremse und einer Wirbelstrombremse

Info

Publication number: DE10257617A1
Application number: DE10257617A
Authority: DE
Inventors: Girma Gete Desta; Kevin Jerome Pavlov; Scott Christopher Tonn; Zheshing Li
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2002-12-09
Publication date: 2003-07-17
Also published as: GB0227079D0; FR2834142A1; GB2386000A; US6557673B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wirbelstrombremsvorrichtung, die einen Stator (18) mit einer Vielzahl von Polen (20) aufweist. Der Stator (18) kann an einem Rahmen eines Fahrzeugs befestigt werden. Eine Wicklung (24) aus einem Draht, die um jeden der Vielzahl der Pole (20) gewickelt ist, wobei benachbarte Wicklungen (24) elektrisch verbunden sind, kann einen Elektromagneten ausbilden. Eine Trommel (50), die für die Aufnahme einer Felgen-Rad-Einheit (58) ausgelegt ist, ist drehbar auf einer Fahrzeugachse angeordnet. Ein Wirbelstrom entsteht zwischen der Trommel (50) und dem Stator (18) aufgrund einer Relativbewegung der Trommel (50) relativ zum Stator (18), wodurch die Rotation der Felgen-Rad-Einheit (58) verzögert wird.

Description

Die vorliegenden Erfindung bezieht sich auf Wirbelstrombremsvorrichtung zum Abbremsen eines Straßenfahrzeugs und auf Wirbelstrombremsen, die eine integrierte Reibungsstrombremse aufweisen.
Wirbelstrombremsvorrichtung haben typischerweise einen Rotor, der auf einer drehbaren Welle angeordnet ist, die beispielsweise eine Antriebswelle für den Antrieb der Räder einer Kraftfahrzeugs und sie haben weiterhin eine magnetische Kraftquelle, wie beispielsweise einen Elektromagneten oder einen Permanentmagneten, die an einem Rahmen des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Wirbelströme werden im Rotor bei einem Unterschied in den Geschwindigkeiten des Rotors und er stationären magnetischen Kraftquelle erzeugt. Die erzeugten Wirbelströme bewirken ein bremsendes Moment, dass die Rotation des Rotor verzögert, dadurch wird das Fahrzeug abgebremst. Wenn auch Wirbelstrombremsvorrichtungen nach dem Stand der Technik, die Anforderungen die sie ausgelegt sind, erfüllen, gibt es doch noch Probleme. So lassen sich Wirbelstrombremsvorrichtungen nach dem Stand der Technik nicht in einfacher Weise zusammen anordnet und unterbringen mit konventionellen Bremssystemen. Bremsvorrichtungen mit Wirbelstrom nach dem Stand der Technik benötigen daher zusätzlichen Konstruktionsraum, ein solcher ist aber bei Kraftfahrzeugen heutiger Bauweisen schwer zu erreichen.
Es besteht daher eine Notwendigkeit für ein neues und verbessertes Bremssystem mit Wirbelstrom für ein Kraftfahrzeug. Das neue und verbesserte Wirbelstrombremssystem sollte keinen zusätzlichen weiteren Raum als die Bremse bisher benötigen und sollte unterbringbar sein mit herkömmlichen Bremsvorrichtungen beispielsweise Reibbremsen, beispielsweise einer mit Reibung arbeitenden Notbremse.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird eine Bremsvorrichtung mit Wirbelstrom vorgeschlagen. Die Bremsvorrichtung hat einen Stator, der eine Vielzahl von Polen aufweist und mit einem Rahmen des Fahrzeugs verbindbar ist. Er hat weiterhin eine Wicklung aus Draht, die um jeden der Vielzahl der Pole aufgebracht ist, wobei benachbarte Wicklungen elektrisch verbunden sind, um einen Elektromagneten auszubilden. Eine Trommel ist vorgesehen und so ausgelegt, dass sie eine Felgen-Rad-Einheit, im Folgenden auch Radeinheit genannt, aufnehmen kann. Die Trommel ist drehbar auf einer Fahrzeugachse angeordnet. Es werden Wirbelströme zwischen der Trommel und dem Stator erzeugt, die von der Relativbewegung zwischen Trommel und Stator abhängen, dabei wird die Rotation der Trommel und der Radeinheit abgebremst.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung hat die Wirbelstrombremsvorrichtung eine Endkappe bzw. einen Schuh, der fest mit jedem einzelnen Pol der Vielzahl von Polen verbunden ist.
Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung hat die Wicklung aus Draht einem Draht mit flachem Querschnitt, insbesondere mit rechteckförmigen Querschnitt.
Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung hat der Stator eine Statormontageplatte bzw. Statortrageplatte, die fest mit dem Rahmen des Fahrzeugs verbunden und so ausgelegt ist, dass der Stator auf ihr befestigt werden kann.
Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Stator aus einem Stahl in der Qualität 1005 hergestellt.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Trommel aus einem Stahl mit der Qualität 1005 hergestellt.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden Elektromagneten mit abwechselnden Poleigenschaften erzeugt, ein Nordpol ist also immer einem Südpol benachbart.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein wechselndes Magnetfeld erzeugt zwischen den Statorpolen und einer Oberfläche der Trommel, wenn die Wicklung stromdurchflossen ist.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Reibbremse mit dem Rahmen des Fahrzeugs verbunden und ausgelegt, in Reibkontakt mit der Trommel zu treten, dadurch wird die Rotation der Trommel abgebremst.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Reibbremse fest verbunden mit dem Stator.
Nach schließlich einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung hat die Wirbelstrombremsvorrichtung einen Stator, der eine Vielzahl von Polen aufweist und an einem Rahmen eines Kraftfahrzeugs befestigbar ist, eine Wicklung aus Draht, die jeweils um jede der Vielzahl der Pole aufgebracht ist, wobei benachbarte Spulen elektrisch miteinander verbunden sind und einen Elektromagnet ausbilden, eine Trommel, die ausgelegt ist für die Aufnahme eine Radeinheit, wobei diese Trommel drehbar montiert ist an einer Achse des Kraftfahrzeugs, eine Reibbremse im gesteuerten Reibkontakt mit der Trommel um gezielt deren Rotation abzubremsen, wobei ein Wirbelstrom zwischen der Trommel und dem Stator erzeugt wird, dies in Abhängigkeit von der Relativbewegung der Trommel gegenüber dem Stator, wodurch die Rotation der Trommel und der Reibeinheit gebremst wird.
Weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Erläuterung und detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele und den zugehörigen Ansprüchen deutlich, wenn diese in Zusammenhang mit der Zeichnung gesehen werden. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Frontansicht einer Statortrageplatte für die Wirbelstrombremse nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine Frontansicht des Stators der Wirbelstrombremsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der Wirbelstrombremsvorrichtung, die an einem Fahrzeug montiert ist, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung der Wirbelstrombremsvorrichtung, wobei partiell die Trommel angeschnitten ist, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 5 eine Teilansicht der Trommel und des Stators, um ein vorhandenes magnetisches Feld, das zwischen beiden erzeugt wird darstellen zu können, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
In den Fig. 1 bis 3 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Wirbelstrombremse 10 gezeigt, die eine integrierte Reibbremse hat und als Notbremse ausgelegt ist, dies in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Die Wirbelstrombremse 10 ist mit einem nicht dargestellten Rahmen eines Fahrzeugs durch eine Statortrageplatte 12 verbunden. Die Statortrageplatte 12 hat weiterhin eine konventionelle Reibbremse 14, die an ihr befestigt ist. Diese Reibbremse 14 wird typischerweise als eine Notbremse eingesetzt. Die Arbeitsweise der Reibbremse 14 wird im folgenden näher erläutert. Eine Vielzahl von Statormontagelöchern oder -Öffnungen 16 ist entlang einer Peripherie der Statormontageplatte 12 angeordnet, um einen Stator 18 (der in Fig. 2 gezeigt ist) mit ihr zu verbinden.
In Fig. 2 ist der Stator 18 detaillierter dargestellt, dies in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Vorzugsweise ist der Stator 18 aus einem Stahl der Qualität 1005 oder einem ähnlichen Material hergestellt und hat all die mechanischen und elektrischen Eigenschaften, die im Stand der Technik bekannt sind und die spezifisch sind für Stähle des Standards 1005. Der Stator 18 hat eine Vielzahl von Polen 20, die um einen Statorring 22 angeordnet sind und sich radial nach innen von ihm erstrecken. Jeder Pol 20 ist mit einem Draht mit flachem Querschnitt umwickelt, wodurch eine Wicklung oder Spule 24 erhalten wird. Die Verwendung eines Drahtes mit flachem Querschnitt hat den Vorzug, die Anzahl der Windungen um den Pol und innerhalb der Schlitze 28 des Stators bzw. den Füllfaktor zu erhöhen. Durch Vergrößerung der Anzahl der Windungen wird das erzeugte magnetisch Feld erhöht, bzw. verstärkt. Der Draht mit flachem Querschnitt ist beispielsweise ein Kaliber 10 Magnetdraht mit einer Isolationsschicht. Zwei benachbarte Spulen 24 sind elektrisch miteinander verbunden, um einen Elektromagneten 29 zu erhalten, der im wesentlichen die Form eines Hufeisens hat. Ein Pol 20 des Paars, das den Elektromagneten 29 bildet, ist ein Nordpol des Magneten, während der andere Pol ein Südpol ist. Die Paarung benachbarter Pole zur Bildung von Elektromagneten 29 erstreckt sich rund um den gesamten Umfang des Stators 18. Ein Schuh 30 in der Form einer flachen rechteckförmigen Platte ist auf jeden Pol montiert, um den durch den Elektromagneten 29 erzeugten magnetischen Fluss zu verteilen und um die Windungen aus flachem Draht daran zu hindern, von den Polen 20 herunter zu rutschen.
Eine vollständig zusammengesetzte Wirbelstrombremsvorrichtung 10, die eine integrierte Stellbremse 14 hat, ist in Fig. 3 gezeigt, dies in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Nachdem der Stator 18 auf der Statortrageplatte 12 montiert wurde, wobei konventionelle Schrauben oder Bolzen, Löcher 16 und Gewindebohrungen (nicht dargestellt) im Stator benutzt werden, wird eine Wirbelstrombremstrommel 50 auf der übertragenden Welle 52 (siehe Fig. 4) eines Fahrzeugs befestigt, die Welle 52 ist in einer Wellenlagerung 54 angeordnet und in dieser drehbar. Die Trommel 50 hat eine Vielzahl von Montagebolzen oder Stehbolzen 56, um eine konventionelle Felgen-Rad-Einheit 58 aufnehmen zu können. Wie unten noch in größerem Detail dargestellt werden wird, werden Wirbelströme zwischen dem Stator 18 und der Trommel 50 durch Rotation der Radeinheit 58 und der Trommel 50 relativ zum Rahmen des Fahrzeug erzeugt, an welchem der Stator 18 gehalten ist.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 wird nun die Arbeitsweise der Wirbelstrombremse 10 mit integrierter Notbremse 14 erläutert, dies in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Der Stator 18 und die Statortrageplatte 12 bilden eine Montageeinheit, die an einem festen Flansch 18 montiert ist, der Bestandteil des Rahmen des Fahrzeugs ist, die Montageeinheit kann nicht gegenüber diesem Rahmen rotieren. Die Trommel 50, die in Fig. 4 teilweise angeschnitten dargestellt ist, ist mit der drehbaren Antriebswelle 52, die in der Wellenlagerung 54 gelagert ist, verbunden und rotiert mit der Umlaufgeschwindigkeit des Rades. Typischerweise ist die Umlaufgeschwindigkeit des Rades drei mal kleiner als diejenige der Übertragungswelle 52. Wenn die Windungen 24 stromdurchflossen sind, wird ein magnetischer Kreislauf, wie er durch gestrichelte Linien in Fig. 5 angedeutet ist, hervorgerufen. Der Elektromagnet 29, der zwischen zwei benachbarten Polen 20 mit den Wicklungen 24 aus flachem Draht gebildet wird, magnetisiert gegenüberliegende Oberflächen 88 und 90 der Trommel. In Abhängigkeit von der Polarität des Stroms, der durch die Wicklung 24 hindurchläuft, wird ein Nordpol an einem der Pole 20 und ein Südpol an dem anderen, benachbarten Pol 20 hervorgerufen. Demzufolge wird der Bereich 88 der Trommel als ein Nordpol magnetisiert, da er dem Südpol des Elektromagneten 29 gegenüberliegt und der Bereich 90 der Trommel wird als ein Südpol magnetisiert, da er dem Nordpol des Elektromagneten 29 gegenüberliegt.
Der stromdurchflossene Elektromagnet 29 erzeugt ein magnetisches Kraftfeld zwischen der Trommel 50 und den Polen 20 des Stators 18, dadurch werden Lorentkräfte erzeugt, sie bewirken eine Retardierung der Trommel 50 in Bezug auf den Stator 18. Die vorliegende Erfindung hat viele Vorzüge und Vorteile gegenüber Vorrichtungen nach dem Stand der Technik, diese umfassen beispielsweise die doppelte Verwendung der Trommel 50. Eine äußere Oberfläche 92 der Trommel 50 steht in Wechselwirkung mit dem Stator 18, um Wirbelströme zu erzeugen, während eine innere Oberfläche 94 mit einer Reibbremsvorrichtung 14 wechselwirkt. Die Reibbremsvorrichtung 14 verzögert die Rotation der Trommel in Bezug auf den Rahmen des Fahrzeugs durch Reibkontakt der inneren Oberfläche 94 mit der Trommel 50. Die Reibbremse 14 ist eine konventionelle Notbremse, sie hat eine Reibfläche 100 mit hohem Reibkoeffizienten, der mit der inneren Oberfläche 94 der Trommel 50 in Kontakt kommt und so die Rotation der Trommel 50 verzögert.
Demgemäß hat die vorliegende Erfindung viele Vorteile und Vorzüge gegenüber Wirbelstromretardern nach dem Stand der Technik. Beispielsweise ist die Vorrichtung 10 nach der vorliegenden Erfindung geeignet, innerhalb des Radraumes eines Fahrzeuges angeordnet zu werden, auf diese Weise wird Konstruktionsraum eingespart. Weiterhin arbeitet die Vorrichtung 10 mit Radgeschwindigkeit bzw. Radumdrehungszahl, um das benötigte Bremsdrehmoment zu erzeugen. Zudem integriert die vorliegende Erfindung eine konventionelle Stell- bzw. Notbremse, um die Rotation der Räder eines Kraftfahrzeugs zu fixieren, wenn das Kraftfahrzeug steht.
Die vorgehende Diskussion vermittelt und beschreibt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein Fachmann im Stand der Technik wird aus dieser Diskussion und aus der zugehörigen Zeichnung sowie den Ansprüchen unmittelbar erkennen, dass Modifikationen und Änderungen an der Erfindung ausgeführt werden können, ohne aus dem wahren Gehalt und dem fairen Schutzbereich der Erfindung herauszugelangen, wie er in den nachfolgenden Patentansprüchen spezifiziert ist.

Claims

1. Wirbelstrombremsvorrichtung, die aufweist,
einen Stator (18) mit einer Vielzahl von Polen (20), wobei der Sfiator (I8) an einem Rahmen eines Fahrzeugs befestigt werden kann,
eine Wicklung (24) aus einem Draht, die um jeden der Vielzahl der Pole (20) gewickelt ist, wobei benachbarte Wicklungen (24) elektrisch verbunden sind, um einen Elektromagneten auszubilden, und
eine Trommel (50), die ausgelegt ist für die Aufnahme einer Felgen-Rad- Einheit (58), wobei die Trommel (50) drehbar auf einer Fahrzeugachse angeordnet ist, und
wobei ein Wirbelstrom zwischen der Trommel (50) und dem Stator (18) aufgrund einer Relativbewegung der Trommel (50) relativ zum Stator (18) entsteht, wodurch die Rotation der Felgen-Rad-Einheit (58) verzögert wird.

2. Wirbelstrombremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin eine Endkappe (30) aufweist, die mit jedem Pol (2) der Vielzahl von Polen, fest verbunden ist.

3. Wirbelstrombremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht der Wicklung (24) einen flachen Querschnitt aufweist.

4. Wirbelstrombremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (18) weiterhin eine Statortrageplatte (12) aufweist. die mit einem Rahmen des Fahrzeugs verbunden ist und so ausgelegt ist, dass der Stator (18) auf ihr montiert werden kann.

5. Wirbelstrombremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (18) aus einem Stahl der Qualität 1005 gefertigt ist.

6. Wirbelstrombremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommel (50) aus einem Stahl der Qualität 1005 gefertigt ist.

7. Wirbelstrombremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagnete (29) so ausgelegt sind, dass benachbarte Pole (20) unterschiedliche Polarität haben, also der eine Nordpol und der andere Südpol ist.

8. Wirbelstrombremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein wechselndes, magnetisches Feld zwischen den Polen (20) des Stators (18) und einer Oberfläche der Trommel (50) erzeugt wird, wenn die Wicklung stromdurchflossen ist.

9. Wirbelstrombremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin eine Reibbremse aufweist, die mit dem Rahmen des Kraftfahrzeugs verbunden ist und ausgelegt ist für einen Reibkontakt mit der Trommel (50), wodurch sie eine Rotation der Trommel (50) behindert bzw. abbremst.