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hn Kraftfluß regelbares Dauermagnetsystem für Wirbelstrombremsen bzw.
-kupplungen für Fahrzeuge Bei bekannten, dauermagnetischen Wirbelstrombremsen bzw.
-kupplungen hat man das Ein- und Ausschalten der Anordnung entweder dadurch bewirkt,
daß man die Wirbelstrombahn den die Wirbelströme durch ihr Magnetfeld erzeugenden,
Dauermagneten, mehr oder weniger angenähert hat, oder dadurch, daß man den den Wirbelstromkörper
durchsetzenden Kraftfluß durch Kraftlinien-Leitstücke umgelenkt hat. Bei erstgenannten
Anordnungen kann ein gewisses Bauvolumen und damit auch Baugewicht nicht unterschritten
werden, da ein Mindestmaß an Raum benötigt wird, um eine volle Ausschaltbarkeit
der Anordnung zu ermöglichen. Bei der zweiten bekannten Gruppe, bei welcher der
Kraftfluß durch Umlenken über Nebenschlüsse verändert wird, treten magnetische Verluste
auf, welche den Wirkungsgrad der Vorrichtung in bezug auf das Magnetvolumen herabsetzen.
Auch die Steuerungsmittel, wie Gestänge, hydraulische oder elektrische Übertragungen,
verursachen einen gewissen Gewichtsaufwand.
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Weiter sind Reibungs- und auch Magnetpulverbremsen bzw. -kupplungen
bekanntgeworden, bei denen die Anpreßkraft durch Dauermagnete hervorgerufen wird.
Diese Anpreßkraft und damit das Brems-bzw. Kupplungsmoment kann, durch, zusätzlich
angebrachte, mit Gleichstrom gespeiste Wicklungen, deren Magnetfeld dem des Dauermagnets
entgegenwirkt, vermindert bzw. aufgehoben werden.
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Bei diesen bekannten Vorrichtungen überlagert sich also das von der
Wicklung erzeugte Magnetfeld dem Feld des Dauermagnets. Das zusätzlich durch die
Spule erzeugte Magnetfeld muß demnach innerhalb gewisser a Grenzen gehalten werden,
um den Arbeitspunkt des Dauermagnets im reversiblen Bereich zu erhalten.
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Außerdem sind aus Dauermagneten und Weicheisen-Leitstücken bestehende
Magnetanordnungen vorwiegend für Meßzwecke vorgeschlagen worden, bei denen eine
bestimmte Luftspaltinduktion dadurch einstellt werden kann, daß die Dauermagnete
durch Stromstöße passender Größe und Richtung, die durch zusätzlich angebrachte
Wicklungen fließen, mehr oder weniger stark auf- bzw. entmagnetisiert werden. Es
ist auch bekannt, das Aufmagnetisieren von Dauermagneten mittels kurzzeitiger Stromstöße
hoher Amplitude zu bewerkstelligen. Diese Strormimpulse werden durch plötzliches
Entladen einer aufgeladenen Kondensatorenbatterie gewonnen.
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Die Erfindung vermeidet nun die Schwierigkeiten der bekannten Konstruktionen
für Wirbelstrombremsen und -kupplungen, die insbesondere für Fahrzeuge bestimmt
sind, durch Verwendung eines im Kraftfluß regelbaren Dauermagnetsystems in der Weise,
daß die Dauermagnete mit einer Wicklung geringer Windungszahl versehen sind, wobei
die Regelung des Gesamtflusses auf den zur Einstellung des gewünschten Brems-bzw.
Kupplungsmomentes erforderlichen Wert durch mehr oder weniger starkes Auf- bzw.
Entmagnetisieren der Dauermagnete mittels elektrischer Stromimpulse entsprechender
Größe und Richtung erfolgt, die ein-er Kondensatorenbatterie über einen g geeigneten
Schalter, wie z. B. über ein Schaltrohr, entnommen werden. Es handelt sich hierbei
also eindeutig um Dauermagnetsysteme, deren feinstufige Steuerung mit Hilfe von
Stromstößen im irreversiblen dauermagnetischen Bereich erfolgt, wobei in jedem Betriebszustand
ausschließlich von dauermagnetischen Kräften Gebrauch gemacht wird. Durch diese
Art der Steuerung wird der dauermagnetische Werkstoff spezifisch wesentlich höher
ausgenutzt als durch die bekannten Verfahren.
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In, weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens sind seginent- oder
rippenförmige Dauermagnete auf einem Trägerkörper, welcher gegebenenfalls zum Rückschluß
der Kraftlinien aus ferromagnetischem Werkstoff bestehen kann, angeordnet und mit
einer
oder mehreren Drahtschleifen mit von Magnet zu Magnet wechselndem
Wicklungssinn ausgerüstet, so daß von Magnet zu Magnet die Polarität abwechselt.
Durch diesen, erfindungsgemäßen Aufbau des Dauermagnetsystems wird nicht nur eine
optimale Raumausnutzung erreicht, da innerhalb der gesamten Wirbelstrombremse bzw.
-kupplung zum Ein- und Ausschalten keinerlei Raum beanspruchende relative Bewegung
ausaeführt zu werden braucht, sondern es wird auch die höchstmögliche Ausnutzung
des Magnetmaterials gewährleistet, da keinerlei durch Pol- oder Leitstücke, zusätzliche
Luftspalte od. dgl bewirkte Streuverluste mehr auftreten können. Der Raum für die
wenigen Windungen verhältnismäßig dünnen Drahtes, die bei Anwendung geeignet starker
Stromstöße zur vollen Auf- bzw. Entmagnetisierung der Dauermagnete ausreichen, ist
ohnehin dadurch vorhanden, daß aus Gründen der Vermeidunog innerer Streuverluste
die Pole auf einen gewissen raumlichen Abstand voneinander gebracht werden müssen.
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Da die in ihrer Stärke und Richtung einstellbaren Stromstöße durch
Entladen einer Kondensatorenbatterie über einen geeigneten Schalter, wie z. B. ein
Schaltrohr, nach der Art der bekannten Thyratrons, Ignitrons usw. in den Wicklungen
erzeugt werden, ist mit verhältnismäßig geringem Aufwand eine außerordentlich hohe
Stromstärke sehr kurzer Stoßdauer zu erreichen, so daß die in der Wicklung auftretende
Erwärmung praktisch unbeachtlich ist. Dabei stellen solche Kondensatoren-Stromstoßerzeuger
einen verhältnismäßig geringen Aufwand dar, der vor allem bei größeren Brems- oder
Kupplungseinheiten den raum-und gewichtsmäßigen Gewinn der erfindungsgemäßen Einrichtung
gegenüber den bekannten nicht entfernt aufwiegt. Auch ihr die Stromquelle, wie beispielsweise
eine Akkumulatorenbatterie, den Bordgenerator od. ä., belastender Dauerstromverbrauch
kann leicht in sehr kleinen Grenzen gehalten werden. Die erfindungsgemäße Aufteilung
der Dauermagnete in segment- oder rippenförmigge Einheiten gibt aber selbst bei
Verwendung metallischer Dauermagnetwerkstoffe die Möglichkeit, auch bei solchen
sehr kurzen Stromstößen hoher Stärke eine volle Aufmagnetisierung der Magnete zu
bewirken. Voraussetzung hierfür ist natürlich, daß die Dauermagneteinheit in ihren
Dimensionen so gewählt wird, daß die in ihr dem magnetisierenden Feld entgegenwirkenden
Wirbelströme sich nicht zu einer solchen Stärke ausbilden können, daß die volle
Aufmagnetisierung gefährdet ist. Darüber hinaus bietet die Aufteilung in einzelne
kleine Dauermagneteinheiten den Vorteil der den Wirbelstromeffekt begünstigenden
hohen Feldwechselfrequenz. Je nachdem, ob man die Wirbelstrombremse bzw. -kupplung
mit einer oder mehreren Wirbelstrombahnen ausbildet, sei es in Scheiben-, Trommel-
oder Ringinantelform, kann es sich als zweckmäßig erweisen, dem einzelnen Dauermagnet
einen Kraftlinienrückschlußweg zu bieten, wozu man zweckmäßig den Tragkörper für
die Dauermagnete aus ferromagnetischem Werkstoff ausbilden kann. Ist jedoch der
magnetische Kraftlinienrückschlußweg nicht erforderlich, wie es z. B. bei Mehrfachanordnungen,
besonders bei scheibenförmiger Wirbelstrombahn, der Fall sein kann, so kann es vorteilhafter
sein, den Tragkörper für die Magnete aus spezifisch leichteren Werkstoffen, wie
Leichtmetallen, gegebenenfalls auch Kunststoffen, aufzubauen.
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Gemäß der Erfindung kann die gewünschte Stärke der Stromstöße, die
ja je nach dem Grad der Einschaltung der Bremse oder Kupplung,
d. h. also je nach der Größe des gewünschten Brems- oder Kupplungsmomentes,
verschieden sein muß, auf verschiedene Art erreicht werden. Man kann z. B. zur Erreichung
dieses Zieles die Ladespannung an der Kondensatorenbatterie durch Stufen- oder auch
stufenlose Regulierung auf den erforderlichen Wert einstellen.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann aber auch die Kapazität
der Kondensatorenbatterie beispielsweise durch Abgreifen von Tellkapazitäten mittels
eines Stufenschalters in der erforderlichen Art variiert werden.
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Ferner besteht erfindungsgemäß die Möglichkeit, in den Magnetisierungsstromkreis,
der durch Serien- oder Parallelschaltung der einzelnen Magnetisierungsspulen der
Dauermagnete gebildet wird, einen veränderlichen ohmschen Widerstand oder auch einen
veränderlichen induktiven Widerstand einzuschalten. Die dadurch bewirkte Änderung
der Dämpfung des Magnetisierungsstromkreises wird dann bei gleichbleibender Ladespannung
und Kapazität der Kondensatorenbatterie die Größe der Magnetisierungsstromstärke
in gewünschtem Sinn beeinflussen. Bei Verwendung eines veränderlichen induktiven
Widerstandes zu diesem Zweck ist es besonders vorteilhaft, die Spule mit einem verschiebbaren
Eisenkern auszustatten, da auf diese Weise ohne irgendwelche gleitenden Kontakte
eine stufenlose Regelung der Dämpfung des Magnetisierungskreises zu erreichen ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann aber auch- die
Regelung des den Wirbelstromeffekt hervorrufenden, von allen Dauermagneten ausgehenden
Gesamtmaanetflusses dadurch bewirkt werden, daß je
nach der gewünschten Größe
des Brems- bzw. Kupplungsmomentes über einen Vorwählschalter mehr oder weniger Magnetisierungswicklungen
an den Stromstoßerzeuger angeschaltet werden, wobei dann aber die Größe des Stromstoßes
immer so gewählt wird, daß die Dauermagnete, deren Wicklungen vom Strom durchflossen
sind, bis zur Sättigung auf- bzw. völlig entmagnetisiert werden.
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Gleichviel, welche Art der Regelung des Flusses zum Zweck der Einstellung
des gewünschten Brems-oder Kupplungsmomentes gewählt wird, können immer die Schalt-
oder Steuermittel mit den Betätigungsorganen, wie Handrädern, Hebeln. od. dgl.,
so verbunden werden, daß einer bestimmten Größe der Bewegung dieser Betätigungsorgane
eine bestimmte Größe des Brems- oder Kupplungsmomentes zugeordnet ist.
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Da es einer sehr genauen Dosierung der Stromstärke bedarf, wenn ein.
Dauermagnet mittels eines die Wicklung durchfließenden Stromstoßes gerade bis zum
Fluß Null entmagnetisiert werden soll, wird erfindungsgemäß zur Entmagnetisierung
kein Gleichstromstoß verwendet, sondern ein gedämpfter Schwingungszug. Dieser gedämpfte
Schwingungszug entsteht ohne weiteres, wenn gemäß der Erfindung in an sich bekannter
Weise die Kondensatorenbatterie über einen hierfür geeigneten Schalter, welcher
im einfachsten Fall nur ein mechanischer Kontakt zu sein braucht, gegebenenfalls
unter Zwischenschaltung einer zusätzlichen Selbstinduktionsspule, an die Magnetisierungswicklungen
angeschaltet wird. Die Entladung nimmt, wie gesagt, in diesem Fall ohne weiteres
die Form eines gedämpften Schwingungszuges an, wodurch sich die genaue Wahl der
Spitzenstromstärke erübrigt, da ähnlich wie beim Entmagnetisieren remanenter Magnetkörper
im elektromagnetischen Wechselfeld bei ausreichend kleinem
Dekrement
des gedämpften Schwingungszuges automatisch eine vollständige Entmagnetisierung
erfolgt. Es kann also zur Erreichung dieses Zustandes erforderlich sein, in den
Magnetisierungsstromkreis zusätzlich noch eine Selbstinduktionsspule einzuschalten.
Soll jedoch das vorher eingestellte Brems- oder Kupplungsmoment nicht gänzlich auf
den Wert Null, sonr dern nur auf einen Zwischenwert zurückgeführt werden, muß natürlich
auch bei Verwendung gedämpfter Schwingungszüge zum Entmagnetisieren die Spitzenstromstärke
in ähnlicher Weise, wie für die Einstellung des Aufmagnetisierungsstromes angegeben,
auf einen geeigneten Wert eingestellt werden.
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Um in der Betätigung der erfindungsgemäßen Bremse oder Kupplung die
Anwendung von heute bei anderen Brems- oder Kupplungsprinzipien üblichen Mitteln
zu ermöglichen, werden in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Betätigungsmittel,
wie Handräder, Hebel od. dgl., mit Kontakten, z. B. Schleppkontakten, verbunden,
welche gegebenenfalls über Zwischenrelais bewirken, daß bei Bewegen der Betätigungsmittel
in der Richtung, die ein Einschalten bzw. Vergrößern des Brems- oder Kupplungsmomentes
bedeutet, die Aufmagnetisierung und in der anderen Richtung, welche ein Verkleinern
bzw. Ausschalten der Bremse oder Kupplung hervorruft, die Entmagnetisierung vorbereitet
wird. Ist nun die dem gewünschten Bremsmoment entsprechende Stellung der Betätigungsmittel
erreicht und wird an dieser Stelle die Bewegung des Betätigungsmittels unterbrochen,
so wird erfindungsgemäß, gegebenenfalls über Zwischenrelais, der in seiner Größe
der Stellung des Betätigungsmittels entsprechende Stromstoß, welcher den, Magnetisierungsstromkreis
durchfließt, ausgelöst. Dabei ist es natürlich nicht von Bedeutung, ob die Zwischenrelais
elektromagnetische Geräte mit mechanischen Kontakten oder elektronisch wirkende
Schalter sind. Von Bedeutung ist lediglich, daß durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen
erreicht wird, daß die Betätigung der Bremse oder Kupplung in einfachster Weise
durch Bewegen eines Hebels oder Handrades oder auch eines Fußhebels ermöglicht wird,
wobei alle erforderlichen Schalt- und Einstellvorgänge ohne weitere Handbewegungen
automatisch erfolgen. Natürlich ist es auch möglich, eine solche erfindungsgemäße
Vorrichtung rein elektrisch zu steuern. Dabei kann es sogar als zweckmäßig angesehen
werden, wenn ein Schalter das Einschalten der Vorrichtung in, der Art bewirkt, daß
die Einschaltdauer für die Größe des erzielten Brems- bzw. Kupplungsmomentes maßgeblich
ist, und ein zweiter Schalter das Ausschalten in gleicher Art bewirkt. Bei einer
solchen Betätigungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung wäre es notwendig, durch
an sich bekannte Schaltverfahren, wie Schrittschaltwerke, Kippschwingungen od. dgl.,
zu bewirken, daß, solange der Ein- bzw. Ausschalter betätigt wird, eine Serie von
steigenden Auf- bzw. Entmagnetisierungsimpulsen die Magnetisierungswicklungen durchfließt.
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Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß es vorteilhaft sein kann,
die ohnehin vorhandene Wicklung der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Verwendung
geeigneter a Schaltelemente nach erfolgter Magnetisierung durch Stromstöße mit einem
solchen Dauerstrom zu beschicken, daß einerseits die von dem Dauermagnet erzeugte
Feldstärke durch diesen Dauerstrom verstärkt und andererseits die thermische Belastung
der Wicklung in den zulässigen Grenzen gehalten wird. Ferner ist es in vielen Fällen
zweckmäßig, die Magnetisierungswicklungen aus Al-Draht herzustellen, weil die hohe
spezifische Wärme des Aluminiums bei der Impulsmagnetisierung zu niedrigeren Drahttemperaturen
führt als bei der Verwendung anderer Werkstoffe. g C