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Wirbelstrombremse Es sind Wirbelstrombremsen bekannt, bei denen ein
auf einer Welle befestigter, abzubremsender Rotor sich in einem magnetischen Feld
dreht und durch die Drehung des Rotors im Feld innerhalb des Rotors Wirbelströme
erzeugt werden, die .den Bremsvorgang bewirken.
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Zur Bildung des Magnetfeldes und zur Erzeugung der Wirbelströme im
Rotor ordnet man beispielsweise das Magnetfeldsystem zwischen zwei in Axialrichtung
unter Abstand liegenden Scheiben an, die den Rotor bilden, wobei abwechselnde Nord-
und Südpole des Magnetsystems mit der jeweils nach innen gerichteten Fläche einer
Scheibe zusammenwirken. Das Magnetfeldsystem besteht dabei aus einer ringförmigen
Spule mit U-förmigen Polschuhen, die rittlings auf der Spule sitzen; die Polschuhe
sind dabei im wesentlichen in radial verlaufenden Ebenen angeordnet, während ihre
Schenkel abwechselnd zur Achse und von der Achse weg gerichtet sind.
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Bei einer bekannten Wirbelstrombremse trägt ein Innenring an seinen
beiden Außenseiten axial ausgefluchtete, nach außen weisende Polschuhe, während
von einem aus zwei Teilen bestehenden Außenring jeweils mit einem Teil aus einem
Stück geformte Polschuhe nach innen weisen. Die beiden Teile des Außenringes sind
so miteinander verbunden, daß die von dem inneren Ring nach außen gerichteten Polschuhe
zwischen denjenigen liegen, die vom Außenring nach innen weisen.
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Die Erfindung betrifft eine Wirbelstrombremse mit einem aus koaxial
unter einem Abstand zueinander stehenden Scheiben bestehenden Läufer und einem dazwischen
angeordneten magnetisierten Ständer mit Polschuhen, die gegeneinander auf die Innenflächen
der Scheiben gerichtet sind, wobei die jeweils auf die Fläche einer Scheibe gerichteten
Polschuhe abwechselnd von einem inneren und einem äußeren Statorring ausgehen und
eine zwischen den Ringen verlaufende Magnetisierungsspule umgeben und abwechselnde
Polarität aufweisen. Gemäß der Erfindung bestehen die Polschuhe, die auf der einen
Seite des Innenringes und diejenigen, die auf der gegenüberliegenden Seite .des
Außenringes angeordnet sind, aus einem Stück mit dem entsprechenden Ring, während
die in die Pollücken zwischen den mit den Ringen aus einem Stück bestehenden Polschuhen
fingerartig hineingreifenden Polschuhe an den Ringen befestigt werden können, nachdem
die zwischen den Ringen liegende Erregerspule eingebaut worden ist.
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Dabei sind die von jedem Ring auf einer Seite der Spule ausgehenden
Polschuhe in bezug auf diejenigen, die von dem Ring auf der anderen Seite der Spule
ausgehen, auf Lücke gesetzt. In ihrer Polarität abwechselnde Polschuhe sind mit
parallelen Seitenflächen ausgestattet, während die Seiten der verbleibenden Polschuhe
vo% der radialen Richtung zur Rotorachse abweichen, so daß radial verlaufende Luftspalte
zwischen den Polschuhen entstehen.
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Die Polschuhe sind vorzugsweise so gestaltet, daß zwischen benachbarten
Polschuhen im wesentlichen radiale Luftspalte vorhanden sind, die ebenfalls Durchlaß
für einen kühlenden Luftstrom bilden, der durch die Drehung des Rotors in bezug
auf den Ständer hervorgerufen wird, dem die magnetischen felderzeugenden Teile zugehören.
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Die Erfindung wird im folgenden mit Hilfe der Zeichnungen beschrieben,
in denen Fig. 1 im Querschnitt eine Wirbelstrombremse zeigt, die gemäß der Erfindung
aufgebaut ist, wobei die Achse des Läufers in der Schnittebene liegt, Fig.2 einen
Seitenriß des Aufbaus aus Fig. 1 mit der Blickrichtung von rechts darstellt, Fig.3
eine Ansicht gemäß einem Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2 ist, Fig. 4 ein
Seitenriß einer Hälfte eines magnetischen felderzeugenden Teiles darstellt, wenn
die Blickrichtung in Fig.1 von links gewählt wird, und Fig.5 eine perspektivische
Ansicht eines ein magnetisches Feld erzeugenden Teiles darstellt, in der die magnetischen
Feldlinien eingezeichnet sind.
Wie aus den Zeichnungen hervorgeht,
enthält die Wirbelstrombremse einen Ständer, der aus zwei felderzeugenden Teilen
zusammengesetzt ist, sowie einen in bezug auf den Ständer drehbar montierten Läufer.
Die felderzeugenden Teile sind miteinander identisch und mit einem Abstand in axialer
Richtung voneinander um die Welle angeordnet, die einen Teil des Läufers bildet.
Jedes felderzeugende Teil besteht aus einem äußeren und zwei inneren Ringen aus
magnetisierbarem Material, wie z. B. Weicheisen, mit ausgeprägten Polschuhen 3 bzw.
4, die aus den Ringen in radialer Richtung hervorragen. Die Polschuhe 3 ragen vom
äußeren Ring 1 nach innen und die Polschuhe 4 vom inneren Ring 2 nach außen. Die
Polschuhe sind so ausgebildet, daß im wesentlichen radiale Schlitze zwischen ihnen
geschaffen werden. Der Aufbau der felderzeugenden Teile wird im einzelnen weiter
unten beschrieben; zunächst wird auf den Bremsenaufbau als Einheit eingegangen.
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In dem ringförmigen Zwischenraum zwischen den Ringen 1, 2 und den
Polschuhen 3, 4 ist eine Erregerwicklung 8 angeordnet. Die Erregerwicklung kann
an eine Spannungsquelle angeschlossen werden, die für die erforderliche Erregung
sorgt. Eine Klemme jeder Erregerwicklung ist am Gehäuse geerdet, und die anderen
Enden sind mit den Klemmen 9 und 10 verbunden (s. Fig. 1 und 2), wobei die Klemmen
an einem äußeren Gehäuse 11 befestigt sind, an dem die äußeren Ringe 1 mittels Schrauben
12 gesichert sind. Das Gehäuse ist mit Rippen 13 versehen, die zum Schutz der Klemmen
9 und 10 und zur Versteifung des Gehäuses dienen. Das Gehäuse ist mit hervorstehenden
Laschen 14 dargestellt, durch die es auf einem ortsfesten Gestell 15 unter
Zwischenschaltung einer federnden Lagerbuchse 16 befestigt werden kann.
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Innerhalb des Ständers ist ein Läuferteil angeordnet, das eine Welle
17 und die Läuferscheibenpaare 18,19 und 20, 21 enthält, die fest auf der Welle
befestigt sind. Die Welle läuft in Lagern 22, die hier in der Form von Kugellagern
dargestellt sind, wobei jedes Lager innerhalb einer Aussparung 23 sitzt, die in
dem inneren Umfang des inneren Ringes 2 eingelassen ist. Die Aussparungen für die
Lager können mit einer in die Endplatten eingegossenen Stahl- oder , Messingbuchse
ausgekleidet werden.
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Zu jedem felderzeugenden Teil gehören zwei Läuferscheiben, wobei die
Scheiben 18;19 dem linken felderzeugenden Teil und die Scheiben 20, 21 dem rechten
felderzeugenden Teil zugeordnet sind. Die ; Läuferscheiben 19 und 20 eines jeden
Paares liegen dicht beieinander, wobei die Innenfläche der Läuferscheibe 19 mit
radialen Rippen 25 ausgestattet ist, die mit entsprechenden Rippen 26 auf der danebenliegenden
Scheibe 20 abwechseln.
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Die Läuferscheiben 19 und 20 sind jeweils an ihrem inneren Umfang
mit Öffnungen 27 versehen, durch welche die Kühlluft in den Zwischenraum zwischen
den Läuferscheiben eintreten kann, während die Rippen der Läuferscheiben einen nach
außen gerichteten Luftstrom von innen her bewirken. Die Öffnungen 27 führen zum
Inneren des felderzeugenden Teiles.
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Die Läuferscheiben 19 und 20 sind auf folgende Weise auf der Welle
17 befestigt: Auf der Welle befindet sich ein ringförmiger Flansch 28, an dessen
Seitenflächen die Scheiben 19 und 20 anliegen. Der Flansch kann aus einem Stück
mit der Welle bestehen oder als Ring auf sie aufgeschrumpft worden sein. Um die
Scheiben fest auf der Welle zu befestigen, ist sie mit ringförmigen Aussparungen
29 versehen, die jeweils einen ringförmigen Vorsprung 30 aufnehmen können, an denen
eine Kante des inneren Umfangs der Scheiben 19 und 20 angeschweißt ist. Die äußere
Scheibe des Läuferscheibenpaares 18, 19,
die dem linken felderzeugenden Teil
zugeordnet ist, ist mittels eines Kupplungsteiles 31 auf der Welle 17 befestigt,
das an der Stelle 32 mit der Welle 17 verkeilt ist, während das Kupplungsteil
31 durch eine Mutter 33 auf der Welle gehalten wird, die auf deren Ende aufgeschraubt
ist. Eine ähnliche Anordnung wird zur Befestigung der äußeren Läuferscheibe 21 auf
der Welle 17 verwendet. Die Kupplungsteile werden mit den benachbarten Enden einer
abzubremsenden Welle gekuppelt.
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Zum besseren Verständnis des Aufbaues eines felderzeugenden Teiles
wird in Verbindung mit seiner perspektivischen Ansicht in Fig. 5 auf Fig. 2, 3 und
4 Bezug genommen. Der äußere Ring 1 ist mit nach innen gerichteten Polschuhen ausgestattet,
die von den Kanten des Ringes hervorragen und auf beiden Seiten der Erregerwicklung
8 liegen. Die nach innen gerichteten, auf der einen Seite der Spule angeordneten
Polschuhe 3 (in Fig. 5 auf der rechten Seite angeordnet) bilden mit dem äußeren
Ring zusammen eine Einheit, während die nach außen gerichteten Polschuhe 4, die
von dem Innenring 2 herausragen und auf der anderen Seite der Erregerwicklung 8
angeordnet sind, mit diesem Ring eine Einheit bilden. Zwischen den Polschuhen 3
sind die Polschuhe 35 angeordnet; die abnehmbar auf dem inneren Ring befestigt sind
und auf diese Weise in den auf dem äußeren Ring vorgesehenen Zwischenräumen liegen.
In gleicher Weise sind die von dem äußeren Ring nach innen ragenden und zwischen
den Polschuhen 4 liegenden Polschuhe 36 auf dem äußeren Ring befestigt. Die von
dem äußeren Ring nach innen ragenden und auf einer Seite der Erregerwicklung 8 liegenden
Polschuhe sind gegenüber den auf der anderen Seite der Spule.liegenden Polschuhen
versetzt. Die von dem inneren Ring nach außen ragenden Polschuhe sind=in gleicher
Weise gestaffelt. Diese Staffelung der Polschuhe ist jedoch nicht wesentlich. Die
Polschuhe verlaufen von den Kanten der Ringe, und in dem äußeren Ring befinden sich
Einbuchtungen 37, in welche die Polschuhe 4 und 35 vom inneren Ring hineinragen,
wobei sie einen Luftspalt 38 bilden, der im Weg des magnetischen Flusses einen hohen
magnetischen Widerstand darstellt. Die inneren Enden der Polschuhe 3 und 36, die
von dem Außenring hervorragen, sind in gleicher Weise von dem Innenring 2 mit einem
Abstand versehen, um an den inneren Enden jener Polschuhe Luftspalte zu bilden.
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Wenn die Wicklung 8 erregt ist, entstehen magnetische Kraftlinien,
die durch mit Pfeilen versehene gestrichelte Linien dargestellt sind, und als Folge
der Luftspalte 38 geht der magnetische Fluß zwischen den in ihrer Polarität abwechselnden
Polschuhen hindurch, die auf den gegenüberliegenden Seiten der Erregerwicklung angeordnet
sind und die auf diese Weise abwechselnde entgegengesetzte Polarität besitzen. Da
die Polschuhe auf die Flächen der benachbarten Läuferscheiben hin gerichtet sind,
ändert sich der in die Läuferscheiben eindringende magnetische Fluß in Form einer
Sinuslinie stetig durch die Läuferscheibe, obwohl nur eine einzelne Erregerwicklung
zur
Flußerzeugung in jedem felderzeugenden Teil benötigt wird.
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Die Polschuhe sind so ausgeführt, daß zwischen nebeneinanderliegenden
Polschuhen im wesentlichen radiale Luftspalte vorhanden sind. Diese radialen Luftspalte
sorgen für einen kühlenden Luftstrom, wenn der Läufer sich dreht, wobei der Luftstrom
durch radiale Flügel auf den Läuferscheiben in Gang gebracht wird. Bequemerweise
läßt sich dies erreichen, indem die Polschuhe 4, die aus dem inneren Ring 2 hervorragen,
mit parallelen Seitenflächen ausgestattet werden, während jene, die sich von der
äußeren Scheibe nach innen erstrecken, Seitenflächen erhalten, die nicht radial
zur Läuferachse verlaufen.
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Die Erregerwicklung 8 kann aus einem durchgehenden Leiter bestehen.
Andererseits kann die Erregerwicklung gleichzeitig aus parallel zueinander liegenden
Leitern gewickelt sein, die an ihren äußeren Enden mit einzelnen Klemmen versehen
sind, wobei die inneren Enden am Ring 2 geerdet sind. Wenn eine Wicklung aus einem
einzelnen Leiter verwendet wird, ist der Strom im allgemeinen so groß, daß ein Schaitschütz
zum Schließen des Stromkreises benötigt wird, wobei dieses Schaltschütz elektromagnetisch
von einem Schalter betätigt wird. Bei einer vieladrigen Spule können eine Anzahl
einfacher Schalter verwendet und eine direkte Steuerung erreicht werden. Wenn die
Schalter nicht für eine stufenweise Schaltung eingerichtet sind, kann die Erregung
und damit das Drehmoment durch die Betätigung einzelner Schalter stufenweise verändert
werden.
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Die Kühlung der Anordnung geht auf folgende Weise vor sich: Bei einer
Drehung des Läufers relativ zum Ständer wird durch die Rippen 25, 26 auf den beiden
nebeneinanderliegenden Scheiben 19 und 20 ein radial nach außen gerichteter Luftstrom
erzeugt. Diese nach außen geführte Luft wird durch eine radial einwärts gerichtete
Strömung durch die öffnungen 34 im Gehäuse 11 ausgeglichen, die in die radialen
Schlitze hineinströmt, die zwischen den winkelförmig voneinander getrennt liegenden
ausgeprägten Polen 3, 4 auf diesen Teilen gebildet sind. Die nach innen gerichtete
Luftströmung gelangt durch die Öffnungen 27 in den Läuferscheiben 19 und 20, um
danach vom Gehäuse aus wieder nach außen zu strömen.
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Obwohl der erläuterte Aufbau mit zwei Läuferscheibenpaaren ausgestattet
ist, wobei jedes Paar einem einzelnen felderzeugenden Teil zugeordnet ist, ist einzusehen,
daß, falls erforderlich, ein weiteres felderzeugendes Teil in Axialrichtung entlang
der Welle 17 angeordnet werden kann, wobei das Gehäuse so weit vergrößert wird,
um das zusätzliche felderzeugende Teil mit seinem zugeordneten Läuferscheibenpaar
aufzunehmen. Auf diese Weise entsteht eine Konstruktion mit sechs Scheiben, die
jedoch noch auf eine Acht-Scheiben-Konstruktion ausgedehnt werden kann, falls dies
notwendig wird, um die erforderliche Leistungsvernichtung zu erreichen. Andererseits
kann für geringere Bremsmomente eine Zweischeibenanordnung mit einem einzelnen magnetischen
felderzeugenden Teil verwendet werden.
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Auf Grund des durch jedes felderzeugende Teil geschaffenen magnetischen
Flusses, der die beiden Luftspalte zwischen dem Läuferscheibenpaar und dem felderzeugenden
Teil durchläuft, das solch einem Paar zugeordnet ist, wird der Fluß über beide Luftspalte
der gleiche und die Möglichkeit eines nicht ausgeglichenen Laufes oder einer daraus
resultierenden Axialkraft auf den Läufer, die durch die Ungleichheit der magnetischen
Zugkräfte auftritt, welche durch die Teile auf den Scheiben erregt werden, vermindert.