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Einrichtung an einer Wirbelstrombremse Die Erfindung bezieht sich
auf eine Einrichtung an Wirbelstrombremsen, welche zur Abbremsung rotierender Körper
durch Umwandlung der kinetischen Energie in Wärmeenergie oder zur Messung von Drehmoment
und Leistung von Antriebsmotoren verwendet werden. In diesen Bremsen wird durch
permanente Magnete oder durch eine oder mehrere gleichstromgespeiste Spulen in den
Luftspalten zwischen den rotierenden und feststehenden Teilen ein inhomogenes, mit
dem Rotor synchron umlaufendes Magnetfeld erzeugt. Infolge des umlaufenden inhomogenen
Magnetfeldes entstehen in dem Stator Wirbelströme, die die rotierenden Teile abbremsen
und den Stator erwärmen. Derartige Bremsen sind bekannt.
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Um die Drehzahl bei diesen Wirbelstrombremsen zu messen, sind von
der Rotorwelle angetriebene Drehzahlmesser erforderlich. Die bekannten Drehzahlmesser
kann man entsprechend ihrer Arbeitsweise in zwei Gruppen unterteilen. Bei der einen
Gruppe besteht der Läufer des Drehzahlmessers aus dauermagnetischem Werkstoff mit
einer entsprechenden Magnetisierung. Durch das magnetische Feld werden, wenn der
Läufer angetrieben wird, in einer elektrisch leitfähigen Platte, beispielsweise
einer Aluminiumscheibe, Wirbelströme erzeugt, die ein der Drehzahl entsprechendes
Drehmoment der Aluminiumscheibe zur Folge haben. Dieses Drehmoment wird mittels
einer Feder gemessen und angezeigt. Diese Drehzahlmesser sind als Wirbelstromtachometer
allgemein bekannt. Bei der zweiten Gruppe wird ebenfalls ein synchron mit der Drehzahl
umlaufendes Magnetfeld erzeugt. Das magnetische Feld kann durch Dauermagnete, die
entsprechend magnetisiert sind, erzeugt werden. Das umlaufende Magnetfeld induziert
in auf dem Stator angeordneten Spulen eine Spannung, deren Frequenz der Drehzahl
proportional ist. Um diese Drehzahlgeber auch zur Anzeige kleinster Drehbewegungen
benutzen zu können, wurde außer den Spulen, die von dem Magnetfeld durchflutet werden,
eine ringförmige Erregerspule konzentrisch zur Mittelachse in dem Stator angeordnet.
Der Rotor besitzt Eisenpole, die den magnetischen Kreis für den von der Ringspule
erzeugten Magnetfluß über die Meßspulen schließen. Für die Anzeige kleinster Drehbewegungen
wird die Ringspule nicht mit Gleichstrom sondern mit Wechselstrom gespeist. Diese
bekannten Drehzahlmesser besitzen jedoch alle den Nachteil, daß sie in geeigneter
Weise in der Nähe der Rotorwelle befestigt und mit der Rotorwelle, beispielsweise
über Zahnradgetriebe, gekuppelt werden müssen. Aufgabe der Erfindung ist es, derartige
mit der Rotorwelle gekuppelte Drehzahlmesser durch eine einfachere Einrichtung zu
ersetzten, so daß besondere Halterungen und Kupplungselemente zwischen der Rotorwelle
und dem Drehzahlmesser vermieden werden und trotzdem die Messung der Drehzahl mit
der gleichen Genauigkeit gewährleistet ist.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Teil
des synchron mit dem Rotor umlaufenden inhomogenen Magnetfeldes über ein von den
hierdurch in ruhenden Teilen erzeugten Flußschwankungen beeinflußbares Schaltungselement
(Spule, Hallgenerator, Magnetkontakt oder dergleichen) geleitet wird.
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Durch eine derartige Einrichtung ist es möglich, das in solchen Bremsen
vorhandene pulsierende Magnetfeld zu einem Teil unmittelbar für Drehzahlmessung,
Regelung oder ähnliche Zwecke zu verwenden. Die Erfindung läßt sich bei allen Wirbelstrombremsen
anwenden, bei welchen synchron mit dem Rotor ein inhomogenes Magnetfeld unfläuft.
Ein derartiges synchron mit dem Rotor umlaufendes inhomogenes Magnetfeld ist z.
B. bei Wirbelstrombremsen vorhanden, bei denen der rotierende Teil mit Zähnen oder
zahnähnlichen Vorsprüngen ausgebildet ist.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird eine Spule auf einem
Kern aus magnetisch leitfähigem Werkstoff gewickelt und derart in der Bremse angeordnet,
daß ein Teil des Magnetflusses nebenschlußartig einen Zahn oder zahnähnlichen Vorsprung
des rotierenden Teiles und den Kern der Spule durchsetzt. Nach dieser Anordnung
wird während der Rotation in der Spule eine Wechselspannung erzeugt. Die Wechselspannung
ist in ihrer Frequenz der Drehzahl der Wirbelstrombremse proportional. Sie kann
bei geeigneter Schaltung für verschiedene Zwecke verwendet werden. Die Drehzahl
kann durch ein die Frequenz und damit die Drehzahl anzeigendes
Gerät
oder durch Zählen der Impulse in einer Zeiteinheit ermittelt werden. Der durch die
Wechselspannung in der Spule erzeugte Strom kann auch gleichgerichtet und zur Speisung
der Spule zur Erregung des Magnetfeldes verwendet werden. Ferner lassen sich durch
die in der Spule erregte Wechselspannung auch Meldeeinrichtungen für Stillstand
oder Überschreiten bestimmter Grenzdrehzahlen speisen. Statt einer Spule können
auch andere vom Magnetfeld beeinflußbare Schaltelemente, wie z. B. Haugeneratoren,
zur Erzeugung einer der Drehzahl proportionalen Wechselspannung oder Magnetkontakte
zur Erzeugung einer der Drehzahl proportionalen Impulszahl verwendet werden.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung werden anstelle einer Spule
mehrere vorgesehen, die alle zu dem gleichen Zweck zusammengeschaltet werden oder
in Gruppen aufgeteilt, für verschiedene Zwecke dienen können. Vorteilhaft werden
die zu dem gleichen Zweck zusammengeschalteten Spulen derart angeordnet, daß in
den zusammengeschalteten Spulen ein mehrwelliger Wechselstrom erzeugt wird.
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Die Zeichnung zeigt ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Als Ausführungsbeispiel wurde eine Bremse gewählt mit einer gleichstromdurchflossenen
Erregerspule 1, einem gezahnten Rotor 2 auf der Welle 3
und
einem Ständer 4, an dessen zylindermantelförmiger Innenfläche die durch den
Luftspalt getrennten Zähne 5 des Rotors entlangstreichen. Die Welle 3 ist in den
Seitenschilden 9 und 10 mittels der Lager 11 gelagert. Der Ständer
4 enthält Kanäle 12 für ein Kühlmittel zur Abfuhr der entstehenden Wärme.
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Die Spule 1 erzeugt ein Magnetfeld, dessen Flußverlauf durch
die Feldlinie 6 angedeutet ist.
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In einem Nebenschlußpfad hierzu, entsprechend der Linie 13 ist die
Spule 7 auf ihrem Kern 8 angeordnet. Während der Umdrehung des Bremsrotors wird
in der Spule 7 eine Wechselspannung erzeugt, . deren Frequenz der Drehzahl der Wirbelstrombremse
proportional ist.
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Wenn mehr als eine Spule verwendet werden sollen, so werden diese
Spulen nach einem besonderen System angeordnet, das am folgenden Beispiel für drei
Spulen bei einem Rotor mit 20 Zähnen auf seinem Umfang beschrieben wird.
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Jede Spule erhält einen Spannungsimpuls nach 1/2o oder 18° Rotorumdrehung.
Damit die drei Spulen einen Strom liefern, der nach der Gleichrichtung möglichst
gleichförmig ist, muß dieser Strom einem 3-Phasen-Wechselstrom ähnlich sein. Jede
Phase des Wechselstroms erreicht nach jeweils 18° Rotorumdrehung ihren Maximalwert.
Die Maximalwerte des 3-Phasen-Wechselstroms liegen demnach jeweils g 6° Rotorumdrehung
auseinander. Um einen derartigen 3-Phasen-Wechselstrom zu erzeugen, müssen die Spulen
gegenseitig um 6, 12, 24, 30, 42° . . ., d. h. um Vielfache von 6° mit Ausnahme
der der Zahneinteilung entsprechenden Werte 18, 36°, ... versetzt sein. Allgemein
ist der Winkelabstand der Spulen für das in diesem Beispiel beschriebene System
durch die Formel
gegeben, in welcher x = der Winkel zwischen den Spulen 7, i = die Anzahl der Zähne
des Rotors bzw. die Anzahl der Magnetfeldmaxima über den Rotorumfang, k = die gewünschte
Anzahl der Spulen, z = eine ganze Zahl, die nach konstruktiven Gegebenheiten gewählt
werden kann, ist.