DE1296986B

DE1296986B - Wirbelstrom-Bremsvorrichtung fuer Fahrzeuge, insbesondere fuer Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE1296986B
Application number: DEH58207A
Authority: DE
Inventors: Murakami Tadao
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1965-01-11
Filing date: 1966-01-11
Publication date: 1969-06-04
Also published as: US3416016A; FR1467310A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Wirbelstrom-Brems- elastische Ringdichtungen zwischen Gehäuse und Vorrichtung für Fahrzeuge, insbesondere für Kraft- dem radial beweglichen Stator vorgesehen sind, die fahrzeuge, bestehend aus einem fahrzeugfest an- den von Kühlflüssigkeit beaufschlagten Raum abgeordneten, einen Stator aufnehmenden Gehäuse, in dichten. Hierdurch ist eine allseitige Bewegungsdem eine mit der Antriebswelle des Fahrzeugs ver- 5 möglichkeit des Stators geschaffen, so daß dieser bei bundene Welle gelagert ist, die einen Rotor trägt, der Erwärmung sich nicht verziehen und dadurch die Ab-Erregerspulen zum Abbremsen und einen Wechsel- dichtung gegenüber dem Gehäuse aufheben kann, stromgenerator mit Leistungsspulen aufweist, die ent- was zu einer Beschädigung der sonstigen elektrischen weder auf der Welle oder dem Rotor befestigt sind Einrichtungen durch die Kühlflüssigkeit führen und Feldspulen des Wechselstromgenerators gegen- io könnte. Da das andere Ende des Stators im wesentüberliegen, die mit dem Gehäuse der Bremsvorrich- liehen unmittelbar am Gehäuse gleitend geführt ist tung fest verbunden und an eine Batterie über Schal- und die Gleitfläche dadurch nahezu in Richtung des ter angeschlossen sind, wobei die von den Erreger- Statormantels verläuft, können bei einer axialen Ausspulen der Bremsvorrichtung entwickelte magneto- dehnung keine Verkantungen auftreten. Somit kann motorische Kraft Wirbelströme in dem dem Rotor 15 sich die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung jedem gegenüberliegenden Teil des Stators erzeugt, der von Belastungsfall auch bei sehr starker Erwärmung in einem an das Kühlsystem des Fahrzeugs angeschlosse- weiten Grenzen anpassen, ohne daß irgendeine Benen Kühlmantel umgeben ist. Schädigung des Gehäuses durch allzu starke Dehnung

Bei einer bekannten Wirbelstrom-Bremsvorrichtung des Stators eintreten könnte. Die Abdichtung des ist der Stator von einem Kühlmantel umgeben, der an ao Kühlmittelraumes wird trotz dieser allseitigen Bedas Flüssigkeitskühlsystem des Kraftfahrzeugs ange- wegungsmöglichkeit durch die elastischen Ringschlossen ist, um hierdurch einen Ausgleich des dichtungen sichergestellt, die eine große Spieländerung Wärmeverlustes der Brennkraftmaschine bei längerer zwischen den einander zugeordneten Teilen überTalfahrt auszugleichen, da die in der Bremsvorrich- brücken können.

tung erzeugte Wärme durch die Kühlflüssigkeit an as Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Brennkraftmaschine abgegeben wird. Bei dieser sind auf dem Stator Kühlrippen angeordnet, die in bekannten Wirbelstrom-Bremsvorrichtung erfolgt die den zwischen den zwei Ringdichtungen begrenzten Erregung der Erregerspulen durch Gleichstrom der Zwischenraum hineinragen. Hierdurch wird nicht im Kraftfahrzeug vorhandenen Batterie. Hierdurch nur die Festigkeit des Stators erhöht, sondern auch ergibt sich unabhängig von der Drehzahl der Brems- 30 die Belastbarkeit der Bremsvorrichtung durch eine vorrichtung ein konstanter Erregerstrom, was bei bessere Kühlwirkung verbessert. Da ferner ein Teil hohen Drehzahlen zu einem starken Abfall des Brems- des gesamten magnetischen Flusses durch die Kühlmomentes führt. Abgesehen von diesen Schwierig- rippen verläuft, kann man den durch den Stator verkeiten, die in bekannter Weise durch Anordnung laufenden Magnetfluß und damit die entwickelte eines Wechselstromgenerators vermieden werden 35 Bremskraft vergrößern. Ein Abfall des Bremskönnen, besteht eine weitere Schwierigkeit darin, daß momentes infolge Erwärmung bei längerer Einsich der Stator, der mit dem Gehäuse durch Niete wirkung ist auf diese Weise in weitem Umfang ver- und Schrauben fest verbunden ist, radial nicht aus- mieden.

dehnen kann, wenn bei einer großen Belastung der Schließlich wird die Anpassung der Bremsvorrich-

Bremsvorrichtung eine große Wärmemenge entwickelt 40 tung an verschiedene Betriebsbedingungen gemäß wird. Auch ist trotz der Anordnung eines Loslagers einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch die Ausdehnungsmöglichkeit in axialer Richtung vervollkommnet, daß zur Bestimmung und Berückdurch Verwerfungen des Stators bei großer Wärme- sichtigung der Fahrzeuggeschwindigkeit ein Hilfsentwicklung eingeschränkt, wenn nicht sogar auf- generator vorgesehen ist, dessen Ausgangsspannung gehoben, da das Loslager am Grund des topfförmig 45 der Fahrzeuggeschwindigkeit proportional ist, daß ausgebildeten Stators, also nicht in unmittelbarer ferner eine automatische Steuereinrichtung mit einer Verlängerung des Statormantels, angeordnet ist. Die Anzahl von Transistoren vorgesehen ist, deren Schalthierdurch ausgelösten weiteren Verwerfungen des zustand durch die Ausgangsspannung des Hilfsgene-Stators führen zu Undichtigkeiten in dem von Stator rators gesteuert wird und daß die Verbindung der und dem Gehäuse begrenzten Kühlmantel, was zu 50 Feldspulen des Wechselstromgenerators mit einer Beschädigungen, insbesondere der elektrischen Ein- Batterie über den Kollektorkreis der Transistoren der richtungen der Bremsvorrichtung, führen kann. Eine Steuereinrichtung hergestellt wird. Mit Hilfe dieser gute Kühlung, die diese Nachteile vermeiden könnte, Anordnung wird die Bremskraft durch Änderung wird dadurch erschwert, daß der Stator einen ver- der Stromzuführung zur Feldspule des Generators hältnismäßig großen Querschnitt für den erforder- 55 den jeweiligen Erfordernissen automatisch angelichen magnetischen Fluß aufweisen muß. Mit zu- paßt.

nehmender Erwärmung des Stators nimmt aber nicht Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise

nur die Gefahr der weiter oben geschilderten Ver- dargestellt. Es zeigt

werfungen zu, sondern auch das erzeugte Brems- Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht

moment ab. 60 eines mit einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung versehenen Fahrzeuges,

dieser Nachteile eine Wirbelstrom-Bremsvorrichtung Fig. 2 einen Axialschnitt durch eine Bremsderart auszugestalten, daß sie an alle auftretenden vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel Belastungsfälle anpassungsfähig ist. der Erfindung,

Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß 65 Fig. 3 eine Stirnansicht der Bremsvorrichtung nur ein Ende des Stators mit dem Gehäuse in axialer gemäß F i g. 2,

Richtung fest verbunden ist, während das andere F i g. 4 und 5 Schnitte längs der Linien IV-IV

Ende an dem Gehäuse gleitend geführt ist und bzw. V-V der F i g. 2,

F i g. 6 ein Detail der Vorrichtung gemäß F i g. 2 in vergrößertem Maßstab,

F i g. 7 ein Schaltbild der Bremsvorrichtung gemäß Fig. 2,

Fig. 8 ein Schema zur Erläuterung der Spulenausbildung,

F i g. 9 ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispieles der Erfindung,

Fig. 10 bis 14 graphische Darstellungen verschiedener Funktionen zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung in Gegenüberstellung zu den entsprechenden Funktionen einer bekannten Wirbelstrom-Bremsvorrichtung.

Das Fahrzeug gemäß Fig. 1 ist mit einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung 1 versehen, die mittels Kardangelenken 4 in die Kardanwelle 3 des Fahrzeugs 2 eingeschaltet ist. Ein Kühler 5 versorgt über eine Leitung 7 den Motor 6 und die Bremsvorrichtung 1 mit Kühlflüssigkeit. Die Bremsvorrichtung 1 steht mit einer automatischen Steuereinrichtung 8 in Verbindung, die ihrerseits mit einem Bremspedal 9 und einem Handbetätigungs-Steuerschalter 10 verbunden ist.

Die Einzelheiten der Bremsvorrichtung 1 seien an Hand von F i g. 2 näher erläutert. Die Bremsvorrichtung 1 weist ein äußeres Gehäuse 11 auf, das (wie F i g. 3 zeigt) mittels Schrauben 12, 13, 14 und 15 am Fahrzeugchassis festgelegt ist. Eine Anschlußleiste 17 enthält drei Anschlüsse 17 a, 17 b und 17 c zur Steuerung bzw. Einstellung des Bremsmomentes. Das Gehäuse 11 ist mit einem Einlaß 19 und einem Auslaß 18 für die durch das Kühlsystem strömende Kühlflüssigkeit versehen. Eine Welle 20 trägt einen Rotor 23, der aus Magnetpolen 21 und Polblechen 22 besteht. Die Welle 20 ist in Lagern 26 und 27 gelagert, die in Endplatten 24, 25 angebracht sind. Die Magnetpole 21 werden von Erregerspulen 28 umschlossen, deren Festlegung durch Befestigung der Polbleche 22 an den Magnetpolen 21 mittels der Schrauben 29 erfolgt. Mit den Polblechen 22 ist über Bolzen 33 und dazwischen angeordnete Abstandselemente 30 aus nicht magnetischem Material der Anker 32 eines Wechselstromgenerators 31 fest verbunden. Die axiale Festlegung der Welle 20 zur Verhinderung einer axialen Verschiebung erfolgt durch Sprengringe 34, die in Nuten 35 der Welle 20 eingreifen. An den beiden Enden der Welle 20 sind Kupplungsstücke 36, 37 angebracht, die durch Muttern 39 und zwischengelegte Beilagscheiben 38 fest mit der Welle 20 verbunden sind. Die Lager 26 und 27 sind in den Endplatten 24 mittels Verschlußstücken 40 bzw. 41 festgelegt, die ihrerseits durch Schrauben 42 mit den Endplatten verbunden sind.

Ein Ventilator 43 (dessen Form vor allem aus Fig. 4 hervorgeht) ist durch Bolzen 44 mit dem Kupplungsstück 37 verbunden und dreht sich mit der Welle 20. Durch die Drehbewegung des Ventilators 43 wird ein Luftstrom 46 durch einen Luftfilter 45 gesaugt, der in einer öffnung 16 des Gehäuses 11 angeordnet ist. Die Luft strömt in Richtung der in F i g. 2 eingetragenen Pfeile und tritt durch Kanäle 47 in der Endplatte 25 in den Ventilator 43 ein, durch den sie in Richtung des Pfeiles 46' nach außen geblasen wird.

Das Erregersystem 48 des Wechselstromgenerators 31 enthält Feldspulen 50, die auf Magnetpolen 49 angeordnet sind. Diese Magnetpole 49 sind mittels Schrauben 52 an einem Magnetpolhalter 51 befestigt, der seinerseits mittels Schrauben 53 an der Endplatte 24 festgelegt ist. Der Anker 32 des Wechselstromgenerators 31 trägt Spulen 54, in denen eine Wechselspannung erzeugt wird. Diese Spulen 54 sind mit ihren Enden an eine Halbleiter-Gleichrichteranordnung 55 angeschlossen, die koaxial mit dem Anker 32 rotiert. Die Ausgangswechselspannung wird daher einer Vollwellengleichrichtung unterworfen. Die erwähnte Halbleiter-Gleichrichteranordnung 55 ist an

ίο einem Gleichrichterhalter 56 befestigt, der mittels Schrauben 60 unter Verwendung von Platten 57, Röhrchen 58 und Beilagscheiben 59 aus Isolierstoff an den Magnetpolen 21 befestigt ist. Ein Anschluß 61 der Gleichrichteranordnung 55 ist am Gleichrichterhalter 56 mittels einer Schraube 62 befestigt und mit den Erregerspulen 28 der Bremsvorrichtung 1 verbunden. Der Magnetpolhalter 51 ist mit einer Anzahl von Luftdurchtrittsöffnungen 63 versehen, so daß ein Teil des Kühlluftstromes 46 durch diese öffnungen

ao 63 strömen und die Gleichrichteranordnung 55, die Erregerspulen 28 und die Feldspulen 50 des Wechselspannungsgenerators 31 kühlen kann. Die Magnetpole 21 weisen an ihrer Innenseite einen Vorsprung 64 auf, der mit einer entsprechenden Stufe der Welle 20 im Eingriff steht. Anderseits ist eine mittels Schrauben 66 an den Magnetpolen 21 befestigte Platte 65 vorgesehen, die sich an einer zweiten Stufe der Welle 20 abstützt. Auf diese Weise sind die Magnetpole 21 auf der Welle 20 befestigt. Die Endplatten 24 und 25 sind über Schrauben 67 bzw. 68 fest mit dem Gehäuse 11 verbunden.

Die Bremsvorrichtung enthält weiterhin einen Stator 69, in dem Wirbelströme erzeugt werden, durch die mechanische Energie in thermische Energie umgewandelt wird. Der Stator 69 ist einerseits über Schrauben 70 mit der Endplatte 25 verbunden, während das andere Ende des Stators 69 über Schrauben 72 mit einem leitenden Ring 71 verbunden ist, der längs der Innenseite des Gehäuses 11 gleitbeweglich ist. Am äußeren Umfang des Stators 69 sind eine Anzahl von radial angeordneten Kühlrippen 73 und 74 vorgesehen. Zur Verringerung des Strömungswiderstandes für die Kühlflüssigkeit, die über den Einlaß 19 in Richtung des Pfeiles 75 zugeführt und über den Auslaß 18 in Richtung des Pfeiles 77' abgeführt wird, sind diejenigen Teile der Kühlrippen 73 und 74, die dem Einlaß 19 bzw. dem Auslaß 18 benachbart sind, weggeschnitten (vgl. F i g. 5, die die Schnittfläche 77 erkennen läßt). Ähnliche Ausschnitte sind in denjenigen Teilen der Kühlrippen 73 und 74 vorgesehen, die an die Verbindungsleitung 76 im unteren Teil des Stators 69 angrenzen, so daß die Kühlflüssigkeit ohne großen Strömungswiderstand vom Einlaß 19 längs der Kühlrippen 74, dann durch die Verbindungsleitung 76 und längs der Kühlrippen 73 dem Auslaß 18 zuströmen kann.

Die im Stator 69 erzeugte Wärme wird auf die Kühlflüssigkeit übertragen und von dieser abgeführt. Die im Stator 69 erzeugte Wärme ist jedoch so groß, daß der Stator eine hohe Temperatur annimmt und seinen Außendurchmesser vergrößert. Sofern zwischen dem Gehäuse 11 und dem Stator 69 kein hinreichendes Spiel 78 vorhanden ist, besteht daher die Gefahr einer Sprengung des äußeren Gehäuses. Um dies durch ein hinreichendes Spiel zu verhindern, sind in dem Spalt 78 in der Nähe der beiden Enden des Stators 69 O-Ringe 79 und 80 vorgesehen (vgl. F i g. 6). Das Spiel 78 verkleinert sich, wenn sich der Stator

69 infolge Erwärmung ausdehnt. Die Anordnung ist Magnetfeldpole fest angeordnet sind, während der jedoch so getroffen, daß das Spiel 78 selbst bei maxi- Anker 32 rotiert, müssen die Spulenköpfe der auf maler thermischer Ausdehnung des Stators 69 nicht dem Anker angeordneten Spulen 54 gegen die auf-NuIl wird. Die O-Ringe 79 und 80 dehnen sich mit tretende Zentifugalkraft gesichert werden. Zu diesem dem Stator 69 und ziehen sich mit diesem auch 5 Zweck werden die Spulenköpfe sowie die Verbindunwieder zusammen, so daß ein Austritt von Kühl- gen zwischen benachbarten Spulen klein gehalten, flüssigkeit durch diesen Spalt zwischen Stator 69 und An Hand von F i g. 8 sei ein sechspoliger Drei-

Gehäuse 11 verhindert wird. phasen-Wechselspannungsgenerator näher erläutert,

Um den Stator 69 koaxial zum Rotor 23 zu halten, wobei die Nord- und Südpole 49 a, 49 b ... 49/ absind Tragflächen 81, 82 und 83 (vgl. Fig. 6) vor- io wechselnd aufeinanderfolgen und die Ankerspulen gesehen. Da die Durchgangslöcher 84 und 85 für die 54a, 54 b und 54c zu einer Dreiphasenwicklung zu-Schrauben 70 bzw. 72, die den Stator 69 mit der End- sammengeschaltet sind. Mit 93 a, 93 b und 93 c sind platte 25 bzw. mit dem leitenden Ring 71 verbinden, die Anschlußleitungen der Phase U, der Phase V bzw. einen größeren Durchmesser als die genannten der Phase W bezeichnet. Die Spulenenden 94 a Schrauben 70, 72 aufweisen, können auf die Schrau- 15 (Phase U), 94 b (Phase V) und 94 c (Phase W) sind in ben 70, 72, die Endplatte 25 und den leitenden Ring Stern zusammengeschaltet, wobei in jeder Nut des 71 keine thermischen Beanspruchungen ausgeübt Ankers 32 zwei Spulen untergebracht sind. Die drei werden, woraus sich eine erhöhte Sicherheit gegen Phasen können jedoch auch in Dreieck geschaltet den Bruch einzelner Teile ergibt. Bei einer axialen sein. Die Art der Dreiphasenwicklungen sei an Hand Ausdehnung des Stators 69 gleitet der leitende Ring 20 der Phase U näher erläutert. Die Wicklung der 71 längs der Fläche 83, wobei die Ringe 79 und 80 [/-Phase erstreckt sich von der Anschlußleitung 93 α auch in diesem Fall den von der Kühlflüssigkeit zur Spule 54 α, dann in Form einer Wellenwicklung durchströmten Raum einwandfrei nach außen ab- über die Spulen 54 a' und 54 a", so daß sie über die dichten. Auch durch eine solche axiale Ausdehnung angenommene Spule 54 a zu liegen kommt. Es sei des Rotors 69 ergeben sich somit keine unzulässigen 25 nun angenommen, daß die Gesamtzahl der Magnetmechanischen Beanspruchungen. pole IV beträgt. Dann besteht jede Spulengruppe aus Die Endplatte 25, der leitende Ring 71 oder ein denjenigen Spulen, die P-PoIe in Reihe schalten. Bei ähnliches Element können durch Gußteile aus gut der Ausführung gemäß Fig. 8 besteht so die erste leitendem Material, wie Aluminium oder einer Spulengruppe aus den drei Spulen 54 a, 54 a' und Kupferlegierung, gebildet werden, so daß sich im 30 54 a". Eine Anschlußleitung 95 α der Spule 54 a" ist Stator 69 sehr starke Wirbelströme bilden, was die mit einer Anschlußleitung 95 a' der Spule 54V der Bremswirkung vergrößert. Die Kühlrippen 73 und 74 zweiten Spulengruppe der [/-Phase verbunden, die dienen im übrigen nicht nur zur Übertragung der im aus den Spulen 54'a, 54'a' und 54'a" besteht. Von Stator 69 entwickelten Wärme auf die Kühlflüssigkeit, der Spule 54'a" geht eine Verbindung über 54V und sondern sie verringern zugleich die thermische Aus- 35 54'a zum Spulenende 94 a. Die Wicklung der V- und dehnung und Verformung des Stators 69. Da ferner W-Phase entspricht der der [/-Phase. Die Spulen 54 ein Teil 87 des gesamten magnetischen Flusses 86 sind durch verbindende Drähte verstärkt, (vgl. F i g. 5) durch die Kühlrippen 73 und 74 ver- Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß der läuft, kann man im Hinblick auf die Verwendung Wechselspannungsgenerator kleine Abmessungen erdieser Kühlrippen den durch den Stator 69 verlaufen- 40 halten kann, da die auf dem Anker vorgesehenen den gesamten magnetischen Fluß und damit die ent- Spulen eine sehr kleine Anzahl von Anschlußenden wickelte Bremskraft vergrößern. aufweisen. Die Spulenköpfe können ferner außer-Das Schaltbild der erfindungsgemäßen Brems- ordentlich klein gehalten werden, so daß der Anker Vorrichtung ist in F i g. 7 veranschaulicht. Der eine und die Spulenwicklung hohen Zentrifugalkräften ge-PoI der auf dem Fahrzeug 2 vorgesehenen Batterie 88 45 wachsen sind. Die vom Anker des Wechselspannungsist geerdet, während der andere Pol 89 mit dem An- generators gelieferte Ausgangsspannung kann als Schluß 91 eines Handbetätigungs-Steuerschalters 90 Hochstromquelle für die Zündspulen verwendet verbunden ist. Die Anschlüsse 92 a, 92 b und 92 c werden. Die Batterie braucht daher nur diejenige dieses Schalters 90 sind mit den Anschlüssen 17 a, Leistung zu liefern, die für den Erregerstrom in den YIb und 17 c des Erregersystems 48 des Wechsel- 50 Feldspulen des Wechselspannungsgenerators benötigt spannungsgenerators 31 verbunden. Die genannten wird; die hierfür erforderliche Leistung ist jedoch Anschlüsse 17 a, YJb und 17 c sind ihrerseits mit den klein im Verhältnis der für die Zündspulen benötigten drei Feldspulen 50 α, 50 b und 50 c verbunden, deren Leistung. Der hierin liegende leistungsmäßige Vorteil anderes Ende über einen Anschluß 17 d geerdet ist. ist für ein Fahrzeug, dessen Batteriekapazität not-Die in den Spulen 54 a, 54 b und 54 c des Ankers 32 55 wendigerweise begrenzt ist, von erheblicher Bedes Dreiphasen-Wechselspannungsgenerators 31 er- deutung.

zeugte Wechselspannung wird in den Halbleitergleich- Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtern 55 a, SSb... 55/ einer Vollwellengleich- richtung besteht darin, daß keine Schalter hoher richtung unterworfen. Von diesen Gleichrichtern wird Leistung erforderlich sind, sondern daß ein Handder Gleichstrom den Erregerspulen 28 a, 28 δ und 60 betätigungs-Steuerschalter kleiner Leistung ausreicht, c des Rotors 23 zugeführt. Durch Speisung der da für die Feldspulen nur eine sehr geringe Leistung Erregerspulen 28 werden im Stator 69 Wirbelströme benötigt wird. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der erzeugt, die im Widerstand des Stators 69 Wärme er- Tatsache, daß während einer Fahrt des mit der erzeugen, findungsgemäßen Bremsvorrichtung ausgerüsteten Die Schaltung der Ankerwicklung des Generators 65 Fahrzeuges bei niedriger Geschwindigkeit oder wähist im einzelnen in F i g. 8 veranschaulicht. Da bei rend einer Stillstandsperiode der Anker nur eine sehr diesem Wechselspannungsgenerator 31 (im Unter- kleine bzw. überhaupt keine Leistung erzeugt, so daß schied zu üblichen Wechselspannungsgeneratoren) die der Leistungsverbrauch erheblich verringert wird im

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Vergleich zu Ausführungen, bei denen die Leistung Ein Fußbetätigungsschalter 145 ist mit dem Bremsdirekt von Batterien an Erregerspulen geliefert wird. pedal 9 gekuppelt. Ein beweglicher Kontaktstreifen Das Fehlen eines Stromflusses durch den Rotor bringt 146 des Fußbetätigungsschalters 145 liegt an Masse; den weiteren Vorteil mit sich, daß ein unnötiger Tem- ihm gegenüber sind feststehende Kontakte 147 bis peraturanstieg in den Erregerspulen vermieden und 5 152 angeordnet, die mit den Kollektoren 104 c bis infolgedessen die Isolation geschont und eine zu- 109 c der Transistoren 104 bis 109 verbunden sind, verlässige Bremswirkung gewährleistet wird. Der Hauptbetätigungs-Steuerschalter 10 ist mit einem

Ein weiterer Vorteil der erfmdungsgemäßen Vor- beweglichen Kontaktstreifen 153 versehen, dem gerichtung mit dem eingebauten Wechselspannungs- genüber feststehende Kontakte 154 bis 159 angeordgenerator besteht darin, daß Schleifringe oder Bür- io net sind, die mit den entsprechenden Kontakten 147 sten, wie sie bei einer Gleichspannungsversorgung bis 152 des Fußbetätigungsschalters 145 verbunden erforderlich sind, ferner ein Kommutator und Bür- sind. Ein Steuerschalter 160 ist mit einem Pol gesten, wie sie bei einem eingebauten Gleichspannungs- erdet und mit seinem anderen Pol an den beweggenerator benötigt werden, völlig entbehrlich sind, so liehen Kontaktstreifen 153 angeschlossen. Dieser daß auch die Gefahr des Auftretens schlechter Kon- 15 Steuerschalter 160 ist mit einem Steuerschalter 161 takte durch Staub od. dgl. vermieden ist. gekuppelt, der zwischen den Ausgangsanschluß des

F i g. 9 zeigt ein elektrisches Schaltbild eines wei- Hilfsgenerators 124 und den Spannungsteilerwiderteren Ausführungsbeispieles der Erfindung. Der Sta- stand 125 eingeschaltet ist. Die Kupplung der Steuertor der Bremsvorrichtung ist durch den Ersatzkreis schalter 160 und 161 ist so ausgebildet, daß jeweils 96 veranschaulicht. In diesem Stator werden bei Er- so nur einer der beiden Schalter geöffnet, der andere regung der Erregerspulen 97 Wirbelströme erzeugt. dagegen gleichzeitig geschlossen ist, so daß man frei Die Bremsvorrichtung 1 enthält einen Wechselspan- zwischen automatischer Steuerung und Handsteuenungsgenerator 98 mit Leistungsspulen 99 und Feld- rung wählen kann.

spulen 100. Das eine Ende der in Stern geschalteten Die Wirkungsweise der erläuterten Bremsvorrich-

Spulen 99 α, 99 b und 99 c ist zusammengeschaltet·, 95 tung ist folgendermaßen:

die anderen Enden der drei Spulen sind mit einer Ist irgendein Paar von Einstellschaltern in der

Gleichrichteranordnung 101 verbunden, deren Aus- automatischen Steuereinrichtung 103, beispielsweise

gänge an die Erregerspulen 97 α, 97 b und 97 c an- der Einstellschalter 131 und der hiermit gekoppelte

geschlossen sind. Die Feldspulen 100 a, 100 ft und Einstellschalter 135, geschlossen und ist ferner auch

100 c des Generators 98 sind an einem Ende mit 30 der Steuerschalter 161 geschlossen, so liefert der

einer im Fahrzeug vorgesehenen Batterie 102 verbun- Hilfsgenerator 124 einen Strom über den ersten Span-

den und am anderen Ende über die Kollektor-Emit- nungsteilerwiderstand 125, den Einstellschalter 131,

terstrecke von Transistoren 104, 105, 106, 107, 108 die Serienwiderstände 119 bis 123, den zweiten Span-

und 109 einer automatischen Geschwindigkeitssteuer- nungsteilerwiderstand 138 und den Einstellschalter

einrichtung 103 geerdet. 35 135. Wird ein bestimmter vorgegebener Geschwin-

Feldstromsteuerwiderstände 110,111 und 112 sind digkeitswert überschritten, so bewirkt die zwischen

zwischen die Kollektoren 104 c, 106 c bzw. 108 c der den Verbindungspunkten der Serienwiderstände 119

Transistoren 104, 106 bzw. 108 und die Feldspulen bis 123 entwickelte Potentialdifferenz, daß der Tran-

100 a, 100 b und 100 c geschaltet. Basiswiderstände sistor 104 leitend wird. Infolgedessen fließt Strom

113, 114, 115, 116, 117 und 118 der zugehörigen 40 von der Batterie 102 über die Feldspule 100 a des

Transistoren 104 bis 109 sind zwischen die Basis Wechselspannungsgenerators 98 und die Kollektor-

104 b, 105 b, 106 b, 107 b, 108 b und 1096 einerseits Emitter-Strecke des Transistors 104. In den Spulen

und Verbindungspunkte zwischen Widerstände 119, 99 wird infolgedessen Spannung erzeugt; der durch

120,121,122 und 123 geschaltet. die Gleichrichteranordnung 101 gleichgerichtete Strom

Ein Hilfsgenerator 124, dessen Ausgangsspannung 45 wird den Erregerspulen 97 zugeführt, so daß die je nach der Geschwindigkeit des Fahrzeuges verän- Bremsvorrichtung 1 ihre Bremswirkung entfaltet. Das derlich ist, dient zur Ermittlung und Berücksichti- Leitendwerden des Transistors 104 bewirkt daher eine gung der Geschwindigkeit des Fahrzeuges. Dieser Verriegelung der Fahrzeuggeschwindigkeit. Ist je-Hilfsgenerator 124 ist mit einem Pol geerdet und mit doch die Beschleunigung des Fahrzeuges größer als seinem anderen Pol über einen ersten Spannungs- 50 die von der Bremsvorrichtung 1 erzeugte Bremswirteilerwiderstand 125 und eine erste Gruppe von Ein- kung, so wird durch den Hilfsgenerator 124 eine noch Stellschaltern 130, 131, 132 und 133 an den Basis- größere Spannung erzeugt, die einen größeren Spanwiderstand 113 des Transistors 104 angeschlossen. nungsabfall an den Serienwiderständen 119 bis 123 Der erste Spannungsteilerwiderstand 125 enthält in zur Folge hat. Durch die Potentialdifferenz zwischen Reihe geschaltete Einzelwiderstände 126, 127, 128 55 den Verbindungspunkten dieser Serienwiderstände und 129; die Einstellschalter 131, 132 und 133 lie- wird jetzt auch der parallel zum Transistor 104 gegen an den Verbindungspunkten der genannten Ein- schaltete Transistor 105 leitend. Es fließt infolgedeszelwiderstände 126 bis 129 und der Einstellschalter sen nunmehr ein vergrößerter Strom durch die FeId-130 am Ende des Widerstandes 126. Eine zweite spule 100 a des Generators 98, so daß sich auch eine Gruppe von Einstellschaltern 134, 135, 136 und 137, 60 größere Bremswirkung der Bremsvorrichtung 1 ergibt. die mit den Einstellschaltern 130 bis 133 der ersten Wenn selbst jetzt die Geschwindigkeit des Fahr-Gruppe gekoppelt sind, liegen einerseits an Masse zeuges nicht auf einen Wert unter der vorgegebenen und sind andererseits mit den Verbindungspunkten Geschwindigkeit verringert wird, so wiederholen sich der Einzelwiderstände 139 bis 143 eines zweiten die erläuterten Vorgänge, indem nacheinander auch Spannungsteilerwiderstandes 138 verbunden. Das eine 65 die übrigen Transistoren 106 bis 109 in ihren leiten-Ende dieses Spannungsteilerwiderstandes 138 liegt an den Zustand geführt werden, was eine zunehmende Masse, und das andere Ende ist mit dem Basiswider- Vergrößerung der von der Bremsvorrichtung 1 entstand 118 des Transistors 109 verbunden. wickelten Bremswirkung zur Folge hat. Verringert

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sich die Geschwindigkeit des Fahrzeuges auf einen erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung ohne häufige unter der vorgegebenen Einstellung liegenden Wert, Benutzung der Fußbremse oder sonstiger üblicher bewegt sich also das Fahrzeug auf etwa ebener Bremselemente eine Abbremsung des Fahrzeuges Straße, so liefert der Hilfsgenerator 124 eine gerin- erzielen. Die Verwendung eines Handbetätigungsgere Spannung, so daß sich die Potentialdifferenz 5 Steuerschalters sowie eines mit dem Fußbremspedal zwischen den Verbindungspunkten der Serienwider- gekoppelten Fußbetätigungsschalters gibt den zusätzständell9 bis 123 verringert und die Transistoren liehen Vorteil, daß unabhängig von dem leitenden 109 bis 104 nacheinander wieder in den gesperrten oder nichtleitenden Schaltzustand der Transistoren Schaltzustand zurückkehren. Infolgedessen verklei- eine plötzliche Bremswirkung herbeigeführt werden nert sich auch der durch die Feldspulen 109«, 109 δ ίο kann. Durch die erzielte Entlastung der Fußbremse und 109 c des Generators 98 fließende Strom, so daß und der sonstigen mechanischen Bremsorgane ergibt in den Spulen 99 eine kleinere Spannung erzeugt, den sich — wie erwähnt — eine erhebliche Verlängerung Erregerspulen 97 infolgedessen ein kleinerer Erreger- der Lebensdauer dieser Elemente sowie eine Erstrom zugeführt und auf diese Weise die von der höhung der Fahrsicherheit.

Bremsvorrichtung 1 entwickelte Bremswirkung all- 15 Wesentliche Charakteristika der erfindungsgemämählich verringert wird. ßen Bremsvorrichtung sind im folgenden an Hand

Der mit dem Bremspedal9 gekoppelte Fußbetäti- der Fig. 10 bis 14 erläutert.

gungsschalter 145 dient zur Steuerung der Brems- Die Kurve 162 in Fig. 10 gibt den Verlauf des

wirkung der Bremsvorrichtung 1 unabhängig von dem Bremsmomentes T in Abhängigkeit von der Drehleitenden oder nichtleitenden Schaltzustand der Tran- ao zahl N bei einer bekannten Bremsvorrichtung mit sistoren der automatischen Steuereinrichtung 103. Wirbelstrombremse wieder. Der Erregerstrom I₀ Wird der Fußbetätigungsschalter 145 so betätigt, daß (Fig. 11) ist in diesem Falle bei allen DrehzahlenN sich der bewegliche Kontaktstreifen 146 in eine Lage konstant. Bei dieser bekannten Bremsvorrichtung bewegt, in der er den Kontakt 147 berührt, so fließt vergrößert sich das Bremsmoment T zunächst mit Strom von der Batterie 102 über die Feldspule 100a as steigender Drehzahl iV, erreicht dann bei einer bewie in dem zuvor erläuterten Falle des Leitendwer- stimmten Drehzahl ein Maximum und fällt bei weidens des Transistors 104. Es wird infolgedessen in terer Vergrößerung der Drehzahl ab (vgl. Fig. 10). den Spulen 99 des Generators 98 eine entsprechende Die Erfindung nutzt demgegenüber die Tatsache

Spannung erzeugt. Übersteigt die Beschleunigung des aus, daß bei einem Wechselspannungsgenerator der Fahrzeuges die von der Bremsvorrichtung 1 ent- 30 Ausgangsstrom von der Drehzahl- abhängig ist. wickelte Bremswirkung, so wird das Bremspedal 9 Man kann auf diese Weise einen Erregerstrom / weiter niedergetreten, so daß der bewegliche Kon- erhalten, der sich mit der Drehzahl N vergrößert, taktstreifen 146 nacheinander die Kontakte 148 bis wie dies die Kurve 164 in Fig. 11 zeigt. Der bei 152 berührt, was eine entsprechende Vergrößerung der bekannten Bremsvorrichtung auftretende Nachdes durch die Feldspulen 100 a, 100 b und 100 c des 35 teil, daß sich das Bremsmoment T bei Vergrößerung Generators 98 fließenden Stromes zur Folge hat. Hier- der Drehzahl über einen bestimmten Wert verkleinert, durch wird — wie erläutert — eine entsprechende wird erfindungsgemäß somit vermieden. Man erhält Vergrößerung der von der Bremsvorrichtung 1 ent- mit der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung somit wickelten Bremswirkung erzielt. Wird die Anord- einen Bremsmomentdrehzahlverlauf, wie er in nung so getroffen, daß die Fußbremse erst dann zu 40 Fig. 10 durch die Kurve 163 dargestellt ist. Wird wirken beginnt, nachdem der bewegliche Kontakt- die Anordnung so getroffen, daß ein Punkt 165 streifen 146 bereits die Kontakte 147 bis 152 berührt (Fig. 11), von dem an der Ausgangsstrom des hat, so wird der weitaus größere Teil der Bremswir- Wechselspannungsgenerators plötzlich weniger stark kung durch die Bremsvorrichtung 1 erzielt, während ansteigt, nahe der Drehzahl N₀ liegt, bei der etwa das die Fußbremse selbst kaum in Tätigkeit tritt. Auf 45 maximale Bremsmoment der bekannten Kennlinie diese Weise werden die mit der Fußbremse verbun- 162 liegt, so steigt der Ausgangsstrom des Wechseldenen Bremsorgane gegen übermäßigen Verschleiß Spannungsgenerators bei einer Vergrößerung der geschützt und man erreicht eine hohe Lebensdauer Drehzahl N über den Wert N₀ noch langsam an, was dieser Bremsorgane. Schließt man den Schalter 160, zur Folge hat, daß sich die magnetomotorische Kraft so kann man die Bremsvorrichtung 1 mittels des 50 der Erregerspulen der Bremsvorrichtung 1 langsam Handbetätigungs-Steuerschalters 10 über den Kon- vergrößert und sich ein praktisch konstantes Bremstaktstreifen 153 betätigen. Da bei geschlossenem moment T ergibt (vgl. Kurve 163 in F i g. 10). Schalter 160 der Schalter 161 geöffnet ist, kann der Ein weiterer Vorteil läßt sich erzielen, wenn man

Hilfsgenerator 124 in diesem Falle dem Transistor- den Wechselspannungsgenerator so auslegt, daß der kreis keinen Strom zuführen; der Transistorkreis ist 55 Strom I₀ bei der Drehzahl JV₀ erzeugt wird. In diesem somit bei Handsteuerung wirkungslos. Falle rotiert der Anker des Generators und der Rotor

Durch Auswahl eines bestimmten Paares der in mit einer größeren Drehzahl, wenn die Drehzahl-/ der automatischen Steuereinrichtung 103 vorgesehe- den Wert N₀ übersteigt und der Erregerstrom / den nen Einstellschalter kann man die gewünschte Fahr- WertT₀ übersteigt (vgl. Kurve 164 in Fig. 11). Da zeuggeschwindigkeit einstellen. Die von dem Hilfs- 60 man hierdurch eine größere Luftkühlung für die generator 124 entwickelte Spannung steuert dann Leistungsspulen und die Erregerspulen erhält und über die Serienwiderstände 119 bis 123 den Basis- sich kein Temperaturanstieg ergibt, kann man diestrom der Transistoren derart, daß die Fahrzeug- selbe Bremswirkung mit einer — verglichen mit den geschwindigkeit innerhalb des eingestellten Bereiches bekannten Ausführungen — kleineren und demgehalten wird. Die Kollektorströme dieser Transi- 65 gemäß billigeren Bremsvorrichtung erzielen. Die stören bestimmen in der erläuterten Weise automa- Erregung durch den Wechselspannungsgenerator tisch den Feldstrom, der dem Wechselspannungs- bringt den zusätzlichen Vorteil mit sich, daß selbst generator zugeführt wird. Man kann daher mit der dann, wenn den Feldspulen während des Ausschalt-

zustandes der Vorrichtung Strom zugeführt wird, kein Strom durch die Erregerspulen und die Leistungsspulen fließt und demgemäß in diesen Spulen kein Temperaturanstieg auftritt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Vorrichtung nur einen geringen Stromverbrauch hat und — verglichen mit den bekannten Ausführungen, bei denen den Erregerspulen unmittelbar Gleichstrom zugeführt wird — keine zusätzliche Leistung verbraucht wird, da durch die Feldspulen ein sehr kleiner Strom fließt.

Fig. 12 zeigt die Änderung des Bremsmomentes Γ in Abhängigkeit von der Fahrzeit. Die Kurve 166 zeigt die Verhältnisse für eine bekannte Ausführung und die Kurve 167 den Verlauf für die erfindungsgemäße Vorrichtung. T₀ ist der Wert des Bremsmomentes T zu Beginn der Fahrt. Die Erläuterung dieser Kennlinien gemäß Fig. 12 erfolgt im Zusammenhang mit Fig. 13, die die Änderung des Leistungsverbrauches in Abhängigkeit vom Belastungswiderstand zeigt. Es sei angenommen, daß der Draht- ao durchmesser der Erregerspulen so geändert wird, daß sich der Lastwiderstand R zunehmend von Null Ω vergrößert. Für die bekannte Ausführung mit einer konstanten Spannungsquelle ergibt sich dann ein Leistungsverbrauch P entsprechend der as Kurve 168, während die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung mit dem Wechselspannungsgenerator eine Charakteristik entsprechend der Kurve 169 besitzt. Der Leistungsverbrauch P wird durch die Gleichung P — E²IR gegeben, wenn eine konstante Spannungsquelle mit der Spannung E verwendet wird; der Leistungsverbrauch ist in diesem Falle umgekehrt proportional zum Lastwiderstand R (dem entspricht in Fig. 13 die Kurve 168). Im Gegensatz hierzu ändert sich die Ausgangsleistung des Wechselspannungsgenerators der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung bei Änderungen des Lastwiderstandes R entsprechend der Kurve 169 gemäß Fig. 13.

Der Wechselspannungsgenerator kann daher so ausgelegt werden, daß die Kurven 169 und 168 einander bei einem Widerstandswert R₀ schneiden, der kleiner als derjenige Wert von R ist, der dem Maximum der Kurve 169 entspricht. Es sei nun angenommen, daß dieser Widerstand R₀ der Spulenwiderstand der Erregerspule bei Zimmertemperatur ist und daß U₀ die magnetomotorische Kraft der Erregerspule entsprechend dem Spulenwiderstand R₀ ist, wenn die Windungszahl der Erregerspule η beträgt. Die magnetomotorische Kraft U ist durch die Gleichung

U = η I = η γΡ[Κ

gegeben. Die magnetomotorische Kraft bei der bekannten Ausführung mit der konstanten Spannungsquelle wird durch die Kurve 170 veranschaulicht, während die entsprechenden Verhältnisse bei der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung durch die Kurve 171 veranschaulicht sind. In Fig. 14 ist dabei die magnetomotorische Kraft U in Abhängigkeit von kleinen Änderungen Δ R in der Nähe des Widerstandswertes R₀ aufgetragen. Diese Differenz erklärt sich aus der Tatsache, daß der Leistungsverbrauch P entsprechend der Kurve 169 sich bis zu einem Maximum vergrößert und dann verringert, während sich der Leistungsverbrauch P entsprechend der Kurve 168 sofort verringert, wenn der Widerstand R den Werti?₀ übersteigt. Wenn daher den Erregerspulen der Bremsvorrichtung Strom zugeführt wird und die Bremsvorrichtung eine bestimmte Zeit t betrieben wird, so verursacht der Temperaturanstieg in der Erregerspule eine Vergrößerung des Spulenwiderstandes R₀, so daß sich die magnetomotorische Kraft U in der aus Fig. 14 ersichtlichen Weise ändert. Der Bremsmomentverlauf entsprechend den Kurven 166 und 167 (F i g. 12) ist unter Zugrundelegung des Verlaufs der magnetomotorischen Kraft (Kurven 170 und 171 gemäß F i g. 14) berechnet. Bei der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung verringert sich somit das Bremsmoment T (Kurve 167) in Abhängigkeit von der Zeit nur ganz wenig, während das Bremsmoment T bei der bekannten Ausführung (Kurve 166) im Hinblick auf die Erregung durch eine konstante Spannungsquelle mit zunehmender Zeit stark abfällt.

Die Anordnung von Kühlrippen am äußeren Umfang des Stators der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung bringt zahlreiche Vorteile mit sich, unter anderem eine verstärkte Kühlung des Stators, dessen Temperatur beim Bremsvorgang ansteigt, weiterhin eine vergrößerte mechanische Festigkeit sowie eine Verstärkung der Bremswirkung, da diese Kühlrippen zugleich einen Weg für den von den Erregerspulen erzeugten magnetischen Fluß bilden. Das Vorhandensein eines Spieles zwischen Stator und Gehäuse sowie die Verwendung des gleitbeweglichen Ringes nehmen jegliche thermische Ausdehnung des Stators durch die beim Bremsvorgang auftretende Wärmeentwicklung auf und verhindern mit Sicherheit eine Beschädigung des Gehäuses oder anderer Elemente. Der als eingebaute Erregerquelle wirkende Wechselspannungsgenerator bringt den zusätzlichen Vorteil mit sich, daß die Wirbelstrom-Bremsvorrichtung mit einer minimalen Erregerleistung arbeiten kann. Die Kombination dieses Generators und der Gleichrichteranordnung schließt jede Funktionsschwierigkeit durch Abrieb, schlechten Kontakt sowie mechanische Störungen durch Eindringen von Staub oder Wassertropfen aus. Durch den als Erregerquelle eingebauten Wechselspannungsgenerator erhält man ferner den weiteren Vorteil, daß jegliche Verringerung des Bremsmoments, die bei bekannten Wirbelstrom-Bremsvorrichtungen mit zunehmender Drehzahl auftreten, vermieden wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Wirbelstrom-Bremsvorrichtung für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem fahrzeugfest angeordneten, einen Stator aufnehmenden Gehäuse, in dem eine mit der Antriebswelle des Fahrzeugs verbundene Welle gelagert ist, die einen Rotor trägt, der Erregerspulen zum Abbremsen und einen Wechselstromgenerator mit Leistungsspulen aufweist, die entweder auf der Welle oder dem Rotor befestigt sind und Feldspulen des Wechselstromgenerators gegenüberliegen, die mit dem Gehäuse der Bremsvorrichtung fest verbunden und an eine Batterie über Schalter angeschlossen sind, wobei die von den Erregerspulen der Bremsvorrichtung entwickelte magnetomotorische Kraft Wirbelströme in dem dem Rotor gegenüberliegenden Teil des Stators erzeugt, der von einem an das Kühlsystem des Fahrzeugs angeschlossenen Kühl-

mantel umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Ende des Stators (69) mit dem Gehäuse (11) in axialer Richtung fest verbunden ist, während das andere Ende an dem Gehäuse gleitend geführt ist und elastische Ringdichtungen (79, 80) zwischen Gehäuse (11) und dem radial beweglichen Stator (69) vorgesehen sind, die den von Kühlflüssigkeit beaufschlagten Raum abdichten.

2. Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Stator (69) Kühlrippen (73, 74) angeordnet sind, die in den zwischen den zwei Ringdichtungen (79, 80) begrenzten Zwischenraum hineinragen.

3. Bremsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung und Berücksichtigung der Fahrzeuggeschwindigkeit ein Hilfsgenerator (124) vorgesehen ist, dessen Ausgangsspannung der Fahrzeuggeschwindigkeit proportional ist, daß ferner eine automatische Steuereinrichtung (103) mit einer Anzahl von Transistoren (104 bis 109) vorgesehen ist, deren Schaltzustand durch die Ausgangsspannung des Hilfsgenerators gesteuert wird, und daß die Verbindung der Feldspulen (100) des Wechselstromgenerators (98) mit einer Batterie (102) über den Kollektorkreis der Transistoren der Steuereinrichtung hergestellt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen