DE1763894C3 - Regelbare Induktionsbremse bzw. -kupplung - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine regelbare Induktionsbremse bzw. -kupplung mit Polkörpern, die einen die Magnetfelder erzeugenden Induktorkörper und einen durch einen Luftspalt vom Induktorkörper getrennt angeordneten, die Wicklung tragenden Induktionskörper, in dem die Induktionsströme induziert werden, umfassen, wobei zur Regelung des gewünschten Bremsmomentes ein im Stator liegender Polkörper in zwei axial unterteilte Polringe aufgeteilt ist, von denen der eine relativ zum anderen und gegenüber dem Rotor tangential verstellbar ist

Zur Abbremsung bzw. Kupplung von rotierenden Teilen sind bereits Wirbelstrombremsen bzw. - kupplungen bekanntgeworden, die aus die Magnetfelder erzeugenden Körpern bestehen, zwischen denen sich, durch einen geringen Luftspalt getrennt, eine Wirbelstromscheibe aus ferromagnetischem Werkstoff befindet, die ggf. mit einer Belegung aus elektrisch gut leitendem Werkstoff versehen ist Der von den magnetischen Polen wechselnder Polarität ausgehende Fluß induziert während des Laufs in der Wirbelstromscheibe Spannungen, die zur Ausbildung von Wirbelströmen führen. Diese Wirbelströme erzeugen zusammen mit dem von den Polen ausgehenden Fluß ein Bremsmoment, dessen Größe im wesentlichen von der magnetischen Erregung sowie der Drehzahl und der Leitfähigkeit der Wirbelstromscheibe abhängt. Die während des Bremsens entstehende Verlustleistung wird in der Wirbelstromscheibe in Wärme umgesetzt

Trotz intensiver Bemühungen, wirksame Belüftungsund KühJsysteme zu schaffen, bereitet es Schwierigkeiten, die entstehende Wärme schnell abzuführen. Oie in der Wirbelstromscheibe gespeicherte Wärmt kann zu Schäden der Lagerteile führen. Besonders kritisch ist jedoch, daß sich durch die hohe Erwärmung die Wirbelstromscheibe verzieht und ausdehnt so daß ein gleichbleibender Luftspalt nicht mehr exakt eingehalten werden kann. Aus diesen Gründen ist ein Dauerbetrieb solcher Bremsen trotz aufwendiger Kühlung meist nicht aufrechtzuerhalten.

Bei derartigen Wirbelstrombremsen ist es auch bekannt geworden, zum Zwecke der Ein- und Ausschaltung eine die Magnetfelder erzeugende Dauermagnetscheibe gegenüber der anderen Dauermagnetscheibe, die feststeht, zu verdrehen. Eine derartige Verdrehung erfordert jedoch einen erheblichen Kraftaufwand, da sich in der Einschaltstellung anziehende, ungleichnamige Pole der beiden Scheiben gegenüberstehen.

Gegenüber einer reinen Induktionsbremse ist die Wirkungsweise bei Wirbelstrombremsen völlig anders, denn durch die Verdrehung um eine Polteilung werden die aus den Nordpolen austretenden Kraftlinien jeder Scheibe zu den Südpolen der gleichen Scheibe geleitet Sie durchdringen die Wirbelstromscheibe nicht Im eingeschalteten Zustand stehen sich stets ungleichnamige Pole gegenüber, so daß die aus den Nordpolen der einen Dauermagnetscheibe austretenden Kraftlinien durch den Luftspalt und die Wirbelstromscheibe zu dem gegenüberliegenden Südpol der anderen Scheibe zurückkehren (FR-PS 14 58 645).

Es sind auch bereits Induktionsmotoren bekannt geworden, bei denen die Drehzahl oder das Drehmoment regelbar sind. Bei diesen regelbaren Maschinen ist der Stator in zwei Polringe unterteilt. Der eine Polring ist feststehend angeordnet, während der andere Polring gegenüber dem feststehenden Polring z. B. durch ein Schnecken- oder Schneckenradgetriebe verstell- bzw. verdrehbar ist (US-PS 26 26 582).

Bei diesen bekannten Ausführungen muß bei der Verstellung des drehbaren Polrings gegenüber dem feststehenden Polring eine hohe Verstellkraft überwunden werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine regelbare Induktionsbremse bzw. -kupplung der eingangs erwähnten Art mit zwei axial unterteilten Polringen, von denen der eine relativ zum anderen verstellbar ist, zu schaffen, bei der das Ein- und Ausschalten bzw. die Regelung des Bremsmomentes mit verhältnismäßig geringen Kräften vorgenommen werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden Polringe den Induktionskörper bzw. den Induktorkörper bilden und in entgegengesetzt gerichtetem Drehsinn gegeneinander bis um eine Polteilung verstellbar angeordnet sind und daß die Polringe des Induktionskörpers untereinander in Reihe geschaltete Wicklungen tragen.

Durch die Ausbildung nach der Erfindung, bei der die beiden Polringe in entgegengesetzt gerichtetem Drehsinn bis um eine Polteilung gegeneinander verstellbar angeordnet sind, gelingt es, mit relativ geringen Verstellkräften das Bremsmoment in einem weiten Bereich sehr feinstufig zu regeln. Das ist von besonderem Vorteil, da bei einer derartigen regelbaren Induktionsbremse während des Bremsvorganges

Bremsraomente in der Größenordnung von 180 bis 200 kpm auftreten. Diese auftretenden Kräfte wirken nur auf Verstellelemente, die kraftschlüssig mit den beiden Polringen verbunden sind.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Bremse kann deshalb für viele Anwendungsgebiete Verwendung finden, z.B. als Verzögerungsbremse in Fahrzeugen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, weil die Betätigung bzw. Regelung vom Fahrerplatz über Bowdenzug, Gestänge o. dgL leicht vorgenommen werden kann.

Die vorgeschlagene Lösung unterscheidet sich auch von den bekannten Regulierungsarten bei Wirbelstrombremsen, die auf einer Schwächung oder Umlenkung der aus dem die Magnete tragenden Induktorkörper austretenden Kraftlinien beruhen, dadurch, daß durch die kontinuierliche Verstellung der beiden axial voneinander getrennten Polringe gegeneinander die austretenden Kraftlinien nicht gescnwächt werden, sondern die aus der einen Hälfte austretenden Kraftlinien in bezug auf die andere Hälfte stets so in voller Stärke auf die Induktionswicklung einwirken, daß sich die in der Induktionswicklung induzierten Ströme in der nicht verstellten Lage summieren, während sie sich bei einer Verstellung der beiden Polringe gegeneinander um eine Polteilung aufheben, da dann die erzeugten Induktionsströme um 180° phasenverschoben sind. Dadurch wird es ermöglicht, das Bremsmoment in einem weiten Bereich kontaktlos sehr feinstufig zu regeln.

Die einzelnen Spulenwicklungen jedes Polringes sind untereinander in Reihe geschaltet und in an sich bekannter Weise mit Widerständen verbunden, in denen die erzeugte Energie in Wärme umgewandelt wird.

Entsprechend der vorgesehenen Bauweise können die beiden Polringe entweder den Induktionskörper oder den Induktorkörper bilden. Findet die Erfindung für eine Induktionsbremse Anwendung, wird man vorzugsweise den Stator der Bremse zum Zwecke der kontinuierlichen Verstellung bis um eine Polteilung gegeneinander in zwei Polringe unterteilen, um die Verstellung in einfacher Weise von außen vornehmen zu können.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die verstellbaren Polringe des Induktionskörpers in axialer Richtung im Abstand zueinander angeordnet und an ihren inneren, gegenüberstehenden Seitenflächen auf einem Teil ihres Umfanges mit Verzahnungen versehen, in die die Zähne von Zahnrädern eingreifen, welche im Gehäuse drehbar gelagert und mit einem von außen zu betätigenden Hebel kraftschlüssig verbunden sind.

Die von der regelbaren Induktionsbremse erzeugte Energie kann in vielfältiger Weise durch Energieverbraucher ausgenutzt werden, z. B. um Motoren anzutreiben oder indem sie einem Speicher, *.. B. Akkumulator, unter Zwischenschaltung von Gleichrichtern zugeführt wird. Die gespeicherte Energie kann auch zum Antrieb von Motoren dienen, die beim Anfahren des Fahrzeugs als zusätzliche Antriebsquelle zur Vergrößerung der Beschleunigung des Fahrzeugs benutzt werden. Da- _6v durch ist es möglich, z. B. bei Omnibussen im Stadtverkehr kürzere Fahrzeiten zu erzielen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Ausführung der Induktionsbremse im Längsschnitt zur Hälfte nach der Linie I-I der F i g. 2, bei der der Induktorkörper mit Dauermagneten versehen ist, die mit ihren Polschuhen vom Induktionskörper ringförmig umgeben sind,

Fig.2 einen Längsschnitt nach der Linie 11-11 der Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht der Betätigungseinrichtung zur Ein- und Ausschaltung der Bremse, teilweise aufgebrochen dargestellt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist der Induktionskörper als Stator und der Induktorkörper als Rotor ausgebildet Der Induktorkörper weist ein an sich bekanntes Dauermagnetsystem zur Erzeugung des Erregerfeldes auf.

Auf der abzubremsenden Welle 1 ist der Induktorkörper 6 befestigt, während der Induktionskörper 2 an feststehenden Teilen, z. B. am Fahrzeuggestell, befestigt ist und durch Kugellager 7 auf der abzubremsenden Welle gelagert ist Der Aufbau des das Dauermagnetsystem tragenden Induktorkörpers ist besser aus F i g. 2 ersichtlich. Dieser besteht aus einer zentralen Trägerscheibe 20 aus magnetisch nicht leitendem Material. Auf dieser Trägerscheibe ist das Dauermagnetsystem befestigt, welches aus plattenförmigen Dauermagnetkörpern 21 mit dazwischen liegenden Polschuhen 22 aus ferromagnetischem Werkstoff besteht. Die Dauermagnetkörper sind in Richtung ihrer geringsten Dicke magnetisiert und liegen jeweils mit gleichnamigen Polen an den Seitenflächen der Polschuhe an. Die Pole der Dauermagnete sind in der Zeichnung durch die Buchstaben .V und S gekennzeichnet. Durch diese Anordnung der Dauermagnete entstehen in den Polschuhen ebenfalls Pole abwechselnder Polarität, die durch die Buchstaben Nund Sgekennzeichnet sind

Die Befestigung des Dauermagnetsystems auf der zentralen Trägerscheibe 20 erfolgt durch an den Enden der Polschuhe angebrachte Verankerungsteile 23 mit T-förmigem Querschnitt, die in entsprechende Aussparungen der Trägerscheibe 20 eingreifen. Die Polköpfe der Polschuhe des Induktorkörpers sind mit einer Kurzschlußwindung 40 versehen.

Der als Stator ausgebildete Induktionskörper besteht aus zwei im Abstand zueinander angeordneten Polringen 24, 25. Zwischen den Polringen und dem Dauermagnetsystem des Induktorkörpers befindet sich der Luftspalt 26. Die Polringe sind aus lamellierten Blechen zusammengesetzt und weisen Nuten 27 auf, in welche die Leiter in Form von Spulenwicklungen 28 eingelegt sind. Die Anzahl der Spulen auf dem Induktionskörper entspricht hier der Anzahl der Pole auf dem Induktorkörper.

Zur Ein- und Ausschaltung bzw. zur Regelung des Bremsmomentes sind die beiden Polringe 24, 25 des Induktionskörpers gegenüber dem Induktorkörper verstellbar ausgebildet. Zum Zwecke der Verstellung sind die Polringe an ihren inneren gegenüberstehenden Seitenflächen auf einem Teil ihres Umfanges mit einer Verzahnung 29, 30 versehen, wie aus der vergrößerten Darstellung gemäß F i g. 3 ersichtlich ist. In diese Verzahnungen greifen die Zähne eines Zahnrades 31 ein, welches im Gehäuse 32 drehbar gelagert ist und durch einen Betätigungshebel 33 von außen leicht zu verdrehen ist. Im Gehäuse 32 sind Nuten 38 angebracht, in die Kugeln 39 eingesetzt sind, auf welchen die verstellbaren Polringe 24, 25 abrollen. Bei Betätigung des Hebels werden die beiden Polringe im entgegengesetzt gerichteten Drehsinn verstellt, wie aus den in Fig.3 eingezeichneten Pfeilen ersichtlich ist. Durch entsprechende Anschläge wird die gegenseitige Verdrehung so begrenzt, daß eine Verstellung um eine

Polteilung erfolgt, d. h. daß in der einen Endstellung jeweils Polzähne der beiden Polringe mit Spulen gleichen Wicklungssinns über dem gleichen Pol des Induktorkörpers stehen, während in der anderen Endstellung Polzähne der beiden Polringe mit Spulen gleichen Wicklungssinns über zwei verschiedenen, ungleichnamigen Polen des Induktorkörpers stehen. In der ersten Stellung summieren sich die induzierten Ströme, während in der anderen Endstellung in dem einen Polring ein Strom induziert wird, der gegenüber dem in dem anderen Polring induzierten Strom um 180° phasenverschoben ist, so daß sich die beiden Ströme gegenseitig aufheben.

Die einzelnen Spulenwicklungen jedes Polringes sind untereinander in Reihe geschaltet.

IO

Die den Summen- oder Differenzstrom führenden Leitungen sind aus dem Induktionskörper elastisch herausgeführt und mit Widerständen, in denen die durch die Energieumwandlung entstehende Wärme erzeugt wird, verbunden. Die Widerstände können vorteilhaft auch an einem Ort außerhalb der Bremse angeordnet werden, wo die entstehende Wärme gut abgeführt werden kann.

Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt. Anstelle des Dauermagnetsystems kann der Induktorkörper aus einem lamellierten, ferromagnetischen Ringkörper bestehen, der Nuten aufweist, in die zur Erzeugung des Erregerfeldes Spulenwicklungen eingelegt sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Regeibare Induktionsbremse bzw. -kupplung ; ■' mit Polkörpern, die einen die Magnetfelder erzeugenden Induktorkörper und einen durch einen

„ Luftspalt vom Induktorkörper getrennt angeordne-V ten, die Wicklung tragenden Induktionskörper, in 's welchem die Induktionsströme induziert werden, umfassen, wobei zur Regelung des gewünschten Bremsmomentes ein im Stator liegender Polkörper in zwei axial unterteilte Polringe aufgeteilt ist, von denen der eine relativ zum anderen und gegenüber dem Rotor tangential verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Polringeden Induktionskörper (2) bzw. den Induktorkörper (6) bilden und in entgegengesetzt gerichtetem Drehsinn gegeneinander bis um eine Polteilung verstellbar angeordnet sind und daß die Polringe des Induktionskörpers untereinander in Reihe geschaltete Wicklungen tragen.

2. Regelbare Induktionsbremse bzw. -kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verstellbaren Polringe (24, 25) des Induktionskörpers (2) in axialer Richtung im Abstand zueinander angeordnet und an ihren inneren, gegenüberstehenden Seitenflächen auf einem Teil ihres Umfanges mit Verzahnungen (29, 30) versehen sind, in welche die Zähne von Zahnrädern (31) eingreifen, welche im Gehäuse (32) drehbar gelagert und mit einem von außen zu betätigenden Hebel (33) kraftschlüssig verbunden sind.

3. Regelbare Induktionsbremse bzw. -kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse (32) Nuten (38) angebracht sind, in welche Kugeln (39) eingesetzt sind, auf denen die verdrehbaren Polringe (24,25) abrollbar angeordnet sind.