-
Regelbare Wirbelstrom- und/oder Induktionsbremse bzw. -kupplung Gegenstand
der Erfindung nach der Patentanmeldung P 17 63 894.7 (Patent t. ..........) ) ist
eine regelbare Wirbelstrom- und/oder Induktionsbremse bzw. -kupplung mit einem die
Magnetfelder erzeugenden Induktorkörper und einem durch einen Luftspalt vom Induktorkörper
getrennt angeordneten Induktionskörper, in welchem die I uktionsströme erzeugt werden
und bei der der Induktorkörper zum Induktionskörper relativ beweglich angeordnet
ist, wobei der Induktorkörper mit einer Anzahl von Leitern versehen ist, welche
einen gesclllossenen Stromkreis bzw. Stromkreise bilden, die so ausgebildet sind,
daß sie innerhalb des Induktionskörpers ni niedrigen Widerstand und außerhalb des
Induktionskörpers einen hohen Widerstand aufweisen, derart, das das erzeugte Bremsmoment
ganz oder teilweise im Leiterteil mit niedrigem Widerstand und die durch die Energieumwandlung
entstehende Wärme vorwiegend im Leiterteil mit hohem Widerstand entsteht.
-
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun eine weitere Verbesserung und
Ausgestaltung der regelbaren Wirbelstrom- und/oder Induktionsbremse bzw. -kupplung
nach der Hauptanmeldung, deren Induktorkörper mit einer elektromagnetischen Erregung
versehen ist.
-
Insbesondere bezweckt die Erfindung, die Stromversorgung für die Erregung
zu verbessern und die Funktionsfähigkeit der elektromagnetisch erregten Bremse bzw.
Kupplung auch bei Stromausfall voll zu gewährleisten.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß innernalb des
elektromagnetisch erregten Induktorkörpers der Wirbelstrom-und/oder Induktionsbremse
bzw. -kupplung eine Erregermaschine vorgesehen ist, deren Induktionswicklung, in
der der Erregerstrom erzeugt wird, elektrisch mit der Erregerwicklung des Induktorkörpers
der Wirbelstrom- und/oder Induktionsbremse, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung
von Gleichrichtern, verbunden ist.
-
Die Erregung der Erregermaschine kann durch Dauermagnete; durch Elektromagnete
oder in Kombination von beiden erfolgen.
-
Eine sehr vorteilhafte Ein- und Ausschaltung bzw. Regelung des von
der Erregermaschine gelieferten Stromes kann dadurch erfolgen, daß man je nach Ausbildung
des Induktions- oder Induktorkörpers der Wirbelstrom- und/oder Induktionsbremse
als Rotor die Induktionswicklung der Erregermaschine oder die zur Erregung der Erregermaschine
dienenden Dauermagnete in zwei Polringe gleicher Polzahl unterteilt, die zum Zwecke
des Ein- und
Ausschaltens bzw. zur Regelung des Erregerstromes kontinuierlich
bis um eine Polteilung gegeneinander verdrehbar ausgebildet sind.
-
Steht von beiden Polringen des Stators der Erregermaschine jeweils
ein Pol gleicher Polarität einem Pol des Rotors gegenüber, so summieren sich die
in der Wicklung erzeugten Induktionsströme, während bei Verschiebung der beiden
Polringe gegeneinander um eine Polteilung die erzeugten Induktionsströme um-1800
phasenverschoben sind. In letzterem Fall erhält die Spulenwicklung des Induktorkörpers
der Bremse keinen Erregerstrom, da sich die Induktionsströme in der Induktionswicklung
der Erregermaschine aufheben, so daß die Bremse ausgeschaltet ist.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist anstelle von zwei mit
Dauermagneten versehenen Polringen zur Erregung der Erregermaschine lediglich ein
Polring mit Dauermagnetpolen versehen, während der andere Polring elektromagnetisch
erregte Pole besitzt.
-
In diesem Fall sind die beiden Polringe feststehend angeordnet.
-
Im ausgeschalteten Zustand der Bremse ist der Strom, der durch die
Erregerwicklung fließt, so gerichtet, daß die elektromagnetisch erregten Pole bei
gleich großer Induktion umgekehrte Polarität aufweisen wie die dauermagnetisch erregten
Pole des Polringes. Dadurch heben sich die Kraftlinien gegeneinander auf, und es
wird durch den Stator der Erregermaschine kein Strom in der Induktionswicklung der
Erregermaschine induziert.
-
Fällt aus einem beliebigen Grund, z.B durchs einen Kurzschluß, der
z.B. von der Fahrzeugbatterie entnommene Batteriestrom zur Erregung aus, so wirken
sofort die Dauermagnetpole des Statorpolringes erregend, so da ein Strom in der
Induktionswicklung der Erregermaschine induziert wird und die Bremse in Tätigkeit
tritt.
-
Man kann nun einen Teil des von der Wirbelstrom-und/oder Induktionsbremse
erzeugten Bremsstromes zur Erregung der Erregermaschine abzweigen, gleichrichten
und im richtigen Sinn auf die Erregerwicklung des einen Polringes geben, so daß
die Bremse dann automatisch ihre volle Bremsleistung erreicht.
-
Selbstverständlich muß Vorkehrung getroffen werden, z.B. durch Relais,
Regelwiderstände und dgl., daß die automatische Erregung der Bremse, einschließlich
Gleichrichtung des Bremsstromes nur dann erfolgt, wenn der Batteriestrom unterbrochen
wird.
-
Durch die Ausführung des Stators der Erregermasciline mit einem dauermagnetisch
erregten Polring und einem elektrotnagnetisch erregten Polring gelingt es, die Funktionsfähigkeit
der Bremse auch bei Stromausfall aufrecht zu halten und sogar bis auf ihr maximales
Bremsmoment zu bringen. Andererseits läßt sich durch diese Ausführung mit sehr kleinen
Steuerströmen von wenigen Watt die Bremsleistung von Null bis zum Maximum regeln,
indem bei normalem Fahrbetrieb zur Erregung der Erregerspulen des einen Polringes
ein Strom der Fahrzeugbatterie entnommen wird, der so gerichtet ist, daß er die
Wirkung der Dauermagnete
kompensiert.
-
Soll der Bremsvorgang eingeleitet werden, so wird z.B. durch Betätigung
eines Fußpedals oder eines Handhebels zunächst dieser Frregerstrom ausgeschaltet,
so dab lediglich die dauermagnetisch erregten Pole des anderen Polringes wirksam
werden. Sodann wird von der Batterie ein geregelter Strom umgekehrter Richtung auf
die Brregerspulen des Polringes gegeben, der die dauermagnetische Erregung den Erfordernissen
entsprechend verstärkt, so daß eine Regelung bis zur vollen Bremsleistung erzielbar
ist.
-
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung
erläutert.
-
Es zeigen: Fig. 1 eine axial geschnittehe Halbansicht der Wirbelstrom-und/oder
Induktionsbremse mit elektromagnetischer Erregung der Spulenwicklung des Induktorkörpers
und innerhalb desselben angeordneter Erregermaschine, Fig. 2 eine Teilansicht der
Induktionsbremse im Längsschnitt nach der Linie I-I der Fig.1.
-
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist auf der abzubremsenden
Welle 1 das feststehende Gehäuse 32 mittels Kugellager 7 gelagert.
-
Innerhalb des Gehäuses ist der Induktionskörper 2 angeordnet,
der
aus dem Polring 24 aus lamellierten Blechen besteht, der die Spulenwicklungen 28
trägt. Anfang und Ende jeder Spulenwicklung sind aus dem Gehäuse herausgeführt und
mit einem Leiter hohen Widerstandes 35 verbunden. Durch einen Luftspalt 26 vom Induktionskörper
2 getrennt ist der Induktorkörper 6 auf der abzubremsenden Welle 1 befestigt und
rotiert mit dieser. Er besteht aus einem Befestigungszylinder 38, der über Speichenräder
bzw. Scheiben 39 konzentrisch zur Welle 1 gehalten ist. Die Speichenräder bzw.
-
Scheiben sind durch ein Mitnehmerrohr 40 im Abstand zueinander gehalten
und auf der Welle 1 verkeilt. Auf dem äußeren Umfang des Befestigungszylinders ist
ein Polrad 41 aus lamellierten Blechen aufgebracht, welches die Erregerwicklung
42 des Induktorkörpers 6 trägt.
-
Zur elektromagnetischen Erregung der Erregerwicklung 42 des Induktorkörpers
6 ist eine Erregermaschine 43 vorgesehen. Der Rotor derselben besteht aus lamellierten,
ringförmigen Polblechen 44, die auf dem inneren Umfang des Befestigungszylinders
38 befestigt sind. Auf den Polen der Polbleche ist die Induktionswicklung 45 der
Erregermaschine aufgebracht, in welcher der Erregerstrom erzeugt wird. Die Induktionswicklung
ist unter Zwischenschaltung eines Gleichrichters 46 mit der Erregerwicklung 42 des
Induktorkbrpers 6 verbunden. Durch diese Lösung rotiert die Induktionswicklung 45
der Erregermaschine mit der Erregerwicklung 42 des Induktorkörpers 6, so daß keinerlei
die Betriebssicherheit gefährdende, bewegliche Stromübertragungen wie z.E. Schleifringe
und Bürsten erforderlich sind.
-
Die Erregung der Erregermaschine 43 erfolgt bei dem vorliegenden Beispiel
durch einen mit Dauermagneten 47 versehenen Stator iiber den Luftspalt 59. Zu diesem
Zweck sind zwei aus ferromagnetischem Werkstoff bestehende Polringe 48 vorgesehen,
auf deren Umfang ein Ring 60 aus diamagnetiscllem Werkstoff aufgezogen ist, in welchem
die Dauermagnete 47 eingebettet sind.
-
Zum Zwecke des Ein- und Ausschaltens bzw. zur Regelung des Erregerstromes
sind die beiden Polringe kontinuierlich bis um eiiie Polteilung gegeneinander verdrehbar
ausgebildet. Die beiden Polringe sind drehbar auf einem am Gehäuse 32 befestigten
Trägerzylinder 49 angeordnet und gleiten auf Kugeln 50.
-
Zui Zwecke der Verdrehung sind die Polringe an ihren gegenüberstehenden
inneren Seitenflächen auf einem Teil ihres Umfanges mit einer Verzahnung 51 versehen,
in welche die Zähne eines Zahnrades 52 eingreifen. Ferner sind zwei Kegelräder 53,54
im rechten Winkel zueinander angeordnet, von denen das Kegelrad 53 über die entsprechend
gelagerte Welle 55 mit dem Zahnrad 52 in Verbindung steht und das Kegelrad 54 über
die Betätigungswelle 56, die im Lagerbock 57 und im Gehäuse 32 entsprechend gelagert
ist, mit dem Bedienungshebel 58 in Verbindung steht. Bei Betätigung des Bedienunghebels
58 werden über die Kegelräder die beiden Polringe 48 gegeneinander verdreht. Durch
entsprechende Anschläge wird die gegenseitige Verdrehung der Polringe so begrenzt,
daß nur eine Verstellung um eine Polteilung möglich ist. Durch diese Verdrehung
der beiden Polringe gelingt es, den von der
Erregermaschine erzeugten
Erregerstrom stufenlos von Null bis zum Maximum zu regeln und dadurch eine feinstufige
Regelung des Bremsmomentes zu erzielen.
-
Es besteht selbstverständlich auch die Wiöglichkeit, anstelle der
Erregung der Erregermaschine mittels Dauermagnete eine elektromagnetische Erregung
vorzusehen. Der Erregerstrom für die Erregung der Erregermaschine kann in diesem
Falle der im Fahrzeug vorhandenen Stromquelle entnommen werden, da er verhältnismäßig
gering ist.
-
Man kann auch einen Teil des von der Induktionsbremse erzeugten Stromes
zur Erregung der Erregermaschine benutzen, wobei dieser Strom dann gleichgerichtet
werden muß.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, daß einer der
beiden Polringe 48 anstelle der Dauermagnete 47 mit elektromagnetisch erregten Polen
versehen ist. In diesem Falle ist auf dem Polring ein lamellierter, ferromagnetischer
Ringkörper aufgezogen, in dessen Nuten die Erregerwicklungen eingelegt sind.
-
Die elektromagnetischen Pole besitzen die gleiche Polteiluiig wie
die dauermagnetischen Pole. Die Polringe werden bei dieser Ausführung zum Zwecke
der Regelung nicht mehr gegeneinander verdreht, sondern sind feststehend angeordnet.
Der Strom, der durch die Erregerspulen des einen Polringes fließt, ist im abgeschalteten
Zustand der Bremse so gerichtet, daß die elektromagnetisch erregten Pole bei gleich
großer Induktion umgekehrte Polarität aufweisen wie die dauermagnetischen Pole.
Dadurch heben sich
die Kraftlinien gegeneinander auf, so daß kein
Erregerfeld vorhanden ist und somit auch kein Erregerstrom erzeugt wird.
-
Fällt der Erregerstrom aus, so werden die von den Dauermagneten ausgehenden
Kraftlinien wirksam. Es wird ein Erregerstrom induziert, so daf3 eine Bremswirkung
eintritt. Die Induktionsbremse erzeugt einen Strom, der z.B. iiber Ielais, Regelwiderstände
und dgl. bei entsprechender Gleichrichtung den Erregerspulen der Erregermaschine
zugeführt werden kann, so daß die Bremse ihre maximale Bremsleistung erreicht. Äuf
diese Weise wird sichergestellt, daß auch bei Stromausfall die Bremse stets furßctionsfähig
bleibt.
-
Durch die vorbeschriebene Ausbildung der Erregermaschine besteht auclj
die Möglichkeit, mit sehr kleinen Steuerströmen die Bremsleistung von Null bis zum
Maximum zu regeln, indem zur Ausschaltung der Breiilse die elektromagnetiscli erregten
Pole des Stators der Erregermaschine gegenüber den dauermagnetisch erregten Polen
ein Gegenfeld erzeugen, während zur Erzeugung der maximalen ßremsleistung der Erregerstrom
eine solche Richtung aufweist, daß die elektromagnetischen Pole die Wirkung der
Dauermagnetpole verstärken.