DE2154959A1

DE2154959A1 - Luftgekühlte elektromagnetische Bremse

Info

Publication number: DE2154959A1
Application number: DE19712154959
Authority: DE
Inventors: Ralph Louis Kenosha Wis Jaeschke (V St A) H02k 47 20
Original assignee: REDMAN HEENAN FROUDE Ltd
Current assignee: REDMAN HEENAN FROUDE Ltd
Priority date: 1970-11-13
Filing date: 1971-11-05
Publication date: 1972-05-18
Also published as: GB1373763A; BE775287A; FR2114640A5; ES397004A1; AU464135B2; NL7115290A; US3624436A; AU3535971A

Description

Patenicnvalt

Karl A. Fi r ο s e

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DBr/By München-Pullach, den 4.November 1971

REDMAN HEENAN FROUDE LIMITED, Shrub Hill Road, Worcester WR4 9EQ, England.

Luftgekühlte elektromagnetische Bremse

Die Erfindung betrifft eine Arbeitsmaschine und insbesondere eine luftgekühlte elektromagnetische Bremse, beispielsweise eine luftgekühlte elektromagnetische Bremse vom Wirbelstromtyp, die zur Steuerung der Geschwindigkeit der Ausgangswelle einer Kupplung mit variabler oder einstellbarer Geschwindigkeit Verwendung findet.

Die bekannten luftgekühlten elektromagnetischen Bremsen dieser Art, die aus einem an einem Gehäuse befestigten ortsfesten Bauteil und einem an der Ausgangswelle befestigten drehbaren Bauteil bestehen, verwenden KühlVentilatoren, die durch den dreh-

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baren Bauteil angetrieben sind, um einen Strom von Kühlluft zu erzeugen. Ein erheblicher Nachteil dieser bekannten Bauweise trat insbesondere bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten der Ausgangswelle auf, bei denen eine Minimalmenge, der Kühlluft zugeführt wurde und eine grosse Wärmemenge abzuleiten war.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei elektromagnetischen Bremsen der eingangs beschriebenen Art die Kühlung insbesondere im niedrigen Drehzahlenbereich zu verbessern.

t Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird im wesentlichen dadurch gelöst, dass eine Ventilatoreinrichtung Verwendung findet, die mit konstanter Geschwindigkeit mittels eines ersten Bewegungsantriebes, beispielsweise eines Wechselstrommotors, angetrieben wird. Als Ergebnis davon wird ein im wesentlichen konstantes und maximales Volumen von Kühlluft der Bremse bei allen Rotationsgeschwindigkeiten der Ausgangswelle zugeführt. Dies gibt die Möglichkeit, eine kostengünstigere luftgekühlte Bremse in vielen Anwendungsfällen zu verwenden, die bisher die wesentlich komplizierter aufgebauten und erheblich teureren flüssigkeitsgekühlten Einrichtungen bedingten.

Durch die Erfindung ist somit eine Arbeitsmaschine einschliess-P lieh eines Antriebsteiles und eines angetriebenen Teiles geschaffen, wobei die Teile in Bezug aufeinander relativ drehbar sind und Einrichtungen vorgesehen sind, um ein Bremsmoment in dem angetriebenen Teil zu erzeugen, welche aus einem Paar relativ zueinander drehbarer Bremselemente bestehen, von denen eines an dem angetriebenen Teil befestigt und zur Drehung mit diesem ausgebildet ist. Die Maschine weist weiterhin Kühleinrichtungen zum Zuführen von Luft beim Betrieb der Maschine zu dem Paar von Elementen auf, die im wesentlichen unabhängig von der Geschwindigkeit des angetriebenen Teiles und in einer Menge, die durch die Geschwindigkeit des antreibenden Teiles bestimmt

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wird, zugeführt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer in den Zeichnungen beispielhaft veranschaulichten Ausführungsform näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer elektromagnetischen Kupplung; und

Fig. 2 den Polteil.

In Fig. 1 ist eine allgemein mit 10 bezeichnete elektromagnetische Kupplung veranschaulicht. Die Einheit weist ein Gehäuse 11 auf, welches aus einem Kupplungsabschnitt 12, einem Motorabschnitt 13 und einem Bremsabschnitt 14 besteht. Der Motorabschnitt 13 enthält einen elektrischen Viechs el strommo tor 15 konstanter Geschwindigkeit. Der Kupplungsabschnitt 12 enthält eine Wirbelstromkupplung 16. Es sollte jedoch hervorgehoben werden,
dass Jede andere Art von Kupplung variabler oder einstellbarer
Geschwindigkeit Verwendung finden könnte und die Bezugnahme in
der folgenden Beschreibung auf eine Wirbelstromkupplung ist lediglich zum Zwecke der Veranschaulichung gewählt und soll nicht in irgendeiner Weise als einschränkend betrachtet werden. Der
Bremsabschnitt 14 enthält eine elektromagnetische Bremse 17 vom Wirbelstromtyp.

Die Einheit 10 weist weiterhin koaxiale Wellenteile 18 und 19
auf. Der Wellenteil 18 ist die Ausgangs- oder angetriebene Welle der Kupplung und der Wellenteil 19 ist eine Hohlwelle oder Hohlspindel, welche den Wellenteil 18 umgebend angeordnet ist und
die Motorwelle des Elektromotors 15 bildet und als Eingangsoder Antriebswellenteil der Wirbelstromkupplung 16 arbeitet.

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Die Ausgangswelle 18 weist einen Endabschnitt 20 auf, der von dem Gehäuse 11 vorsteht und der an eine entsprechende Last (nicht dargestellt) angeschlossen werden kann.

Die Welle 18 ist in dem Gehäuse 11 durch Stützlager 21 und 22 drehbar gelagert. Ein reibungsarmes Lager 23 ist auf der Welle 18 in einer dazwischen liegenden Lage angeordnet und trägt einen inneren Endabschnitt der Welle 19, während ein an dem Gehäuse befestigtes Lager 24 das andere Ende der Welle 19 aufnimmt.

fc Das Gehäuse 11 weist weiterhin Enddeckel 25 und 26 auf, die mit Lufteinlässen 27 bzw. 28 ausgebildet sind. Es soll hervorgehoben werden, dass die Lufteinlässe 28 durch mit Lüftungsschlitzen versehene Abdeckungen 29 geschützt sind.

Der Elektromotor 15 weist einen inneren Rotor 30 auf, der mit dem Stator 31 zusammenwirkt. Der Stator 31 ist zweckdienlich in dem Motorabschnitt 15 des Gehäuses 11 befestigt, während der Rotor 30 an der Welle 19 befestigt ist. Der Rotor 30 ist mit einer Anzahl von axial verlaufenden Lüfterschaufeln oder Rippen 32 ausgestattet.

Die elektromagnetische Kupplung 16 weist einen äusseren Rotor P 33 auf, der mit einer konstanten Geschwindigkeit durch den Wechselstrommotor 15 über die Antriebswelle 19 angetrieben ist, auf der er befestigt ist, und die Kupplung weist weiterhin einen inneren Rotor 34 auf, welcher an der Ausgangswelle 18 befestigt ist. Der äussere Rotor 33 trägt Lüfterschaufeln 33'. Die Kupplung weist weiterhin eine elektrisch erregbare Ringfeldwicklung 35 auf. Die Geschwindigkeit der Ausgangszeile 18 kann durch Änderung der Erregung der Feldwicklung 35 geändert werden, wie dies dem Fachmann auf diesem Gebiet ellgemein bekannt ist und wie dies auch weiter in der US-Patentrchrift Nr. 3 012 106 der gleichen Anmelderin beschrieben ist.

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BAD

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Di,? elektromagnetische Bremse 17 weist ainen stationären Ring- ?'.,· 11 teil 36 und eine elektrisch erregbare stationäre Ringfeldwicklung 37 auf. Der Feldteil 36 und die Feldwicklung 37 sind zweckdienlich an dem Bremsabschnitt 14 des Gehäuses 11 befestigt. In radialem Abstand über einen zweckdienlichen Luftspalt 33 von dem Feldteil 36 ist eine innere oder Induktoreinrichtung

39 angeordnet. Die innere Induktoranordnung 39 weist eine Spinne

40 auf, welche sich radial nach aussen von einer Nabe 44 erstreckt und einen Induktor 39' aufnimmt. Die Anordnung wird später noch genauer beschrieben. Die Nabe 44 ist an der Ausgangswelle 18 mit dieser gemeinsam drehbar befestigt.

Der Feldteil 36 und der Induktorteil 39 sind aus zweckdienlichem ferromfignetischen Material wie beispielsweise Eisen hergestellt.

Beim Betrieb wird ein Bremsmoment durch Erregung der Feldwicklung 37, welche ein magnetisches Feld mit den als F dargestellten Flusslinien erzeugt, auf die drehende Ausgangswelle 18 aufgebracht. De^-" magnetische Fluss wandert von dem Bremsabschnitt 14 des Gehäuses 11 in den Feldteil 36,über den Luftspalt 58 in den Polteil 39 und zurück über den Luftspalt 38 In den Feldteil 36 und vervollständigt eine geschlossene Schleife, indem er zu dem Bremsabschnitt 14 des Gehäuses 11 zurückkehrt. Die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Polteil j) und dem Feldteil 36 erzeugt Wirbelströme, welche ein magnetisches Feld erzeugen, das mit dem durch die Feldwicklung errichteten Feld unter Erzeugung eines Bremsmomentes an dem PoLteLl 39 und somit der Ausgangswelle 18 zusammenwirkt, an der der Pol teil befestigt ist. Ändernde Grossen des Bremsmomentes könri'\*ri auf die Ausgangswolle 10 dadurch aufgebracht werden, daRf; der Grad der Erregung geändert wird, der der Feldwicklung Y! zu/ceführt wird, wLe dies dem F-ichmann auf diesem Gebiet f - Π ,«"erne i η bek - \\i\\ i s t.

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Es ist gleichfalls auf diesem Gebiet der Technik allgemein bekannt, dass die oben beschriebene Bremswirkung grosse Wärmemengen erzeugt, die abgeführt werden müssen. Die tatsächliche Kapazität einer elektromagnetischen Bremse dieses Types ist direkt proportional zu ihrer Fähigkeit, die Wärme abzuführen. Somit betrifft die vorliegende Erfindung höhere Kapazitäten als sie bisher bei bekannten luftgekühlten Einrichtungen möglich waren, welches durch die erfindungsgemässen Luftkühleigenschaften, die im folgenden genauer beschrieben sind, mögfc lieh wird.

Der Rahmenteil 41 des Gehäuses 11, der zwischen dem Motorabschnitt 13 und dem Bremsabschnitt 14 der Kupplung angeordnet ist, ist mit einer Anzahl von Öffnungen 42 ausgebildet, welche eine Luftverbindung zwischen den beiden Abschnitten herstellen. Wie zuvor erwähnt, trägt der innere Rotor 30 des Motors 15 eine Anzahl von Lüfterschaufeln 32.

Beim Betrieb drehen sich die Lüfterschaufeln 32 und ein Gebläse 33' mit einer konstanten Geschwindigkeit mit der Eingangswelle 19 und erzeugen so einen konstanten Strom von Kühlluft durch die Lufteinlässe 28, über und um die Bremse 17, durch die Öffnungen 42 und in den Motorabschnitt 13. Dieser Kühlluftstrom ist durch die Pfeile 43 in Fig. 1 der Zeichnungen veranschaulicht. Aus der vorangegangenen Beschreibung geht hervor, dass eine konstante Zufuhr von Kühlluft der Bremse zugeführt wird, unabhängig von der Geschwindigkeit der Ausgangswelle 18. Es soll weiterhin hervorgehoben werden, dass abgesehen von der Drehung mit konstanter Geschwindigkeit sich die Eingangswelle 19 ständig mit einer höheren Geschwindigkeit als die Ausgangswelle 18 dreht und somit ein Maximum an Kühlluft gewährleistet. Dies ist insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeiten der Ausgangswelle von Bedeutung, wobei die bekannten Einrichtungen des oben erwähnten Types lediglich eine Zufuhr von Luft mit einer Metige gewährleisteten, die proportional

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der Geschwindigkeit der Ausgangswelle war und die auch somit einen geringen Wirkungsgrad zeigte.

In Fig. 2 ist die spinnenähnliche Anordnung 40 genauer veranschaulicht. Die Anordnung "besteht aus einem Nabenteil 44, der fest auf der Ausgangswelle 18 angeordnet ist. Von der Nabe 44 erstrecken sich eine Anzahl von um den Umfang im Abstand zueinander angeordneten radial verlaufenden Speichen 45,zwischen denen Zwischenräume 46 ausgebildet sind. Der innere Rotor oder Polteil 39 ist auf den äusseren Enden der Speichen 45 gelagert.

Diese Bauweise ist insbesondere von Vorteil, da sie einen grösseren Strom zwischen den Lufteinlässen 28 und den Öffnungen 42 ermöglicht. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass hierdurch eine grosse Oberfläche gebildet ist, die der Kühlluft ' für eine gute Wärmeabfuhr ausgesetzt ist.

Die zuvor beschriebene elektromagnetische Bremse weist einen ortsfesten äusseren Bauteil und einen drehbaren inneren Bauteil auf, welcher auf einer angetriebenen oder Ausgangswelle einer Kupplung variabler Geschwindigkeit befestigt ist. Die Eingangs oder Antriebswelle der Kupplung wird mit einer konstanten Geschwindigkeit durch eine zweckdienliche erste Bewegungseinrichtung wie beispielsweise ein Wechselstrommotor gedreht. Die Bremse ist zwischen einem Lufteinlass und einer Anzahl von Schaufelteilen angeordnet, die an der Eingangswelle befestigt sind. Dadurch wird der Bremse ein im wesentlichen konstantes Volumen an Kühlluft zugeführt, welches durch den Lufteinlass durch die konstant drehenden Schaufelteile eingezogen wird, unabhängig von der Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle. Die Bremse kann folglich Verwendung finden, um eine höhere Bremsleistung zu erzeugen als dies bisher bei den bekannten Einrichtungen dieser Art möglich war.

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Es soll hervorgehoben werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Kupplung der vorausgegangenen speziellen Beschreibung beschränkt ist, sondern auf jede Arbeitsmaschine oder Kraftmaschine, wie beispielsweise ein Motor, Dynamometer, usw. übertragen werden kann, die zwei relativ zueinander drehbare Teile aufweist.

Sämtliche der in der Beschreibung erwähnten und in den Zeichnungen erkennbaren technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

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Claims

Π54959 Patentansprüche

1.) Kraft- oder Arbeitsmaschine mit einem antreibenden Teil und einem angetriebenen Teil, wobei die Teile in Bezug aufeinander relativ drehbar sind, und Einrichtungen zum Entwickeln eines Bremsmomentes an dem angetriebenen Teil vorgesehen sind, welche aus einem Paar relativ zueinander drehbarer Bremselemente bestehen, von denen eines an dem angetriebenen Teil mit diesem gemeinsam drehbar befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine weiterhin mit Kühleinrichtungen für die Zufuhr von Luft bei Betrieb zu dem Paar von Elementen (36, 39) im wesentlichen unabhängig von der Geschwindigkeit des angetriebenen Teiles (18) versehen ist, und zwar in einer Menge, die durch die Geschwindigkeit des antreibenden Teiles (19) bestimmt wird.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremselemente (36, 39) in einem Gehäuse (14) angeordnet sind, und das Gehäuse mit einem Lufteinlass (27) und Auslasseinrichtungen (42) versehen ist.

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie Luft durch die Einlasseinrichtungen (27, 28) über die Bremselemente (36, 39) einzieht und durch die Auslasseinrichtungen herausbefördert.

4. Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung eine Anzahl von Schau-

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fein oder Rippen (32, 33^!) aufweist, die zu einer gemeinsamen Drehung mit dem Antriebsteil (19) befestigt sind.

5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen oder Schaufeln (32) an dem Rotor (30) eines Elektromotors (15) angeordnet sind, der dem Antrieb des Antriebsteiles (19) dient, wobei der Rotor an der Eingangswelle befestigt ist.

6. Maschine nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (15) derart ausgebildet ist, dass er den Antriebsteil (19) mit konstanter Geschwindigkeit antreibt.

7. Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil 02) der Kühleinrichtungen und der Bremselemente (36, 39) im gleichen Bereich und auf gegenüberliegenden Seiten der Auslasseinrichtungen (42) angeordnet sind.

8. Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Kupplungseinrichtungen (16) zum Antreiben des angetriebenen Teiles (18) mit variablen Geschwindigkeiten vorgesehen sind, welche aus einem Antriebselement (33) und einem angetriebenen Element (34) bestehen, wobei das antreibende Element (33) und das angetriebene Element (34) an den antreibenden bzw. den angetriebenen Teilen (19 bzw. 18) befestigt sind und mit diesen gemeinsam drehbar sind.

9. Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (16) eine Wirbelstromkupplung mit einer Feldwicklung (35) ist, deren Erregung die Geschwindigkeit des angetriebenen Elementes (34) steuert.

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10. Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die antreibenden Elemente und angetriebenen Elemente durch zwei koaxial ausgerichtete Wellen gebildet sind, von denen mindestens eine der Welle mindestens teilweise hohl ist und einen Teil der anderen Welle umgibt.

11. Haschine nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zum Entwickeln eines Bremsmomentes aus einer elektromagnetischen Bremse einschliesslich einer Feldwicklung (37) zur Erzeugung eines magnetischen Feldes zwischen den Bremselementen (36 und 39) bestehen.

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