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Regulierbare Induktionsbremse Die Erfindung bezieht sich auf eine
regulierbare Induktionsbremse mit einem die Magnetfelder erzeugenden Rotor und einem
durch einen Luftspalt von diesem getrennten, die Induktionswicklungen tragenden
Stator.
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Derartige Induktionsbremsen finden als Verzögerungsbremsen vorzugsweise
in Fahrzeugen Anwendung, indem die Induktionswicklung mit einem äußeren Belastungswiderstand
verbunden ist, in welchem die erzeugte Energie in Wärme umgewandelt wird.
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Es ist bereits bekannt, die in Schienenfahrzeugen vorhandenen Elektromagnete
zur Abbremsung des Fahrzeugs heranzuziehen, indem man den Motor vom Netz trennt
und ihn als Generator auf Bremswiderstände arbeiten läßt. Bei diesen Bremsgeneratoren
wird die Regelung des BremsmomenteB durch Regler vorgenommen, mit denen mehr oder
weniger Widerstände zu- oder abgeschaltet werden. Durch die hohen Ströme, die hierbei
geschaltet werden müssen, entstehen Lichtbögen, die einen hohen Kontaktabbrand verursachen,
Aufgrund des häufigen Schaltens während der Bremsungen ist nach einer gewissen Betriqbsdauer
die Betriebssicherheit der Bremse nicht mehr gewährleistet bzw. eine erhöhte Wartung
erforderlich.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile ist es bei Motoren oder Generatoren
bekannt geworden, die Regulierung der Drehzahl bzw.
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des Drehmomentes des Motors oder der Spannung eines Generators derart
vorzunehmen, daß der Stator aus zwei axial unterteilten Polringen besteht, die relativ
zueinander bis um eine Polteilung verdrehbar sind.
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Bei Anwendung einer derartigen Regulierung für Induktionsbremsen müssen
die Verstellorgane die gesamte Bremskraft aufnehmen, so daß ein großer Aufwand für
die Ausbildung der Verstellorgane erforderlich ist.
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Unter Vermeidung dieser Nachteile ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine regulierbare Induktionsbremse zu schaffen, bei welcher die Verdrehung
der axial unterteilten Magnetpolringe kraftlos erfolgt und auf die Verstelimittel,
die mit den verdrehbaren Magnetpolringen in Eingriff stehen, nur noch etwa die Hälfte
der Bremskraft einwirkt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer regulierbaren
Induktionsbremse der Rotor in wenigstens drei, die Dauermagnete tragende Magnetpolringe
unterteilt ist, wobei ein Teil der Magnetpolringe feststehend und die übrigen gegeneinander
verdrehbar angeordnet sind und die Gesamtpolfläche der in entgegengesetzter Richtung
bis um eine Polteilung zueinander verdrehbaren Magnetpolringe gleich oder etwas
größer ist als die Gesamtpolfläche der fest mit dem Rotor
verbundenen
Magnetpolringe, wobei die verdrehbaren Magnetpolringe während der Rotation durch
Verstellmittel von außen gegeneinander kraftlos verstellbar sind.
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Durch die Erfindung gelingt es, die Verstellmitel kleiner auszubilden,
die Betriebssicherheit während der Verdrehung der Magnetpolringe zu erhöhen und
die Regulierung des Bremsmomentes verschleißfrei vorzunehmen.
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Die Reduzierung der auf die Verstellmittel einwirkenden Kräfte ist
deshalb von besonderer Bedeutung, weil die Verdrehung der unterteilten Magnetpolringe
von außen, d.h. von feststehenden Teilen, auf die verdrehbaren Magnetpolringe, während
sie sich in Rotation befinden, übertragen werden muß.
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Auch bei hohem Bremsmoment können die Abmessungen der Bremse klein
gehalten werden, wobei eine große Betriebssicherheit gewährleistet ist.
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Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der regulierbaren Induktionsbremse
mit zwei Ausführungsbeispielen der Verstellmittel anhand der Zeichnungen erläutert.
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Es zeigen: Fig.l eine axial geschnittene Halbansicht der regulierbaren
Induktionsbremse mit permanentmagnetisch erregtem Rotor,
Fig.2 einen
Längsschnitt durch die Bremse nach der Linie I-I der Fig.1, Fig.3 eine als Verstellmittel
dienende Schubstange, die mit Schrägnuten versehen ist, Fig.4 eine andere Ausführungsform,
bei welcher als Verstellmittel um einen zentralen Drehpunkt schwenkbare Hebel vorgesehen
sind.
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Die regulierbare Induktionsbremse gemäß Fig.1 besteht aus einem Stator
1, der am Fahrzeuggestell befestigt ist. Er besteht aus einem Statorring 2, an dessen
beiden gegenüberliegenden Stirnseiten Lagerschilder 3,4 angebracht und mit dem Statorring
verschraubt sind. Am inneren Umfang des Statorringes ist ein ringförmig ausgebildeter
Polkörper 5 befestigt, der aus lamellierten Blechen zusammengesetzt ist und Nuten
12 aufweist, in welche die Spulenwicklung 6, vorzugsweise eine Mehrphasenwicklung,
eingelegt ist. Innerhalb des Stators 1 ist der Rotor 7 mittels Kugellager 8 und
Rollenlager 9 drehbar gelagert.
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Der Rotor ist fest mit der hier nicht dargestellten abzubremsenden
Welle verbunden. Auf der Rotornabe 13 sind die die Dauermagnete 10 tragenden Magnetpolringe
11 angebracht.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind drei Magnetpolringe vorgesehen,
wovon der mittlere Magnetpolring auf der Rotornabe 13 fest und die beiden äußeren,
einander gleichen Magnetpolringe in entgegengesetzter Richtung verdrehbar angeordnet
sind.
Die Breite jedes verdrehbaren, äußeren Magnetpolringes beträgt in axialer Richtung
etwas mehr als die Hälfte der Polbreite des feststehenden, mittleren Magnetpolringes.
Jeder Magnetpolring ist an seinen Stirnflächen mit unmagnetischen Haltescheiben
14 versehen.
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Der Aufbau eines jeden Magnetpolringes ist besser aus Fig.2 ersichtlich.
Jeder Magnetpolring ist aus plattenförmigen Dauermagneten 10 mit dazwischen liegenden
Polschuhen 15 aus ferromagnetischem Werkstoff zusammengesetzt. Die Polschuhe sind
an ihren Enden an einem zentralen Befestigungsring 17 aus nicht magnetischem Material
verschraubt.
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Die Dauermagnete 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 N und S gekennzeichnet.
Durch diese Anordnung entstehen in den Polschuhen ebenfalls Pole wechselnder Polarität,
die an den'Polköpfen 18 der Polschuhe durch die Buchstaben N und S gekennzeichnet
sind.
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Das gesamte Dauermagnetsystem der Magnetpolringe, bestehend aus Dauermagneten
und Polschuhen, wird durch die stirnseitig angebrachten Haltescheiben 14 zusammengehalten.
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Zwischen den Polköpfen 18 der Magnetpolringe 11 des Rotors und dem
Polkörper 5 des Statorsbefindet sich der Arbeitsluftspalt 19.
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Damit die verdrehbaren Nagnetpolringe des Rotors während der Rotation
von außen bis um eine Polteilung gegeneinander verdreht werden können, sind Verstellmittel
vorgesehen. Diese Verstellmittel bestehen aus einem Verstellhebel 20, der im Lagerschild
4 drehbar gelagert ist und über einen Bolzen 21 mit einem Zahnsegment 22 in Verbindung
steht. Dieses Zahnsegment greift mit seinen Zähnen in ein Zwischenzahnrad 23 ein,
das ebenfalls mittels eines Lagerbolzens 24 im Lagerschild 4 drehbar gelagert ist.
Dieses Zwischenzahnrad 23 greift wiederum in die Verzahnung 47 eines Gewinderinges
25 ein.
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Dieser Gewindering 25 ist mit einem mehrgängigen Innengewinde 26 versehen,
welches in das Gegengewinde 27 eines Gegengewinderinges 28 eingreift. Der Gegengewindering
28 ist am Lagerschild 4 befestigt.
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Durch Verdrehung des Verstellhebels 20 wird über das Zahnsegment 22
und das Zwischenzahnrad 23 der Gewindering 25 verdreht, so daß eine axiale Verschiebung
des Gewinderinges in der eingzeichneten Pfeilrichtung erfolgt.
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Die axiale Verschiebung des Gewinderinges wird über ein Kugellager
29 auf die in der Rotornabe 13 geführten Schubstangen 30 übertragen. Zu diesem Zweck
sind die Schubstangen mit mehreren Bolzen 31 versehen, die in den Verstellring 16,
welcher am Außenring 45 des Kugellagers 29 befestigt ist, eingreifen.
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Wie aus Fig.3 hervorgeht, sind in der Schubstange 30 Schrägnuten 46
vorhanden, in welche Drehkörper 32 eingreifen.
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Diese Drehkörper oder Rollen sind auf Zapfen 33 (siehe Fig.1) gelagert
und mit dem Befestigungsring 17 der verdrehbaren Magnetpolringe 11 fest verschraubt.
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Durch die vorbeschriebene axiale Verschiebung der Schubstangen in
der in Fig.3 eingezeichneten Verschieberichtung (siehe Pfeil) erfolgt die Verdrehung
der Magnetpolringe 11 gegeneinander über die Drehkörper in der eingezeichneten Pfeilrichtung.
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Anstelle der Verdrehung der Magnetpolringe mittels der Schrägnuten
aufweisenden Schubstangen 30 kann die Verdrehung auch durch mehrere Hebel vorgenommen
werden, wie dies in Fig.4 dargestellt ist.
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Diese Hebel 34 sind auf Lagerzapfen 35 befestigt, die an der Rotornabe
13 drehbar gelagert sind. An den gegenüberliegenden Hebelenden 36,37 befinden sich
Kreuzkugelgelenke 38,39+ die mit den gegeneinander verdrehbaren Magnetpolringen
11 durch Bolzen 40 verbunden sind. In Höhe des Drehpunktes sind die Hebel mit einem
Flansch 41 versehen, an dessen Ende sich ein Kugelgelenk 42 befindet, in welches
der axial verschiebbare Bolzen 31 eingreift.
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Durch axiale Verschiebung der Bolzen 31 in der vorbeschriebenen Weise
werden die Hebel, wie in der Zeichnung durch Pfeile angedeutet ist, um den Lagerzapfen
35 verdreht und bewirken dadurch eine Verdrehung der Magnetpolringe gegeneinander.
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Anstelle des Flansches 41 kann an den Lagerzapfen 35 der Hebel
auch
ein Zahnsegment 43 angebracht sein, in dessen Zähne eine Zahnstange 44 eingreift,
die am Verstellring 16 (siehe Fig,1) befestigt ist. In Fig.4 ist diese Anordnung
gestrichelt dargestellt. Durch die axiale Verschiebung der Zahnstange in der dargestellten
Pfeilrichtung wird der Hebel 34 über das Zahnsegment um den Lagerzapfen 35 verdreht,
wobei über die Kreuskugelgelenke eine Verdrehung der Magnetpolringe erfolgt.
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Der axiale Verschiebeweg und der Verdrehungawinkel der Hebel sind
so bemessen, daß die Verdrehung der Magnetpolringe bis um eine Pol teilung vorgenommen
werden kann.
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Geht man davon aus, daß sich sämtliche Magnetpolringe in einer solchen
Stellung befinden, daß stets gleiche Pole in axialer Richtung nebeneinander liegen,
z.B. nur Nordpole oder nur Südpole, so befindet sich die Bremse im eingeschalteten
Zustand, da der maximale magnetische Fluß über den Luftspalt auf die Wicklung einwirkt
und damit die maximale Spannung induziert wird. Die Enden der Wicklung sind mit
Bela4tung4widerstknden verbunden, eo daß das maximale Bremsmoment erzielt wird.
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Werden durch die Verstellmittel die beiden verdrehbaren äußeren Magnetpolringe
gegenüber dem mittleren, feststehenden Magnetpolring um eine Polteilung verstellt,
eo liegen dann auf den Magnetpolringen nicht mehr die gleichen Pole nebeneinander,
sondern neben dem Pol des mittleren, feststehenden Magnetpolringea liegen nun in
axialer Richtung entgegengesetzte Pole der beiden verdrehten äußeren Magnetpolringe,
Da
die Polflächen der beiden äußeren Pole gleicher Polarität zusammen gleich oder etwas
größer als die Polfläche des mittleren Poles entgegengesetzter Polarität sind, heben
sich die in den gegenüberstehenden Wicklungen induzierten Spannungen gegenseitig
auf, so daß sich die Bremse im ausgeschalteten Zustand befindet.
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Je nach dem Grad der Verstellung der beiden äußeren Magnetpolringe
gegenüber dem mittleren, feststehenden Magnetpolring kann das Bremsmoment stufenlos
auf die gewünschte Größe einreguliert werden.
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Abgesehen von den geringen Reibungskräften kann die Verdrehung praktisch
kraftlos vorgenommen werden, wobei die Verstellmittel, die mit den verdrehbaren
Magnetpolringen verbunden sind, nur die halbe Bremskraft aufnehmen messen.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorliegende Ausführungsbeispiel
eingeschränkt, denn es können auch mehr als drei Magnetpolringe vorgesehen werden.