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Wirbelstromffiremse zur Drehmome,ntmessung
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Die Erfindung betrifft eine Wirbelstrombremse zur Drehmomentmessung
an Motoren mit vom Motor angetriebener Wirbelstromscheibe.
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Derartige Bremsen werden dazu verwendet, Drehmomente zu messen, die
von Motoren bei unterschiedlichen Drehzahlen abgegeben werden. Der zu untersuchende
Motor treibt eine Wirbelstromscheibe aus elektrisch leitendem Werkstoff an, die
in einem Magnetfeld rotiert. Die dadurch in der Wirbelstromscheibe entstehenden
Wirbelströme üben auf diese eine Bremswirkung aus. Das Magnetfeld wird durch eine
oder mehrere stromdurchflossene Spulen erzeugt, die nahe an der rotierenden Wirbelstromscheibe
angeordnet sind.
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Die Bremswirkung wird dadurch verändert, daß die Stromstärke in der
bzw. den Spulen und damit die Stärke des Magnetfeldes variiert wird. Außer dem Bremsmoment
auf die Wirbelstromscheibe wirkt ein entsprechendes Reaktionsmoment auf die Spulen
und ihre Aufhängung, die drehbar angeordnet sind, so daß sie vom Reaktionsmoment
gegen die Kraft von federnden Bauteilen oder Gewichten mehr oder-weniger weit aus
ihrer Ausgangslage ausgelenkt werden. Die Größe'der Auslenkung ist gleichzeitig
ein Maß fUr die Größe des Bremsmomentes.
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Die Bremswirkung durch Wirbelströme macht man sich z.T.
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auch bei Waagen und-anderen Meßgeräten zunutze, bei denen mechanische
Schwingungen von beweglichen Geräteteilen gedämpft werden sollen. Dazu werden Jeweils
ein oder mehrere Permanentmagnete in einerdefinierten Lage zu einer elektrisch leitenden
Scheibe angeordnet. Meist ist diese Scheibe mit den beweglichen Geräteteilen verbunden,
während der bzw. die Magnete starr befestigt sind. Bei Aus schlägen der beweglichen
Geräteteile werden durch die Relativbewegung zwischen Scheibe und Magneten in der
Scheibe Wirbelströme erzeugt, die eine schwingungsdämpfende Wirkung haben.
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Eine im Prinzip gleiche Anordnung von Permanentmagneten und Wirbelstromscheibe
wird bei Induktion-Wechselstromzählern dazu verwendet, die Drehzahl der Zählerscheibe
auf definierte Werte zu begrenzen, die der zu messenden elektrischen Leistung entsprechen.
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Für Leistungsbremsen, mit denen die Drehmomente von Motoren gemessen
werden, ist die bei Wechselstromzählern und anderen Meßgeräten verwendete feste
Zuordnung von Permantenmagneten zur Wirbelstromscheibe nicht geeignet. Bei dieser
Anordnung besteht eine festgelegte und nicht veränderliche Abhängigkeit des Bremsmomentes
von der Drehzahl. Damit ist es beispielsweise nicht möglich, das von einem Motor
bei unterschiedlichen Drehzahlen abgegebene maximale Drehmoment zu messen.
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Die Wirbelstrombremsen herkömmlicher Bauart, bei denen das Magnetfeld
von stromdurchflossenen Spulen erzeugt wird, sind demgegenüber insofern aufwendig,
als sie eine veränderliche Stromversorgung für die Magnetspulen benötigen.
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Da die in der Bremse entstehende Wärme meistens durch Kühlwasser abgeführt
werden muß, entsteht zusätzlich das Problem, das elektrische System vom Kühlwasser
zu isolieren.
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Weil die Spulen beweglich angeordnet sind, ist eine Stromzufuhr zu
den Bauteilen notwendig, die mit ihrer AusleSçung den Meßwert für das Drehmoment
liefern. Die Stromzufilhrung übt auf diese beweglichen Bremsenteile Kräfte bzw.
Momente aus, die insbesondere dann zu Verfälschungen der Meßwerte führen, wenn kleinste
Drehmomente mit hoher Genauigkeit gemessen werden sollen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine in ihrer Bremswirkung verstellbare
Wirbelstrombremse zu schaffen, die von einer elektrischen Energiezufuhr unabhängig
ist und in der keine meßwertverfälschende Kräfte oder Momente auf die beweglichen
Bremsenteile ausgeübt werden.
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Die Lösung erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß der Fluß permanentmagnetisch
erzeugt wird und die Größe des Bremsmomentes durch Lageänderung zwischen Wirbelstromscheibe
und Magneten einstellbar ist.
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Die Lageänderung zwischen Wirbelstromscheibe und Magneten wird nach
einer weiteren Ausbildung der Erfindung durch eine axiale Magnetverschiebung mittels
Gewindespindel erreicht.
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Die durch die Erfindung erzielten Vorteile liegen darin, daß die mit
Permanentmagneten ausgerüstete Wirbelstrombremse keine Versorgung mit elektrische
Energie bendtigt.
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Demzufolge entfallen mUgliche Störquellen im elektrischen System.
Außerdem ist namentlich für kleine Drehmomente eine mit Permanentmagneten ausgestattete
Bremse kostengünstiger herzustellen als eine Wirbelstrombremse mit Magnetenspulen
und Stromversorgungsteil. Außerdem werden keine meßwertverfälschenden Kräfte oder
Momente in diebeweglichen Bremsenteile eingeleitet, wie es bei den mit Magnetspulen
ausgerüsteten Bremsen über die Stromzuführung geschieht.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand anhand zweier Ausführungsbeispiele
dargestellt.
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Fig. 1 zeigt eine Wirbelstrombremse mit axialer Verschiebbarkeit mehrerer
Magnete. Der zu prüfende Motor 1 ist auf dem Deckel 2 der Bremse befestigt. Er treibt
huber eine in axialer und radialer Richtung nachgiebige Kupplung 3 und die Welle
4 die Wirbelstromscheibe 5 an.
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Diese rotiert im Magnetfeld mehrerer Permanentmagnete 6, die im Magnetträger
7 befestigt sind. Der Abstand zwischen dem Magnetträger 7 und der Wirbelstromscheibe
5 läßt sich dadurch verändern, daß der Magnetträger 7 mit dem Gewindering 8 huber
die Hubzapfen 9 angehoben oder abgesenkt wird. Dadurch wird die Stärke des Magnetfeldes
in der Wirbelstromscheibe 5 und damit die Bremswirkung verändert. Das gesamte vom
Motor 1 abgegebene Drehmoment einschließlich der Lagerreibung der Welle 4 wirkt
auf das Gehäuse 10, das die Innenteile der Bremse umschließt.
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Solange kein Drehmoment auf das Gehäuse 10 wirkt, wird es von einer
oder mehreren Federn 11 in einer bestimmten Lage gehalten. Sobald vom Motor 1 ein
Drehmoment in die
Bremse eingeleitet wird, dreht sich das Gehause
10 gegen die Kraft der Feder bzw. Federn, wobei die Größe des Drehwinkels abhängig
vom Drehmoment ist.
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In Fig. 2 ist die Wirbelstrombremse mit einem einzelnen Magneten in
einer Ausführung abgebildet, bei der der Abstand zwischen dem Magneten und der Drehachse
der Wirbc]-stromscheibe verändert werden kann. Auch hier ist der zii prüfende Motor
1 auf dem Deckel 2 der Bremse befestigt.
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Er treibt über eine elastische Kupplung 3 und die 'Welle 4 die Wirbelstromscheibe
5 an. Die Wirbelstromscheibe 5 rotiert in dem Magnetfeld eines Magneten 6, der mit
dem Hebelarm 12 an dem drehbaren Zapfen 13 befestigt ist.
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Mit dem Hebel 14 kann der Zapfen 13 gedreht und damit der Magnet 6
so geschwenkt werden, daß sein Magnetfeld an unterschiedlichen Radien der Wirbelstromsc.heibe
5 wirksam und damit die Bremswirkung verändert wird.