DE3239440A1

DE3239440A1 - Induktionsrotor fuer eine elektromagnetische bremse

Info

Publication number: DE3239440A1
Application number: DE19823239440
Authority: DE
Inventors: André 95210 Saint Gratien Marandet
Original assignee: Labavia SGE SARL
Current assignee: Labavia SGE SARL
Priority date: 1981-10-28
Filing date: 1982-10-25
Publication date: 1983-05-11
Also published as: US4488074A; IT8209523A0; IT8209523A1; DE3239440C2; FR2515442B1; BR8206281A; ES516263A0; IT1192515B; GB2109643B; MX152860A; FR2515442A1; SE8206103D0; ES8306298A1; SE8206103L; SE447686B; GB2109643A; JPS5886865A

Description

LABAVIA - S.G.E.. Induktionsrotor für eine elektromagnetische Bremse

Die Erfindung bezieht sich auf einen Induktionsrotor für eine elektromagnetische Bremse nach dem Oberbegriff des Anspruchs"1.

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Derartige Rotoren werden insbesondere für Fahrzeuge verwendet und haben mindestens eine Scheibe aus einem ferrornagneti sehen Material, die gegenüber einem Statorkranz aus elektromagnetischen Polen drehbar ist, die abwechselnd positiv und negativ und von der Scheibe nur durch einen Luftspalt getrennt sind. Die Scheibe wird durch in ihr induzierte Wirbelströrne abgebreinst und erwärmt.

Bei einem bekannten Rotor dieser Art hat das Joch einen Abstand von der Scheibe, so daß sich zwischen ihnen ein nennenswertes Volumen für Kühlluft ergibt und der Rotor eine verhältnismäßig hohe mechanische Antriebsenergie benötigt. Die radiale Breite des Joches ist verhältnismäßig gering, so daß es nur eine schwache Wärmeabfuhr durch Konvektion bewirkt.

Bezeichnet man den Außendurchmesser der Scheibe mit D, den axialen Abstand zwischen Scheibe und Joch mit a, die radiale Breite des Joches mit b und den Innenradius des Joches mit r, dann ist bei dem bekannten Rotor das Verhältnis Db/ar kleiner als 10 und im allgemeinen etwa 5. Bei diesem Verhältnis ist das Produkt ar direkt proportional zum Querschnitt des radialen Kühllufteingangs zwischen Scheibe und Joch, und die Tatsache, daß dieses Verhältnis verhältnismäßig klein ist, bedeutet, daß bei einem gegebenen Außendurchmesser des Rotors und bei gegebener radialer Breite des Joches der erwähnte Eintrittsquerschnitt verhältnismäßig groß ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotor der gattungsgemäßen Art anzugeben, dessen Antriebsenergiebedarf auf einen Wert, der durch das Wärmeabführvermögen des Rotors beim Betrieb der Bremse bestimmt ist, und dessen Gewicht verringert ist.

Diese Aufgabe ist durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Ausbildung gelöst. 25

Weiterbildungen dieser Lösung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachstehend anhand der Zeichnung irn Vergleich zu einem bekannten Rotor näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die Hälfte eines Axialschnitts eines bekannten Rotors einer elektromagnetischen Bremse, 35

Fig. 2 die Hälfte eines Axialschnitts eines erfindungsgemäßen Rotors und

Fig. 3 die Hälfte eines Axialschnitts einer Abwandlung des erfindungsgernäßen Rotors.

Der Begriff "Rotor" wird hier zur genaueren Bezeichnung aller ferromagnetischen Gußstücke der drehbaren Anordnung einer elektromagnetischen Bremse oder Wirbelstrombremse mit einer Induktionsscheibe verwendet.

Bekanntlich ist diese Scheibe fest mit der abzubremsenden Welle verbunden, z.B. der Transmissionswelle eines Fahrzeugs, und so gelagert, daß sie vor dem Stator der Bremse, genauer gesagt vor einem Kranz aus abwechselnd positiven und negativen Induktionspblen, die einen Teil des Stators bilden, vorbeilaufen kann, wobei sich ein Luftspalt dazwischen befindet. In der Scheibe werden dabei Wirbelströme induziert, die zu einer Abbremsung und Erwärmung der Scheibe führen.

Die erwähnte drehbare Anordnung weist ein weiteres Element auf, wie eine Buchse, Nabe oder mittlere Platte, die ihrerseits durch Verschraubung oder auf andere Weise an der abzubremsenden Welle befestigt ist. Der "Rotor" ist dabei mit seiner einen Seite an dem Element befestigt. 30

Der Rotor ist in an sich bekannter Weise als einteiliges Gußstück aus ferromagne ti schein Material, z.B. einem mittelharten oder schwachlegierten Stahl, hergestellt. Er weist dabei folgende Teile auf: eine Induktionsscheibe 1, einen Befestigungsring 2 mit einem mittleren Durchmesser, der kleiner als

der Innendurchmesser der Scheibe 1 ist, und mit axialen Bohrungen 3, mit oder ohne Gewinde, zur Aufnahme von Befestigungsbolzen, einen Kranz aus Ventilationsflügeln 4, die einen Vorsprung auf der Oberfläche der Scheibe 1 gegenüber ihrer den Luftspalt begrenzenden Fläche bilden, wobei mindestens einige Flügel (vorzugsweise jeder zweite oder dritte) zur Achse hin verlängert sind, so daß sie die Scheibe mit dem Ring 2 verbindende Arme 4-bilden, und einen ringförmigen Flansch oder ein ringförmiges Joch 5, das sich parallel zur Scheibe 1 erstreckt und die Firste (radialen Kanten) der den größeren Durchmesser aufweisenden Teile der Flügel 4 verbindet, so daß zwischen diesen Flügeln, der Scheibe und dem Joch Führungskanäle 6 für die Kühlluft gebildet werden.

Die Flügel 4 und die sie gegebenenfalls verlängernden Arme 4₁ sind vorzugsweise relativ zur Drehrichtung des Rotors und mit zunehmenden Radien nach hinten gekrümmt, und zwar so, wie es in der französischen Patentschrift 1 180 373 beschrieben ist.

Außerdem sind die Arme 4₁ vorzugsweise axial gebogen, wie es dargestellt ist, so daß der Ring 2 aus dem Inneren des Stators heraustritt und der axiale Raumbedarf des mittleren Teils des Rotors verringert ist.

Die Arme 4.. können jedoch auch in dem Sinne "gerade" sein, daß ihre Mittellinien genau in der gleichen Querebene liegen.

original

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Die Anzahl der Arme 4, des Rotors ist vorzugsweise gleich acht und die Anzahl seiner Flügel 4 gleich sechzehn.

Fig. 1 stellt einen bekannten Rotor dieser Art dar.

Bezeichnet man den Außendurchmes'ser dieses Rotors mit D, d.h. den Außendurchmesser seiner Scheibe 1, den mittleren axialen Abstand zwischen den einander zugekehrten Flächen von Scheibe 1 und Joch 5 mit a, die radiale Breite des Joches mit b und. den Innenradius des Joches mit r, dann ist das Verhältnis Db/ar bei dem bekannten Rotor relativ klein, nämlich kleiner als etwa 10, und in der Regel liegt es bei etwa 5.

Mit anderen Worten, bei gegebenem Rotordurchmesser und gegebener Jochbreite ist das Produkt ar relativ groß. Dieses Produkt ist direkt proportional dem Durchtrittsquerschnitt am radialen Kuhllufteingang in den Kanälen zwischen der Scheibe und dem Joch, wobei das für die Luft verfügbare Volumen relativ groß ist. .

Demzufolge ist die Abfuhr der beim Bremsen in der Scheibe 1 erzeugten Wärme verhältnismäßig wirksam, aber auch die erforderliche Energie für den mechanischen Antrieb des Rotors, der als "Ventilator" wirkt, verhältnismäßig hoch.

Dieser relativ hohe Wert würde.keine nennenswerten Schwierigkeiten bereiten, wenn die Energie nur beim Bremsen aufgewendet werden müßte.

Dies ist jedoch nicht der Fall, weil der Rotor auch angetrieben werden muß, wenn er kalt ist,

! d.h. während der Zeiten, in denen nicht gebremst

; wird, wie es bei Fahrzeugbremsen üblich ist.

: Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die für den

j 5 mechanischen Antrieb des Rotors erforderliche Ener-

gie unter Aufrechterhaltung einer hinreichenden Kühlkapazität des Rotors, um die beim Bremsen in der Scheibe erzeugte Wärme abzuführen, zu verrin-

' gern.

' Bekanntlich ist das maximale Bremsmoment, das mittels einer elektromagnetischen Bremse im Dauerbetrieb ausgeübt werden kann, direkt abhängig von

; dieser Kühl- bzw. Wärmeabfuhrkapazitat.

Erfindungsgemäß wird daher der erwähnte Eintrittsquerschnitt und damit das Produkt ar, bei ansonsten gleichen Verhältnissen, verringert, indem das Verhältnis Db/ar verhältnismäßig groß gewählt wird. Das heißt, es wird gleich einem zwischen etwa 10 und 30, vorzugsweise zwischen etwa 12 und 25, liegenden Wert gewählt.

Daher wird zunächst für das Verhältnis D/a ein Wert zwischen 16 und 25, vorzugsweise zwischen 19 und 23, gewählt.

Dieser Wert wird für die beiden in den Fig. 2 und dargestellten Rotoren gewählt, die sich im wesentlliehen nur im Durchmesser des Befestigungsrings unterscheiden. Dieser Durchmesser ist im Falle der Fig. 3 größer als im Falle der Fig. 2. Der Rotor nach Fig. 3 wird insbesondere bei solchen, im Handel unter dem Warenzeichen FOCAL erhältlichen Bremsen verwendet, die im Vorsprung am Ausgang eines Getrieberäderkastens oder am Eingang einer Achsbrücke angebracht sind.

BAD ORIGfNAL

Die auf diese Weise bewirkte Verringerung des Abstands a ergibt eine Verringerung des für den Durchgang der Ventilationsluft V freien Querschnitts am Ausgang der Kanäle 6.
5

Gleichzeitig wird der für die Kühlluft V freie Querschnitt am Eingang dieser Kanäle, und zwar sowohl axial als auch radial, verringert. .

Zu diesem Zweck wird der Innendurchmesser des Jochs 5 unter radialer Vergrößerung dieses Joches, bei ansonsten gleichen Verhältnissen, verringert.

Mit anderen Worten, wenn das Joch durch eine runde relativ schmale Scheibe gebildet werden soll, die lediglich den Rand derjenigen Teile der Flügel 5, die einen axialen Vorsprung der Scheibe 1 bilden, abdeckt, wird das Joch durch eine ringförmige verhältnismäßig große Scheibe gebildet, die sich ra~ dial über mindestens den größeren Teil der radialen Erstreckung der Scheibe 1 (Fig. 2) erstreckt und diese Erstreckung sogar weit über deren Rand in Richtung der gemeinsamen Achse (Fig. 3) überschreiten kann.

Bei dem schmaleren Joch nach Fig. 2 ist der Innenradius nur einige Millimeter größer als der der Scheibe 1, wobei der Unterschied dieser Innenradien maximal 5 % der radialen Breite der Scheibe entspricht. Demgegenüber ist bei bekannten Konstruktionen, z.B, der in Fig. 1 dargestellten, die radiale Größe oder Breite des inneren Teils der Scheibe 1, der nicht durch das Joch 5 abgedeckt ist, größer als ein Viertel der radialen Breite dieser Scheibe.

In dem Bereich, in dem die Arme 4₁ am inneren Rand des Joches 5 angeschlossen sind, können sie einen First oder eine Kante aufweisen, die mit der äußeren radialen Stirnfläche des Joches fluchtet und diese Fläche radial nach innen verlängert, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, oder vollständig durch das Joch verdeckt sein, wie es in Fig. 3 dargestellt ist.

im allgemeinen ist das Verhältnis der radialen Breite b des Joches 5 zum Innenradius r dieses Joches - dieses Verhältnis bestimmt die relative Größe der Ringscheibe 5 - in den bekannten Fällen höchstens gleich 0,55, während es hier größer als 0,55 ist und vorzugsweise zwischen 0,6 und 1,1 liegt.

Auch das Verhältnis der Breite b zum axialen Abstand a zwischen Joch 5 und Scheibe 1 - dieses Verhältnis bestimmt die Länge und Verengung der Kanäle 6 - ist in den bekannten Fällen höchstens gleich 3, während es hier größer als 3 ist und vorzugsweise zwischen 3,5 und 6 liegt.

Die Vergrößerung der radialen Breite b des Joches 5 hat den Vorteil, daß dadurch der Flächeninhalt der Innen- und Außenflächen des Joches, die mit der Umgebungsluft in Berührung stehen, und damit die Wärmeabfuhrkapazitat des Joches durch Konvektion vergrößert wird.

Da das Joch gleichzeitig näher an der Scheibe 1 als in den bekannten Fällen liegt, nimmt es eine größere Wärmemenge aus der Scheibe auf. 35

Aus diesen beiden Gründen ergibt sich, daß das Joch 5 im vorliegenden Falle eine bessere Wärme-

BAß OBIOIHAl

abfuhr als in den bekannten Fällen bewirkt und diese gesteigerte Wärmeabfuhr teilweise die Verringerung des Anteils der Ventilation an der Wärmeabfuhr ausgleicht.
5

Trotz der Vergrößerung der radialen Breite b des Joches ist das Gesamtgewicht des Rotors aufgrund der Verringerung des Abstands a erheblich geringer, weil sich durch diese Verringerung des Abstands eine Verkürzung der Ventilationsflügel in axialer Richtung ergibt. Bei einem Rotor mit einem Außendurchmesser von etwa 500 mm erreicht die Gewichtsabnahme 3 kg, was bei einer Bremse mit zwei symmetrischen Rotoren insgesamt eine Gewichtsabnahme von 6 kg ergibt.

Ferner hat sich gezeigt, daß die Wahl der erwähnten Abmessungen eine erhebliche Verringerung - von bis zu 30 % und mehr - der erforderlichen mechanischen Antriebsenergie des Rotors ergibt und daß diese Verringerung nicht auf Kosten des Wärmeabfuhrvermögens des Rotors erzielt wird. So wird dieses WärmeabfUhrvermögen praktisch, bis auf weniger als etwa 5 %, beibehalten.

Die Bereiche der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Bemessungswerte liegen völlig außerhalb der entsprechenden Werte bekannter Konstruktionen.

Diese Bereiche sind in ihren von den bekannten Werten am weitesten entfernt liegenden Zonen durch die Notwendigkeit begrenzt, ein hinreichendes Wärmeabführvermögen des Rotors beizubehalten.

Es soll auch nicht die erforderliche Antriehsenergie des Rotors so weit verringert werden, daß da-

durch das Wärmeab fuh ι -vermögen beeinträchtigt v/ird. Vielmehr stellt die erfindungsgemuße Wahl der Abmessungsbereiche einen optimalen Kompromiß dar, der eine maximale Verringerung des ersten Faktors (der Antriebsenergie) ohne merkliche Verringerung des zweiten Faktors (des Wärmeabführvermögens) gestattet.

Die einander zugekehrton Flachen von Scheibe 1 und Joch 5 sind vorzugsweise eben und zueinander parallel, wie es die Pig. 2 und 3 zeigen. Mindestens die eine der beiden Flächen kann jedoch auch leicht konisch sein, so daß ein Axialschnitt jedes Vent ιlationskanals eine Form erhält, die leicht nach außen, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, oder nach innen divergiert. Tn diesen zuletzt genannten Fällen ist der in obigen Formeln angegebene Wert für den Abstand a der Mittelwert dieses Abstands.

Infolgedessen ergibt sich bei jeder "Ausführungsform ein Bremsrotor mit den erwähnten Vorteilen (Verringerung der mechanischen Antriebsenergie, Gewichtsverringerung, Verkürzung der· axialen Oesamtabmessungen).

Abwandlungen liegen im Rahmen der Erfindung.

ORIGfNAL

Claims

323S44Q

DR.-ING. ULRICH KNOÖLAUCH*" *'** *·-* -*-- ^

P ATE NTA N WALT · PRANKFURT/MAIN I₁ DEN 2 2. ΟΚΤ.

KÜHHORNSHÖFWEG 10 ' ^υι*·*

POSTSCHECK. KONTO PRANKFURT/M. 34 2S-000 KiJ

DRESDNER BANK, FRANKFURT/M. 23ΟΟ30Θ TELEFON: 5B107S

TELEGRAMM: KNOPAT TELEX: 411 B77 KNOPA D

L 28

Patentansprüche

IJ Induktionsrotor für eine elektromagnetische Bremse mit einer Scheibe (1), die mit einem Befestigungsring (2) durch einen Kranz aus Armen (4, 4₁) verbunden ist, die Ventilationsflügel bilden, wobei die Armteile mit dem größeren Durchmesser einen axialen Vorsprung auf der Scheibe bilden und an ihren Firsten durch ein ringförmiges Joch (5) verbunden sind, das parallel zur Scheibe angeordnet ist, und wobei die Anordnung aus Scheibe, Befestigungsring, Armen

und Joch ein einteiliges Gußstück bildet, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn man den Außendurchmesser der Scheibe (l) mit D, den axialen Abstand zwischen der Scheibe (1) und dem Joch (5) mit a, die radiale Breite des Joches (5) mit b und

den Innenradius des Joches (.5) mit r bezeichnet, das Verhältnis Db/ar zwischen 10 und 30 liegt.
2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis Db/ar zwischen 12 und 25

liegt.
3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis B/a zwischen 3,5 und 6 liegt.
4. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis b/r zwischen 0,6 und 1,1 liegt.
5. Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenradius (r) des Joches (5) kleiner als der Innenradius der Scheibe (1) ist.