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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wirbelstrombremse,
die ein Paar von Rotoren oder einen einzelnen Rotor umfaßt,
der aus einem ferromagnetischen Material besteht, sowie aus
Elektromagneten, die so angeordnet und konstruiert sind, daß
der in dem Rotor erzeugte Wirbelstrom vergrößert wird, wobei
die Bauteile so angeordnet sind, daß der Rotor den
magnetischen Fluß unterbricht und eine große Bremskraft durch den
in dem Rotor erzeugten Wirbelstrom erzeugt wird.
TECHNISCHER HINTERGRUND
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Die herkömmlichen (FR-A-1092293 und US-A-3263107)
Wirbelstrombremsen wiesen den Nachteil auf, daß ihr Gewicht pro
erzeugtes Bremsmoment im Vergleich zu den Bremsen anderer
Systeme groß war. Fig. 11 der beigefügten Zeichnungen stellt
im Schnitt ein typisches Beispiel einer herkömmlichen
Scheiben-Wirbelstrombremse dar. Bei dieser Bremse sind
Flanschverbindungen 1, 2 mit der zu bremsenden Achse verbunden.
Hauptwelle 3 ist so mit den Verbindungen 1, 2 verbunden, daß
sie sich nicht gegeneinander drehen, sich jedoch mit der zu
bremsenden Achse zusammen drehen. Darüberhinaus sind
Scheiben 4, 5 so an der Hauptwelle 3 angebracht, daß sie sich
nicht gegeneinander drehen. Elektromagneten 10, die jeweils
eine Spule 6 und einen Magnetpol 7 umfassen, sind radial am
gleichen Umfang eines Kreises vorhanden, dessen Mittelpunkt
Hauptwelle 3 bildet. Die Elektromagneten 10 sind an einer
Befestigungsplatte 9 in sternförmiger (stelliform) Anordnung
angebracht und geringfügig von den Scheiben 4, 5
beabstandet. Hauptwelle 3 ist ebenfalls drehbar über Kugellager 8 an
der Befestigungsplatte 9 angebracht. Diese
Befestigungsplatte 9 selbst ist unbeweglich an einem Bremsklotz befestigt.
Daher drehen sich normalerweise Scheiben 4, 5 zusammen mit
der zu bremsenden Achse. In diesem Zustand stehen die
Elektromagneten
10 nicht unter Spannung. Sie werden unter
Spannung gesetzt, wenn die Achse gebremst werden soll. Die
magnetische Kraftlinie, die durch jeden Elektromagneten 10
erzeugt wird, bildet eine geschlossene Kurve, die Magnetpol 7
und Scheibe 4 oder 5 einschließt, und ein Wirbelstrom wird
in den Scheiben 4 und 5 erzeugt, wodurch eine Kraft, die der
Drehrichtung entgegenwirkt, d. h. eine Bremskraft, auf die
Scheiben 4 und 5 erzeugt wird.
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Bei Wirbelstrombremsen sind aus ferromagnetischem Material
bestehende Rotoren und Magneten so angeordnet, daß jeder
Rotor den magnetischen Fluß unterbricht und eine Bremskraft
durch einen in dem Rotor erzeugten Wirbelstrom erzeugt wird.
Bei diesem System wird daher das erzeugte Bremsmoment umso
größer, je geringer der elektrische Widerstand des Materials
der Rotoren, d. h. der Scheiben 4, 5 in Fig. 11, ist,
vorausgesetzt, die anderen Bedingungen, d. h. das Drahtmaß und die
Anzahl der Windungen von Spule 6, der daran angelegte
elektrische Strom und der Abstand zwischen Magnetpol 7 und
Scheibe 4 (5) sind gleich. Da jedoch eine Grundvoraussetzung
darin besteht, daß die Scheiben 4, 5 aus magnetischem
Material bestehen, entsteht kein bemerkenswerter Unterschied
hinsichtlich des erzeugten Bremsmomentes in Abhängigkeit von
der Art des verwendeten magnetischen Materials. Ein
allgemeines Problem der herkömmlichen Wirbelstrombremsen besteht
also darin, daß im Vergleich zu den Bremsen anderer Systeme
unabhängig davon, welches Material für die Rotoren, d. h. die
Scheiben 4 oder 5, verwendet wird, kein großes Bremsmoment
erzeugt werden kann. Auch besteht bei der herkömmlichen, in
Fig. 11 dargestellten Wirbelstrombremse jeder Elektromagnet
10 aus einem Magnetpol 7, der axial vom Mittelpunkt von
Bodenplatte 11 vorsteht, sowie aus einer Spule 6, die einen
auf den Magnetpol 7 gewickelten Kupferdraht umfaßt, und
diese Elektromagneten 10 sind den Scheiben 4, 5 gegenüber
und geringfügig von ihnen beabstandet so angeordnet, daß die
einander entgegengesetzten Polaritäten einander abwechseln.
Daher beschreibt die magnetische Kraftlinie, die durch den
Elektromagneten 10 erzeugt wird, eine geschlossene Kurve,
die den Magnetpol 7 der angrenzenden Elektromagneten 10,
Befestigungsplatte 9 und eine der Scheiben 4 oder 5 passiert.
Aufgrund des langen Magnetweges ist daher die Intensität des
erzeugten Magnetfeldes gering.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Wirbelstrombremse zu schaffen, die die erwähnten Probleme
nach dem Stand der Technik nicht aufweist und in der Lage
ist, ein hohes Bremsmoment pro Gewichtseinheit zu erzeugen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Bei der vorliegenden Erfindung ist eine metallische Schicht
aus einem nichtmagnetischen Material mit einer größeren
elektrischen Leitfähigkeit als das Rotormaterial an der
Fläche des Rotors angebracht, die den Magnetpolen der
Elektromagneten entgegengesetzt ist. Dieses technische Mittel trägt
zur Verstärkung des in dein Rotor erzeugten Wirbelstroms bei,
was zu einem erhöhten Bremsmoment führt. Darüberhinaus ist
die Spule des Elektromagneten von einem Magnetpolgehäuse aus
einem ferromagnetischen Material umschlossen und so
konstruiert, daß ihr ausgewähltes Feld, durch das die magnetische
Kraftlinie verläuft, dem Querschnitt des Magnetpols gleich
ist oder größer ist als dieser. Diese Anordnung macht es
möglich, den magnetischen Weg des Elektromagneten im
Vergleich zum herkömmlichen Mechanismus im wesentlichen zu
halbieren, und dementsprechend wird die Intensität des durch
die Elektromagneten erzeugten magnetischen Feldes fast
verdoppelt. Da des weiteren der durch ein Stück des
Elektromagneten erzeugte Wirbelstrom aufgrund der Erzeugung von
zusätzlichem Wirbelstrom durch das Magnetpolgehäuse zunimmt,
wird das erzeugte Bremsmoment vergrößert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen
Scheiben-Wirbelstrombremse.
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Fig. 2 ist ein schematischer Aufriß der Elektromagneten in
der Bremse.
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Fig. 3 ist eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen
Trommel-Wirbelstrombremse.
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Fig. 4 ist ein schematischer Aufriß der Elektromagneten in
der Bremse in Fig. 3.
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Fig. 5 ist eine Schnittansicht eines Elektromagneten.
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Fig. 6 ist eine Draufsicht auf selbigen.
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Fig. 7 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel einer
praktischen Ausführung desselben veranschaulicht.
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Fig. 8 ist eine Draufsicht auf selbigen.
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Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht der metallischen
Schicht, die in der Scheiben-Wirbelstrombremse
vorhanden ist.
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Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht der metallischen
Schicht, die in der Trommel-Wirbelstrombremse
vorhanden ist.
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Fig. 11 ist eine Schnittansicht einer herkömmlichen
Scheiben-Wirbelstrombremse.
BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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Ausgeprägte Unterschiede zwischen der in Fig. 1
dargestellten erfindungsgemäßen Wirbelstrombremse und der in Fig. 11
dargestellten herkömmlichen Wirbelstrombremse liegen in der
charakteristischen Konstruktion der Elektromagneten 200 bei
der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu den
Elektromagneten 10 bei der herkömmlichen Bremse und im Vorhandensein
einer metallischen Schicht 300 bei der vorliegenden Erfindung,
die bei der herkömmlichen Bremse nicht vorhanden ist.
Flanschverbindung 1A, 2A, die damit verbundene Hauptwelle
30, Scheiben 40, 50, Kugellager 80 und Befestigungsplatte 90
sind mit denen der herkömmlichen Bremse identisch.
Elektromagneten 200 bestehen, wie in Fig. 5 und 6 dargestellt,
grundlegend aus einer kreisrunden, flachen Bodenplatte 110
aus ferromagnetischem Material, einem zylindrischen
Magnetpolgehäuse 130, das fest mit der Bodenplatte 110 verbunden
ist, so daß das Gehäuse parallel zur Achse des
Elektromagneten von der Außenkante der Bodenplatte 110 vorsteht, und aus
einem säulenförmigen Magnetpol 120, der ebenfalls fest mit
der Bodenplatte 110 verbunden ist, so daß der Magnetpol
vertikal nach außen vom Mittelpunkt der Bodenplatte 110
vorsteht. Eine Spule 60 aus Kupferdraht ist um den Magnetpol
120 herum vorhanden. Das Magnetpolgehäuse 130 ist so
konstruiert, daß die Fläche seines offenen Endes 131 parallel
zu der Bodenplatte 110 genauso groß ist wie oder größer als
die Querschnittsfläche des Magnetpols 120, der die gleiche
Querschnittsform hat wie das Gehäuse 130. Ein typisches
Beispiel einer praktischen Anwendung der Elektromagneten 200
ist in Fig. 7 und 8 dargestellt. Magnetpolgehäuse 130 ist so
geformt, daß es den kleinsten Durchmesser an seiner mit der
Bodenplatte 110 verbundenen Kante hat und sein Durchmesser
in Richtung seines offenen Endes 131 allmählich zunimmt, so
daß das offene Ende 131 eine große Fläche aufweisen kann.
Darüber hinaus werden Öffnungen 132 durch Ausschneiden der
einander gegenüberliegenden Abschnitte der Umfangswand
parallel zueinander ausgeformt. Diese Öffnungen 132 dienen der
Verbesserung der Belüftung, um zu verhindern, daß die
Temperatur der Elektromagneten 200 ansteigt. Scheiben 40, 50 sind
mit einer metallischen Schicht 300 an ihren den
Elektromagneten 200 zugewandten Flächen über die Länge eines
Abschnitts versehen, der genauso groß ist wie oder größer als
der größte Durchmesser des offenen Endes 131 des
Magnetpolgehäuses 130. Die metallische Schicht 300 besteht aus einem
nichtmagnetischen Material, wie beispielsweise Kupfer, das
eine größere elektrische Leitfähigkeit aufweist als die
Scheiben 40, 50. Diese metallische Schicht ist als dünne,
ringförmige flache Platte ausgeformt und gegenüber den
Elektromagneten und geringfügig von ihnen beabstandet
angeordnet.
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Fig. 3 und 4 stellen eine weitere Ausführung der
vorliegenden Erfindung in Form einer Trommel-Wirbelstrombremse dar.
Diese Trommel-Wirbelstrombremse weist die gegenüber der
Scheiben-Wirbelstrombremse vergrößerte Querschnittsfläche
des Magnetkreises auf, die der Vergrößerung des erzeugten
Bremsmomentes dient. Bei dieser Trommelbremse ist der
einzelne Rotor als eine Trommel 500 ausgeformt, die aus einem
Umfangswandteil 510 parallel zur Hauptwelle 400 besteht,
einem Bodenwandteil 520, der mit der Hauptwelle 400 fest
verbunden ist und sie im rechten Winkel schneidet, sowie aus
einem offenen Abschnitt 530, der sich an dem dem
Bodenwandabschnitt 520 gegenüberliegenden Ende öffnet. Eine
metallische Schicht 800 ist an der Innenfläche des
Umfangswandteils 530 der Trommel 500 ausgebildet. Die metallische
Schicht 800 ist, wie in Fig. 10 dargestellt, als
dünnwandiger Zylinder über die gesamte Innenfläche des
Umfangswandteils 510 ausgeformt. Diese Schicht besteht aus einem
nichtmagnetischen Material, wie beispielsweise Kupfer, mit einer
größeren elektrischen Leitfähigkeit als der Umfangswandteil
510 der Trommel 500. Darüber hinaus sind ringförmige Rippen
540 in im wesentlichen einheitlichem Abstand um die
Außenfläche des Umfangswandteils 510 herum vorhanden. Derartige
Rippen 540 sind vorteilhafterweise auch an der Außenfläche
des Bodenwandteils 520 vorhanden. Diese Rippen 540 sind
integral mit der Trommel 500 ausgebildet und dienen der
Verhinderung des Temperaturanstiegs der Trommel 500.
Elektromagneten 600 sind die gleichen wie die in Fig. 7 und 8
dargestellten.
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Die bei der in Fig. 11 dargestellten herkömmlichen Bremse
verwendete Befestigungsplatte 9 wird durch eine
Befestigungsplatte 700 mit einem zylindrischen Teil 720 und einem
Bodenteil 710 an einem Ende des zylindrischen Teils 720
ersetzt, wobei der Bodenteil 710 an einem Bremsklotz befestigt
ist. Die Befestigungsplatte 700 selbst ist so befestigt, daß
sie sich nicht mit anderen Bauteilen dreht und sich auch
nicht leicht bewegt. Der zylindrische Teil 720 der
Befestigungsplatte 700 ist konzentrisch innerhalb der Trommel 500
angebracht, so daß das offene Ende desselben der Innenfläche
des Bodenwandteils 520 der Trommel 500 leicht beabstandet
gegenüberliegt. Der Außendurchmesser des zylindrischen Teils
720 ist kleiner als der Innendurchmesser des
Umfangswandteils 510 der Trommel 500, und Elektromagneten 600 sind
radial zwischen dem zylindrischen Teil 720 und dem
Umfangswandteil 510 der Trommel 500 angebracht. Die Bodenplatten
610 der Elektromagneten 600 sind lösbar an der
Außenumfangsfläche des zylindrischen Teils 720 angebracht, so daß der
Magnetpol 620 und das offene Ende 631 des Magnetpolgehäuses
630 der metallischen Schicht 800 an der Innenfläche des
Umfangswandteils 510 leicht beabstandet zugewandt sind.
INDUSTRIELLE EINSETZBARKEIT
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Die erfindungsgemäße Wirbelstrombremse eignet sich zum
Einsatz als Hilfsbremse für das Hauptbremssystem eines
Fahrzeugs.