DE4437160B4

DE4437160B4 - Wirbelstrombremsanordnung

Info

Publication number: DE4437160B4
Application number: DE19944437160
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Daum
Original assignee: Daum & Co KG GmbH
Current assignee: Daum & Co Kg 90587 Obermichelbach De GmbH
Priority date: 1994-10-18
Filing date: 1994-10-18
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2014-10-19
Also published as: DE4437160A1

Abstract

Wirbelstrombremsanordnung zum Abbremsen einer drehangetriebenen Welle, umfassend wenigstens eine mit der drehangetriebenen Welle drehfest gekoppelte Scheibe aus einem metallischen Werkstoff und wenigstens eine benachbart zu der Scheibe angeordnete strombeaufschlagbare Spule zur Erzeugung von Wirbelströmen in der Scheibe, wobei die Scheibe einstückig aus Grauguss gegossen und mit Kupfer beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Scheibe (1) wenigstens teilweise mit einem galvanisch aufgebrachten Überzug (7) aus Kupfer beschichtet ist, wobei der Überzug (7) 20 bis 60 μm dick ist.

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Wirbelstrombremsanordnung zum Abbremsen einer drehangetriebenen Welle umfassend wenigstens eine mit der drehangetriebenen Welle drehfest gekoppelte Scheibe aus einem metallischen Werkstoff und wenigstens eine benachbart zu der Scheibe angeordnete strombeaufschlagbare Spule zur Erzeugung von Wirbelströmen in der Scheibe, wobei die Scheibe einstückig aus Grauguss gegossen und mit Kupfer beschichtet ist.

Eine Wirbelstrombremsanordnung der gattungsgemäßen Art ist beispielsweise aus der DE 33 15 441 C2 bekannt. Dort ist ein ca. 6 mm dicker Kupferring vorgesehen.

Wirbelstrombremsen werden in einem breiten Spektrum von Anwendungsbereichen eingesetzt, welches vom Abbremsen von Lastkraftwagen und Omnibussen bis hin zu fahrradartigen Heimtrainern reicht, wo es mittels der Wirbelstrombremse möglich ist, eine genau vorgebbare und definiert einhaltbare Bremswirkung einzustellen und damit beispielsweise eine bestimmte Steigung zu simulieren.

Damit mittels der bei derartigen Wirbelstrombremsen vorgesehenen Induktionsspule Wirbelströme in der Scheibe induziert werden können, muss die Scheibe aus einem metallischen Werkstoff bestehen und ein gewisses Vo lumen aufweisen. Dementsprechend stellt eine derartige Scheibe einen durchaus beachtlichen Kostenfaktor dar, so dass man in der Vergangenheit schon verschiedentlich versucht hat, möglichst kostengünstige metallische Materialien und Materialkombinationen einzusetzen. Bei der Konstruktion derartiger Scheiben und bei der Materialauswahl hierfür ist neben der Erzielung einer hinreichenden Bremswirkung bei vertretbarem Energieaufwand für die Bestromung der Spule ein Problem darin zu sehen, dass sich die Scheibe aufgrund der induzierten Wirbelströme erwärmt, wobei eine zu starke Erwärmung zu einer Beeinträchtigung umliegender Komponenten führen kann.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Wirbelstrombremsanordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass bei geringem Energieaufwand und ausreichender Bremswirkung sowie einem vorteilhaften Erwärmungsverhalten eine kostengünstige Herstellbarkeit erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Scheibenoberfläche wenigstens teilweise mit einem galvanisch aufgebrachten Überzug aus Kupfer beschichtet ist, wobei der Überzug 20 bis 60 μm dick ist.

Die Verwendung von Grauguss für eine derartige Bremsscheibe wurde in EP 0 131 088 B1 bereits in Betracht gezogen. Allerdings erreicht man aufgrund des elektromagnetischen Verhaltens von Grauguss mit diesem Werkstoff nicht die erforderlichen Bremsmomente bei vertretbarem Energieaufwand für die Magnetisierung. Es ist deshalb auch schon versucht worden, mit Werkstoffkombinationen zu arbeiten, beispielsweise mit einer inneren Scheibe aus Beton und einem um diese Scheibe gelegten Kupferring.

Hiermit ist abgesehen von dem Herstellungsaufwand aber wiederum ein erheblicher Verbrauch von Kupfer verbunden.

Demgegenüber wurde erfindungsgemäß erkannt, dass durch das galvanische Aufbringen einer vergleichsweise dünnen Kupferschicht das elektromagnetische Verhalten des Graugusses im Volumen so beeinflusst wird, dass die erzeugten Wirbelströme eine ausreichende Bremswirkung sichern. Darüber hinaus schafft der Kupferüberzug eine hohe Korrosionsbeständigkeit. Die Herstellung ist kostengünstiger realisierbar, weil die Scheibe als einstückiges Gussteil aus preiswertem Grauguss hergestellt werden kann und das galvanische Verkupfern problemlos möglich ist.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Scheibe aus Grauguss GG 15 oder aus Grauguss GG 25 besteht.

Vorzugsweise ist der Bereich des Lagersitzes für die Welle nicht mit dem galvanischen Überzug versehen, so dass es möglich ist, das Lager durch Presssitz zuverlässig festzulegen.

In weiterer Ausgestaltung ist zur Erzielung einer optimalen Wärmeabstrahlung vorgesehen, dass die Scheibe radartig geformt ist, indem sie einen äußeren massiven Radring, ein nabenartiges, den Lagersitz aufnehmendes Zentralteil und dazwischen sich im wesentlichen radial erstreckende speichenartige Rippen aufweist. Hierdurch wird die Oberfläche vergrößert und damit eine günstige Wärmeabstrahlung erreicht, wobei die Rippen zudem wie eine Art Ventilatorblätter wirken und durch zusätzliche Luftwirbel die Wärmeableitung noch fördern.

Mit Vorteil kann die einstückig aus Grauguss hergestellte Scheibe durch Drehen im Bereich der Peripherie und im Bereich des Lagersitzes nachbearbeitet sein, wobei diese Nachbearbeitung in einer einzigen Aufspannung auf eine Drehmaschine erfolgen kann, wenn man die Ausnehmungen in der Scheibe zwischen den Rippen als Ansatz für das Spannfutter nimmt.

Ein besonders bevorzugtes Anwendungsfeld für eine erfindungsgemäße Wirbelstrombremsanordnung ist die Ausbildung als Schwungrad für einen Heimtrainer nach Art eines Standfahrrads. Es ist zwar im Prinzip, z.B. aus der gattungsbildenden Druckschrift, schon bekannt, die Scheibe gleichzeitig als Schwungrad und als Komponente der Wirbelstrombremse einzusetzen, jedoch eröffnet die erfindungsgemäße Ausgestaltung gerade für diesen Anwendungsfall eine optimale Lösung, weil durch die massive Ausgestaltung aus Grauguss eine hohe Schwungmasse erzielbar ist, die insbesondere in Verbindung mit der radartigen Ausgestaltung eine Verlagerung der Masse radial nach außen ermöglicht, wodurch ein hohes Trägheitsmoment bedingt ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen
1 eine Aufsicht auf die Scheibe einer erfindungsgemäßen Wirbelstrombremsanordnung und
2 einen Schnitt längs der Linie II-II in 1.
Eine in der Zeichnung dargestellte Scheibe 1 ist einstückig aus Grauguß, beispielsweise GG 15, gegossen. Nach dem Gießen wird der äußere Peripheriebereich 2 und der Lagersitz 3 des Zentralteils 4 durch Drehen nachbearbeitet, wobei der Lagersitz 3 Abschnitte für die Lagerung der Welle bzw. den Freilauf 5 bzw. 6 umfaßt.
Nach dieser Nachbearbeitung wird die Scheibe 1 galvanisch mit einem Kupferüberzug 7 versehen, der beispielsweise eine Dicke von 30 μm aufweist.
Die Scheibe 1 umfaßt einstückig gegossen neben dem bereits angesprochenen Zentralteil 4 einen äußeren Radring 8, wobei sich zwischen diesem und dem Zentralteil 4 speichenartige Rippen 9 erstrecken, zwischen welchen sich in Umfangsrichtung Ausnehmungen 10 erstrecken. Durch die Ausnehmungen 10 bzw. Rippen 9 mit verminderter Materialstärke wird eine Erhöhung der Oberfläche der Scheibe 1 und damit eine erheblich verbesserte Wärmeabstrahlung erreicht. Gleichzeitig wird Masse in den äußeren Radring 8 verlagert, so daß die Scheibe 1 auch als Schwungrad aufgrund des hohen Trägheitsmomentes optimale Eigenschaften aufweist.

Claims

Wirbelstrombremsanordnung zum Abbremsen einer drehangetriebenen Welle, umfassend wenigstens eine mit der drehangetriebenen Welle drehfest gekoppelte Scheibe aus einem metallischen Werkstoff und wenigstens eine benachbart zu der Scheibe angeordnete strombeaufschlagbare Spule zur Erzeugung von Wirbelströmen in der Scheibe, wobei die Scheibe einstückig aus Grauguss gegossen und mit Kupfer beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Scheibe (1) wenigstens teilweise mit einem galvanisch aufgebrachten Überzug (7) aus Kupfer beschichtet ist, wobei der Überzug (7) 20 bis 60 μm dick ist.
Bremsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (1) aus Grauguss [GG 15] oder aus Grauguss [GG 25] besteht.
Bremsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich des Lagersitzes (3) für die Welle nicht mit dem galvanischen Überzug (7) versehen ist.
Bremsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Scheibe (1) radartig geformt ist, indem sie einen äußeren massiven Radring (8), ein nabenartiges, den Lagersitz (3) aufnehmendes Zentralteil (4) und dazwischen sich im wesentlichen radial erstreckende speichenartige Rippen (9) aufweist.
Bremsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einstückig aus Grauguss hergestellte Scheibe (1) durch Drehen im Bereich der Peripherie (2) und im Bereich des Lagersitzes (3) nachbearbeitet ist.
Bremsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (1) gleichzeitig ein Schwungrad bildet, insbesondere für einen Heimtrainer nach Art eines Standfahrrads.