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Wirbelstromvorrichtung, insbesondere Wirbelstrombremse Die Erfindung
betrifft elektrische Wirbelstromvorrichtungen,worunter neben Wirbelstromkuppelungen
vor allem Wirbelstrombremsen zu verstehen sind. Bei diesen Wirbelstromvorrichtungen
dreht sich ein vorzugsweise aus magnetisierbarem Metall bestehender, fest auf der
abzubremsenden Welle sitzender Läufer in einem Magnetfeld, das von Elektromagneten
erzeugt wird. Werden die Elektromagnete unter Strom gesetzt, so induziert das entstehende
Magnetfeld im Läufer Wirbelströme, die eine kräftige Bremswirkung auf die Läuferwelle
ausüben.
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Bei solchen Wirbelstrombremsen ist es bekannt, den Läufer seitlich
der Elektromagnete oder zwischen den Elektromagneten anzuordnen, wobei diese Elektromagnete
von einem Gehäuse getragen werden, in dem auch die den Läufer tragende Welle gelagert
ist. Die in dem Läufer erzeugten Wirbelströme bewirken naturgemäß auch eine starke
Erhitzung des Läufers. Die hierdurch entstehende Wärme muß nach außen abgeführt
werden. Bei den bekannten Wirbelstrombremsen der genannten Art hat man Kühlluftströme,
die durch die Läuferbewegung selbst hervorgerufen wurden, derart geführt, daß sie
zuerst die Lager der Läuferwelle und dann den Läufer selbst kühlten. Für eine wirksame
Kühlung der Elektromagnete war nicht gesorgt.
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Es hat sich jedoch herausgestellt, daß auch die Elektromagnete einer
solchen wirksamen Kühlung bedürfen. Um nun sowohl die Elektromagnete als auch den
Läufer als auch die unmittelbar seitlich des Läufers liegenden Teile der Läuferwelle
wirksam zu kühlen, wird erfindungsgemäß mindestens einer der beiden seitlich des
Läufers liegenden Räume durch eine mindestens annähernd parallel
zum
Läufer verlaufenden Zwischenwand in zwei Abteilungen geteilt, die beide in der Nähe
ihrer Peripherie mit Öffnungen versehen sind und die miteinander in der Nähe der
Läuferwelle in Verbindung stehen, wobei ein Luftstrom das äußere Abteil, in dem
sich die äußeren Enden der Elektromagnete befinden, in Richtung von außen nach innen
durchströmt, dann in der Nähe der Läuferwelle um ungefähr i8o° umgelenkt wird, und
schließlich das innere Abteil, in dem sich die inneren Enden der Elektromagnete
befinden und das durch die Seitenwand des Läufers selbst auf der einen Seite begrenzt
wird, in Richtung von innen nach außen durchströmt, um dann in die Außenluft auszutreten.
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Vorzugsweise wird der genannte Luftstrom allein durch die Ventilatorwirkung
des umlaufenden Läufers erzeugt, der vorteilhafterweise mit Flügeln oder anderen
zweckmäßigen Ventilationsvorrichtungen versehen ist, um gleichzeitig als Ventilatorläufer
arbeiten zu können.
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In der folgenden Beschreibung sowie in den Zeichnungen werden mehrere
Ausführungsformen des Erfindungsgedankens näher erläutert.
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Die Fig. i zeigt im schematischen Längsschnitt eine Wirbelstrombremse,
die mit einer der Erfindung entsprechenden Kühleinrichtung versehen ist; die Fig.2
zeigt ebenfalls im schematischen Längsschnitt eine Wirbelstrombremse, die mit einer
Kühleinrichtung versehen ist, wie sie einer anderen Ausführungsform der Erfindung
entspricht; die Fig. 3 zeigt schematisch in Draufsicht zwei Polschuhpaare der in
Fig. 2 dargestellten Bremse, wobei diese Paare beiderseits des Bremsläufers einander
gegenüberstehen, sowie den Weg des Magnetflusses während des Bremsvorganges; die
Fig. 4 und 5 zeigen in Schnitt und Aufriß eine Variante des Bremsläufers, wie er
in Fig. 2 An-\vendung findet; die Fig. 6 zeigt im Schnitt nach VI-VI der Fig. 7
eine Wirhelstrombremse, die mit Kühleinrichtungen versehen ist, wie sie einer besonders
vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung entspricht; die Fig. 7 ist eine Seitenansicht
der in Fig. 6 dargestellten Wirbelstrombremse.
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Was nun in erster Linie die Wirbelstrombremse als solche anbelangt,
die beispielsweise zum Bremsen von Kraftfahrzeugen, wie Lastwagen, dienen soll,
so kann man diese, abgesehen von den Kühleinrichtungen, auf eine beliebige, passende
Weise ausbilden. Dementsprechend besteht .die Bremse beispielsweise aus einem Läufer
i aus magnetischem Metall, z. B. aus weichem Stahl, der vorzugsweise Scheibenform
aufweist und auf einer Welle 2 befestigt ist, die beiderseits des Läufers i in Kugellagern
3 und 4 läuft, die in den Wänden 5 eines Gehäuses befestigt sind, das auf passende
Weise an dem Fahrgestell eines Lastwagens oder anderen Fahrzeuges angebracht sei.
Fernerhin befestigt man beiderseits des Läufers i an den Seiten 5 des Gehäuses Elektromagnete
7: Man schaltet die Elektromagnete entweder hintereinander oder nebeneinander so
in einen elektrischen Stromkreis (hier nicht dargestellt), der mit elektrischen
Einstell- und Steuervorrichtungen (hier nicht dargestellt) versehen ist, daß, wenn
ihre Wicklungen unter Strom gesetzt werden, sie im Läufer i Wirbelströme induzieren,
die den Läufer und seine Welle kräftig abbremsen.
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Es versteht sich von selbst, daß die Wirbelströme den Läufer nicht
nur abbremsen, sondern ihn stark erwärmen. Man muß also Kühlmittel vorsehen, um
die im Läufer erzeugte und auf die benachbarten Stücke durch Leitung und Strahlung
übertragene Wärme an die Außenluft zu führen.
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Um diese Kühlung zu bewerkstelligen, unterteilt man gemäß der vorliegenden
Erfindung mindestens einen der beiden seitlich des Läufers i liegenden Räume durch
eine zum Läufer i wenigstens annähernd parallele Zwischenwand 54°, 54b oder 54`
in zwei nebeneinanderliegende Abteilungen, die in der Nähe ihrer Peripherie mit
Öffnungen versehen sind, während sie in der Nähe der Läuferwelle 2 untereinander
in Verbindung stehen, wobei ein Luftstrom das äußere Abteil, in dem sich die äußeren
Enden des Elektromagnets 7 befinden, in Richtung von außen nach innen durchströmt,
dann in der Nähe der Läuferwelle um ungefähr i8o° umgelenkt wird und schließlich
das innere Abteil, in dem sich die inneren Enden der Elektromagnete 7 befinden,
und das durch die Seitenwand des Läufers i selbst auf der einen Seite begrenzt wird,
in Richtung von innen nach außen durchströmt, um dann in die Außenluft auszutreten.
Die Richtung des oder der so verlaufenden Luftströme ist in den Zeichnungen durch
Pfeile angedeutet.
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Um die Luftströme zu erzeugen, kann man einen oder mehrere Lüfter
verwenden, die von der Welle 2 direkt oder über eine Übersetzung angetrieben werden.
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Um selbst bei verhältnismäßig geringer Drehgeschwindigkeit der Welle
2 eine leistungsfähige Kühlung zu bewirken, ist es von Interesse, dem Lüfter oder
den Lüftern einen möglichst großen Durchmesser zu verleihen, ohne dabei den gesamten
Raumbedärf der Wirbelstrombremse wesentlich zu vergrößern.
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Aus diesem Grunde gibt man dem Lüfter und dem koaxial zu ihm liegenden
Bremsgehäuse im wesentlichen denselben Durchmesser.
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Entsprechend der Fig. i befestigt man beiderseits der Wirbelstrombremse
auf ihrer Welle 2 die drehenden Teile zweier Lüfter, wobei jeder dieser Teile aus
einer Nabe 51 und aus Schaufeln 52 besteht. Man umschließt jeden dieser drehenden
Teile mit einem Kasten 53, der auf dem Bremsgehäuse befestigt ist, in dessen Außenrand
im Innern des Kastens 53 Öffnungen 54 vorgesehen sind, für den Durchtritt der vom
Lüfter geförderten Kühlluft ins Innere des Bremsgehäuses. Im Bremsinnern strömt
die Kühlluft beispielsweise in Pfeilrichtung, d. h. sie dringt zuerst dank der Führungswände
54° gegen die Mitte des Bremsgehäuses, wobei sie so die Außenteile der Elektromagnete
kühlt, überstreicht dann nach einer Wendung um i8o° die Seitenwände des Läufers
i und die Innenseite der Elektromagnete,
um dann' durch die in der
Mitte der runden Wand des Bremsgehäuses vorgesehenen Austrittsöffnungen 13c nach
außen geblasen zu werden.
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Dank des großen Durchmessers des Lüfters 51, 52, 53 erhält man einen
starken Kühlstrom, selbst bei verhältnismäßig geringer Drehzahl der Bremswelle 2.
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Gemäß einer in Fig. 2 veranschaulichten Variante bringt man die Einlaßöffnungen
54 für den Kühlstrom nicht auf -_N-Iantelfläche, sondern auf dem äußeren Rand der
Seitenwände 5 an und gibt dem Lüfterkasten 53 einen Durchmesser, der den des Bremsgehäuses
nicht überschreitet. Man vermeidet so jede Vergrößerung des Außendurchmessers der
Wirbelstrombremse.
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Nach einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung baut
man den Läufer selber als Lüfter aus, indem man ihn mit den dazu nötigen Lüfterflügeln
oder anderen entsprechenden Vorrichtungen versieht. Der als Lüfter gebaute Läufer
kann zur Beschleunigung der von den Lüftern 52 erzeugten Luftströme dienen, er kann
aber auch gegebenenfalls allein für die Erzeugung der Kühlluftströme verwendet werden.
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Eine erste Lösung besteht darin, im Läuferinnern radial nach außen
führende Kanäle vorzusehen, die von Kühlluft durchströmt werden, wobei man vorzugsweise
einen anderen Teil der Kühlluft gleichzeitig über die äußeren Seitenflächen des
Läufers in gleicher Richtung nach außen strömen läßt. Man bewirkt so eine sehr wirkungsvolle
Kühlung, die gleichzeitig von innen und von außen auf den Bremsläufer wirkt.
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Die Fig. 2 bis 5 zeigen zwei Ausführungsformen dieser Lösung. Entsprechend
der Fig. 2 bildet man den fest auf der Welle 2 befestigten Läufer i aus zwei Rundscheiben
55 und 56, die auf ihren gegenüberliegenden Innenseiten schaufelförmige Flügel 57,
58 tragen und gegen ihre Mitte mit Öffnung 59, 6o ausgestattet sind. 'Man versetzt
die beiden runden Scheiben so gegeneinander, daß die Flügel 58 der Scheibe 56 in
die Zwischenräume der Flügel 57 der Scheibe 55 greifen, und verbindet sie fest miteinander
durch Schrauben oder Niete 61, wobei ein Bund auf der Bremswelle sie in einem gewünschten
Abstand voneinanderhält. Der so ausgestattete Bremsläufer ist gleichzeitig ein Lüfter,
der durch die Öffnungen 59, 6o Luft ansaugt, um sie durch die in der Mantelfläche
des Bremsgehäuses vorgesehenen Öffnungen 13c radial nach außen zu befördern. Bei
der nach Fig.2 ist die vom Läufer i angesaugte Kühlluft ein Teil der vom Lüfter
51, 52, 53 in das Bremsgehäuse getriebenen Kühlluft, die von den Führungswänden
546 gegen die Bremswelle geleitet wird. Ein anderer Teil der ins Bremsgehäuse geblasenen
Luft überstreicht kühlend die Außenseiten der Scheiben 55 und 56, tun durch dieselben
Öffnungen i3c nach außen getrieben zu werden.
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Wegen des großen Widerstandes, den ein wie in Fig. 2 dargestellter
Läufer dem magnetischen Fluß gegenüber bietet, ist es vorteilhaft, die Polschuhe
der Elektromagnete 7 beiderseits des Läufers so anzuordnen, daß der magnetische
Fluß von einem Polschuh in die nächstliegende Läuferscheibe und von da in den auf
der gleichen Seite befindlichen, unmittelbar benachbarten Polschuh übertritt (s.
Fig.3, wo der Magnetfluß in Pfeilrichtung stattfindet), ohne dabei beide Läuferscheiben
und die dazwischen befindliche Luftschicht durchdringen zu müssen.
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Es hat sich herausgestellt, daß ein Magnetfluß, dessen Kraftlinien,
anstatt den Läufer i vollständig zu durchdringen, sich in den Elektromagneten 7
einer auf derselben Läuferseite befindlichen Magnetgruppe schließen, eine besonders
kräftige Bremswirkung auf einen verhältnismäßig langsam drehenden Läufer ausübt.
Diesen wesentlichen Vorteil der vorliegenden Erfindung kann man auch bei massivem
Läufer i nutzbar machen, indem man den beiderseits des Läufers i einander entgegengerichteten
Elektromagneten 7 dieselbe Polarität gleichen Vorzeichens verleiht, so daß die einander
entgegengerichteten Kraftlinien sich gegenseitig abstoßen und auseinanderbiegen,
um von einem entgegengesetzt polarisierten und auf je der gleichen Läuferseite befindlichen
Elektromagnet angezogen zu werden.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform dieser Lösung verwendet man einen
Läufer i aus einem Stück (s. Fig. 4 und 5), in dem von der Welle radial nach außen
führende Kanäle 62 vorgesehen sind, die` in zur Welle parallelen, den Läufer durchdringenden
Kanälen 63 beginnen und auf dem Läuferumfang enden. Die Kühlwirkung der Kanäle 62,
63 ist derjenigen ähnlich, die durch die Kanäle im Innern des Läufers von Fig. 2
stattfindet. Da jedoch die aus einem Stück bestehende Läuferscheibe i dem Magnetfluß
einen wesentlich geringeren Widerstand bietet als der in Fig. 2 dargestellte Läufer,
so kann diese Läuferscheibe in Verbindung mit Polschuhen angewendet werden, deren
Magnetfluß entweder, wie in Fig. 3 dargestellt, gerichtet ist, oder mit solchen,
deren Magnetfluß den Läufer in einer zu seiner Welle parallelen Richtung durchdringt.
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Gemäß einer anderen Lösung, wie sie in Fig. 6 und 7 dargestellt ist,
versieht man den Läufer i mit Lüfterflügeln 34, die in Einkerbungen auf seinem Rand
befestigt sind, und überläßt ihm allein die Aufgabe, den Kühlluftstrom durch das
Bremsgehäuse zu treiben, indem er die Außenluft in die äußeren Abteilungen durch
Öffnungen 67 einsaugt und sie in den inneren Abteilungen nach außen treibt. Diese
Lüfterflüge134 unterstützen zugleich auch das Abführen der im Läufer i erzeugten
Wärme an die Außenluft.
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Es muß hier bemerkt werden, daß man be.i dieser letzteren Lösung als
alleinigen Kühlluftstromerzeuger einen Bremsläufer i verwenden kann, wie er in Fig.
2 oder in Fig. 4 und 5 dargestellt ist, wobei man auf den äußeren Seitenflächen
des Läufers wie in Fig. i gezeigte Flügel anbringt oder ähnlich den in Fig.6 gezeigten
peripherische Flügel 34 vorsieht.
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Die Ausführungsform der Erfindung, wie sie in
Fig.6
und 7 dargestellt ist, zeigt eine besonders einfache Bauart für die Unterteilung
der Räume beiderseits des Läufers in je zwei Abteilungen.
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Das Bremsgehäuse wird im wesentlichen aus den zwei Seitenwänden 5,
die die Elektromagnete tragen, gebildet, indem diese Seitenwände durch einzelne
in verhältnismäßig weitem Abstand voneinander befindlichen Querverstrebungen 64
verbunden sind, von denen beispielsweise vier vorhanden und in an den Seitenwänden
5 vorgesehenen Ohren 65 befestigt sind. Der Luftein- und -abströmung werden so sehr
große Querschnitte dargeboten.
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Was die "Zwischenwände 54c anbelangt, so versieht man diese mit zylindrischen
axialen Verlängerungen 54d, die die obengenannten äußeren Abteilungen nach ihrem
Außenrand hin abschließen, wobei sie aber an der Peripherie der Seitenwände 5 Einlaßöffnungen
67 frei lassen, die sich zwischen den Ohren 65 der Seitenwände 5 erstrecken.
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Die Zwischenwände 54`, 54d können ebenfalls mittels Schraubenmuttern
66 an den Ohren 65 befestigt werden, wobei man diese Muttern 66 auf die Querverstrebungen
64 schraubt.
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Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung stellt
man die Lager 5o, die die Kugellager 3 und 4 einschließen, aus einem gut wärmeleitenden
Metall wie Aluminium her und befestigt sie auf den Außenflächen der Seitenwände
5 des Bremsgehäuses, wobei diese Seitenwände 5 Bohrungen 68 aufweisen, die den Durchtritt
der Welle 2 mit einem möglichst geringen Spiel ermöglichen.
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Vorzugsweise versieht man die Lager 50 mit Kühlrippen 69, um
so die Kontaktfläche der Lager 5o mit der Außenluft zu vergrößern.
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Die Lager 50 mit ihrem Kugellager 3 oder 4 sind infolge ihrer
Lage auf der Außenseite der Wände 5 wirksam gegen die von den warmen Teilen im Innern
des Bremsgehäuses ausgesandten Wärmestrahlen abgeschirmt. Die von der Welle 2 nach
den Lagern 3 und 4 abgeführte Wärmemenge ist beträchtlich herabgesetzt infolge der
Kühlwirkung der Luftströme, die innerhalb des Bremsgehäuses über die Wellenstücke
2 getrieben werden, die sich beiderseits zwischen dem Läufer i und dem jeweils entsprechenden
Kugellager 3 oder 4 befinden. Diejenige Wärmemenge, die nun noch die Kugellager
3 oder ,4 und ihre Lager 5o erreichen könnte, wird sehr rasch an die Außenluft abgeführt,
so daß diese Lager und Kugellager in keiner Weise einer ihnen schädlichen Temperatur
ausgesetzt werden.