DE8218687U1

DE8218687U1 - Wirbelstrombremse für Vorrichtungen zur Darstellung der Wirkungsweise von Elektromotoren

Info

Publication number: DE8218687U1
Application number: DE8218687U
Authority: DE
Original assignee: BARTH HUBERT 7060 SCHORNDORF DE
Current assignee: BARTH HUBERT 7060 SCHORNDORF DE
Publication date: 1982-12-02

Description

Dipl-Phys. M. Becker . ₅ .

η . . ..... Auf dem Haigsl

Patentanwaltin Telefon (o?w eoosoe

A 3214

Hubert Barth Ing. (grad.)
Carl-Zeiss-Str'. 27

7060 Schorndorf 1

Wirbelstrombremse zum Abbremsen von Elektromotoren.

Die Erfindung betrifft eine Wirbelstrombremse zum Abbremsen von Elektromotoren, mit einem um seine Achse verdrehbar gelagerten, eine träge Masse tragenden und mindestens eine Einphasen-Gleichstromwicklung aufweisenden Ständer und mit einem in diesem drehbar gelagerten und zwischen sich und dem Ständer einen Ringspalt definierenden Läufer, der auf einer eine Kupplung zum Ankuppeln eines zu prüfenden Elektromotors aufweisenden Antriebswelle drehfest angeordnet ist.

-δ

II* a · · «ft«

Es ist bereits bekannt, eine Wirbelstrombremse der vorstehenden Art zum Abbremsen von Elektromotoren einzusetzen, um deren mittleren Arbeitsbereich zu ermitteln, bzw. für den Betriebsfall richtig zu dimensionieren und bezüglich ihrer Blindleistung richtig zu kompensieren.

Der Ständer solcher Wirbelstrombremsen ist mit einer Einphasen-Gleichstromwicklung ausgestattet. Da solche Wirbel" strombremsen bisher lediglich zu Lehrzwecken eingesetzt wurden und damit nur kleine Leistungen abzubremsen waren, kam man mit einer Einphasen-Gleichstromwicklung zur Erzeugung der Wirbelströme für die notwendigen Bremskräfte aus.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Wirbelstrombremse zu schaffen, mit deren Hilfe auch Elektromotoren größerer Leistung bezüglich ihrer Kennlinie durchfahren und die Werte Strom, Leistungsfaktor und die für den Blindstrom notwendige Kapazität von Kondensatoren ermittelt werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe konnte überraschenderweise dadi-rch gefunder, werden, daß erfindungsgemäß der Ständer einer Wirbelstrombremse der eingangs beschriebenen Art mit einer mindestens vier Pole bildenden Gleichstromwicklung ausgestattet worden ist.

Durch die mindest drei Phasen umfassende Gleichstromwicklung des Ständers konnten nicht nur entsprechend höhere Bremsleistungen, sondern auch der Vorteil erzielt werden, daß

	• * Il * · . ■ .	• · « · • « ■	I	durch	I die gleichmäßige \|
	f · . «i. ct.	* <	I den Läufer bewirkte Phasenanschnitt- 1 1 elektrische Energie benötigt wird, wie § Elektromotor als mechanische Leistung 1 I
I I	. · te - 7 -	■ f » ft I (	ergibt sich
ic f (
hierzu über die durch steuerung nur soviel sie der abzubremsende abgibt.
Ein weiterer Vorteil

Beaufschlagung der magnetischen Feldlinien vom Ständer her, wodurch sich die Wirbelströme zwischen Ständer und Läufer über den Umfang gleichmäßig ausbreiten können und somit einseitige Erwärmung ausgeschlossen ist.

Die entstehende Wärme wird dabei durch Induktion vom Ständer auf den Läufer hervorgerufen, wobei aus der Induktion im Luftspalt die die Mitnahme des Ständers gegen die Schwerkraft der trägen Masse bewirkenden Wirbelströme resultieren.

Um die besonders bei größeren Bremsleistungen von beispielsweise 15-20 KW im Kurzzeitbetrieb entstehende Wärme schnell abführen und somit schädliche Wärmeentwicklung in der Bremse vermeiden zu können, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung am Ständer ein Kühlluft erzeugendes Gebläse zum Kühlen des zwischen Ständer und Läufer vorhandenen Luftspalts angeschlossen, wobei der Ständer mit wenigstens einer Öffnung zum Ausströmen der Kühlluft ausgestattet ist.

Die Kühlleistung läßt sich hierbei noch intensivieren, wenn der Läufer hohl und an seinen Stirnenden durchbrochen ausgebildet ist, und wenn das Gebläse am einen Stirnende des an seinem anderen Stirnende die Öffnung für die ausströmende Kühlluft aufweisenden Ständers angeschlossen ist.

Die hohle Ausbildung des Läufers bietet den weiteren Vorteil einer wesentlichen Verminderung seiner Masse, so dass dieser beim Abbremsen nicht als die Hessergebnisse verfälschende Schwungmasse wirksam werden kann.

Die Kühlwirkung der die Wirbelstrombremse durchströmenden Kühlluft lässt sich auf einfachem Wege noch dadurch wesentlich erhöhen, wenn am Innenumfang des Läufers sich in dessen Längsrichtung erstreckende Kühlrippen angeordnet sind und/oder die Aussenumfangs· fläche des Läufers, insbesondere durch Rändeln, vergrössert ist.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung sind in der sich anschliessenden Beschreibung eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Wirbelstrombremse und/oder in Unteransprüchen erläutert.

Die Zeichnung zeigt einen mit einer Wirbelstrombremse und mit einem abzubremsenden Elektromotor ausgestatteten Prüfstand, wobei die Wirbelstrombremse und ein Teil des Prüfstandes im Längsschnitt dargestellt sind.

• it ··■ ···<

til · 1 · ·· C · I

■ Ι ι·· if ··· « ■

_Oi Ii ta ■■ ·■···!

Der in Fig. 1- gezeigte Prüfstand weist ein Traggestell 10 auf, das an seiner Oberseite eine ebene Tragplatte 12 trägt, auf welcher ein Montagesockel 14 zur Aufnahme eines abzubremsenden Elektromotors 16 vorgesehen ist.

Dem Montagesockel 14 ist auf dem Traggestell eine als Ganzes mit 1b bezeichnete Wirbelstrombremse zugeordnet, mit deren Hilfe Elektromotoren von 1 KW bis beispielsweise 5 KW bezüglich ihrer Kennlinie zur Ermittlung des mittleren Arbeitsbereiches zu durchfahren sind. Darüber hinaus sollen zur exakten Auslegung von Elektromotoren bezüglich ihrer Blindleistung die Werte Strom, Leistungsfaktor sowie die für den Blindstrom notwendige Kapazität von Kondensatoren ermittelt werden.

Die Wirbelstrombremse 18 ist dem Montagesockel 14 derart zugeordnet, dass deren horizontal gelagerte Abbremswelle zur Motorwelle 22 eines abzubremsenden Elektromotors 16 koaxial und mit dieser mittels einer Kupplung 24 drehfest verbindbar ist, wobei auf jeder der Wellen 20, 22 jeweils eine Kupplungshälfte 24' bzw. 24" sitzt.

Die Wirbelstrombremse besitzt einen zwischen zwei auf dem Traggestell im Parallel abstand voneinander angeordneten Lagerplatinen 26, 28 um die Achse der Abbremswelle 20 verdrehbar gelagerten Ständer 30, der einen geschlossenen, an seinem Aussenumfang Kühlrippen 32 aufweisenden Ständermantel 34 besitzt, der an seinen Stirnenden mittels Lagerdeckeln

- 10 -

36, 38 geschlossen ist. In zentralen Bohrungen dieser Lagerdeckel ist die Abbremswelle 20 in Kugellagern 40, 42 verdrehbar gelagert, die sie mit ihren Wellenendstücken durchsetzt. Die Lagerung des Ständers 30 zwischen den beiden Lagerplatinen 26, 28 ist mittels zylindrischen Lagerkörpern 44, 46 bewerkstelligt, die an der Außenseite der Lagerdeckel 36, .38 koaxial zu deren die Kugellager 40, 42 der Abbremswelle 20 aufnehmenden zentralen Bohrung angeordnet und mittels jeweils eines Kugellagers 48 bzw. 50 in den Lagerplatinen gelagert sind.

Mit 52 ist die innerhalb des Ständermantels 34 vorgesehene Ständerwicklung bezeichnet» die vorzugsweise als vier in gleichem Winkelabstand voneinander liegende Pole bildende S-Phasen-Gleichstromwicklung ausgebildet ist.

Im Ständer 30 ist ein auf der Abbremswelle 20 drehfest aufgebrachter Läufer 54 gelagert, dessen Läufermantel 56 zusammen mit der Ständerwicklung 52 einen ringförmigen Luftspalt .58 definiert. Der Läufer 54 ist hohl ausgebildet und dessen Stirnwände 60, 62 sind mit Durchbrechungen 64 ausgestattet. Ebenso sind die Lagerdeckel 36, 38 des Ständers 30 mit entsprechenden Durchbrechungen 66 bzw. 68 -versehen, die vorzugsweise durch auf konzentrischen Kreisen zur Ständerachse liegende Bohrungen gebildet sind. Diese Durchbrechungen ermöglichen eine Belüftung des Innern der Wirbelstrombremse zu Kühlzwecken, um die beim Abbremsen zu prüfender Elektromotoren 16 entstehende Bremsenbetriebswänne

- 11 -

I I · · 111 ·

• I IfIt * ■ ■

• I I «II · · « <

Il I·· Il <·· · I

III I »III · · I

Il (C ·■ Il .11111

- 11 -

wirksam abführen zu können. Zu diesem Zweck ist dem Lagerdeckel 38 konzentrisch ein im Querschnitt U-förmiger Ringkörper 70 zugeordnet, der an der Lagerplatine 28 festgelegt ist und zwischen dem und dem Lagerdeckel 38 ein Distanzring 72 angeordnet ist, welcher eine nach aussen geschlossene Verbindung von dem durch den Ringkörper 70 definierten offenen Ringkanal 74 zu den Durchbrechungen 68 des Lagerdeckels 38 bildet. Der Ringkanal 74 ist über eine in der Lagerplatine 28 angeordnete Anschlussbohrung 76 an einem Luftführungsschacht 78 eines Gebläses 80 angeschlossen, das unterhalb der Tragplatte 12 des Traggestell 10 montiert ist.

Mit Hilfe dieses Gebläses kann beim Betrieb der Wirbelstrombremse Kühlluft durch den Luftspalt 58 sowie durch den Läufer 54 hindurchströnien₅ dabei Wärme aufnehmen und über die Durchbrechungen 66 des Lagerdeckels 36 wieder aus dem Ständer entweichen.

Um hierbei die durch die Luft zu bestreichenden Flächen möglichst gross zu gestaltenj sind am Innenumfang des Läufers 54 im Winkelabstand voneinander und in Reihen hintereinander angeordnete Kühlrippen 82 vorgesehen, und die Aussenumfangsfläche des Läufermantels 26 ist vorzugsweise durch Rändeln entsprechend vergrössert.

Um mit Hilfe der Wirbelstrombremse bei verhältnismässig geringer Leistungsaufnahme das zur Abbremsung von Motoren erforderliche Drehmoment zu erzeugen, trägt der Ständer an seiner Unterseite ein eine träge Masse bildendes Gewicht 82. Zur Erfassung der Drehzahl des Motors dient vorzugsweise

- 12 -

ft I · · ·

• I I · « · I ·

It ItI * · 1

•« t · ff* · I · ·

//1

- 12 -

ein als Ganzes mit 84 bezeichneter Tacho-Generator, der mit dem hinteren Ende der AbbremswelIe 20 gekuppelt und an einem vorzugsweise napfförmigen Haltekörper 88 angeordnet ist, der seinerseits koaxial zur Abbremswelle 20 an die Aussenseite der Lagerplatine 26 angebaut ist.

Zur Erfassung des beim Abbremsen eines Motors wirksamen und durch die Wirbelstrombremse erzeugten Drehmoments dient vorteilhaft eine Wheatstone'sehe Brlickenschal tung 90, wobei 92 eine Abgreifeinrichtung bezeichnet, die einen am Lagerkörper 44 konzentrisch angeordneten Schleifring 94 aufweist, der zum Abgriff eines ringförmigen, an der Innenseite des Haltekörpers 88 angeordneten, ringförmig gewickelten Widerstandes 96 dient, wobei das Messergebnis über den Schleifring 94 und eine zu diesem feststehende, im Haltekörper 88 angeordnete Abgreifkohle 100 der eigentlichen Brückenschal'tung übermittelt wird, die selbst in einem getrennten Einschub am Haltekörper 88 untergebracht ist.

Um zu verhindern, dass beim Abbremsen eines Elektromotors die verhältnismässig grossen Massen der Wirbelstrombremse nicht zu schwingen vermögen, ist eine Vorrichtung 102 zum Dämpfen von Drehschwingungen bzw. Pendelbewegungen des Läufers bzw. des Gewichts 84 vorgesehen, die ein an einer Quertraverse 104 des Traggestells 10 in vertikaler Ebene fest angeordnetes, aus nichtmagnetisierbarem Metall, insbesondere Aluminium, bestehendes Schwert 106 aufweist, das sich parallel zur Pendelebene des Gewichts 84 bzw. senkrecht zur Abbremswelle 22 und in einen Spalt erstreckt, der definiert ist durch eine Vielzahl von im Seitenabstand vonein-

- 13 -

- 13 -

ander angeordneten Permanentmagneten 108, die vorzugsweise an der einen Stirnseite des Gewichts 84 vorgesehen sind. Die das Schwert 106 berührungslos umschliessenden Paare von Permanentmagneten bewirken durch den Gleichstrom-Feldlinien-Schneideeffekt bei Bewegung des Ständers 30 bzw. des Gewichts 84 eine Kraft, die sich, je grosser die Bewegung wird, entsprechend verstärkt. Bei geringer Bewegung erfolgt demgemäss keine Abbremsung des Ständers bzw. keine Verfälschung des Messergebnisses.

Die beschriebene Lagerung des Ständers 30 stellt sicher, dass die Eigenreibung der Wirbelstrombremse bereits abgebremste Motorleistung ist und somit für den Bremsvorgang keine Korrekturgrössen einzubringen sind, wie dies üblicherweise bei Pendelbremsen oder Gegenstrombremsung erforderlich ist.

Um bei eventuell länger andauernden Bremsversuchen die Ständerwicklung 52 zu schützen, sind, was nicht näher dargestellt ist, Thermofühler eingebaut, die über eine Anzeigeeinrichtung die Erwärmung anzeigen und bei kritischer Wärmeintensität gegebenenfalls ein selbsttätiges Abschalten der Wirbelstrombremse bewirken. Im Traggestell 10 des Prüfstandes sind zuschaltbare Kondensatorenbatterien 110 untergebracht, um einem abzubremsenden Elektromotor so viele kapazitive Grossen zuzuführen, dass sich bei Belastung ein cos-phi von der vom Elektrizitätswerk gewünschten Grosse zwischen 0,96 und 0,98 einstellt. Es ist somit möglich, dem Elektromotor, bezogen auf seinen Nennstrom, die richtigen Kapazitätswerte mitzugeben.

I4 -

■ ■ »ι

- 14 -

Der Prüfstand kann mit einer mit Messinstrumenten bestückten Anzeigewand ausgestattet sein, die sich, was nicht näher dargestellt ist, an dessen Rückseite über seine Tragplatte nach oben erstrecken kann. An dieser Anzeigewand können Messinstrumente zur Anzeige dar Wirkleistung, der Blindleistung, des Stroms und des cos-phi zusammengefasst sein, so dass der Bedienungsmann nicht darauf achten muss, ob er die einzelnen Messinstrumente überlastet. Hierzu sind die Messinstrumente über überstromschutzrelais gegenseitig derart verschaltet, dass sie automatisch in den Bereich schalten, welcher für die zu messende Maschine in Frage kommt. Eine Beschädigung der Messinstrumente ist damit ausgeschlossen. Es ist dadurch auch möglich, mit der Wirbelstrombremse die Drehzahl-Dreh.nomentkennl inien nicht nur punktweise, sondern auch über Schreiberbetrieb oder gar über Rechnereinrichtungen zu betreiben.

Die beschriebene mit Gleichstrom beschickte Drei-Phasenwicklung 52 hat den Vorteil, dass die Spannung konstant gehalten werden \ kann, so dass sich störende Netzschwankungen und dgl., die zu * Messwertverfälschungen führen könnten, nicht auswirken können.

Claims

Ansprüche

Wirbelstrombremse für Vorrichtungen zur Darstellung der Wirkungsweise von Elektromotoren, mit einem um seine Achse verdrehbar gelagerten, eine träge Masse tragenden und mindestens eine Einphasen-Gleichstromwicklung aufweisenden Ständer, und mit einem in diesem verdrehbar gelagerten und zwischen sich und dem Ständer einen Ringspalt definierenden Läufer, der auf einer eine Kupplung zum Ankuppeln eines zu prüfenden Elektromotors aufweisenden Antriebswelle drehfest angeordnet ist,

dadurch

gekennzeichnet

daß der Ständer (30) eine mindestens vier Pole bildende Gleichstromwicklung (Ständerwicklung 52) aufweist.

Wirbelstrombremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Ständer (30) ein Kühlluft erzeugendes Gebläse (80) zum Kühlen des zwischen Ständer (30) und Läufer (54) vorhandenen Luftspalts (58) angeschlossen und der

1β Λ m % m «· it· ■ » · e

Ständer (30) mit wenigstens einer Öffnung (66) zum Ausströmen der Kühlluft ausgestattet ist.

3. Wirbelstrombremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (54) hohl und an seinen Stirnenden durchbrochen ausgebildet ist und daß das Gebläse (80) am einen Stirnende des an seinem ar.deren Stirnende die öffnung (66) für die ausströmende Kühlluft aufweisenden Ständers (30) angeschlossen ist,

4. Wirbelstrombremse nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ständer (30) stirnseitig mit Lagerdeckeln (36, 38) ausgestattet ist, die durchbrochen sind, und daß vor dem an der Eintrittseite der Kühlluft vorhandenen Lagerdeckel (38) ein feststehender, im Querschnitt parallel zur Achse U-förmiger Ringkörper (70) angeordnet ist, der zusammen mit letztgenanntem Lagerdeckel (38) einen ringförmigen Luftführungskanal (74) bildet, an welchem das Gebläse (80) angeschlossen ist.

5. Wirbelstrombremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (80) unterhalb eines die Wirbelstrombremse (18) sowie einen zu prüfenden Elektromotor (16) aufnehmenden Podestes oder einer Tragplatte (12) eines Traggestell (10) angeordnet und über einen zwischen Wirbelstrombremse (18) und Elektromotor (16) vorgesehenen Verbindungskanal (Luftführungsschacht 78) mit dem Ständer (30) verbunden ist.

ι!« J . . . · Ii 1 I

« I I

ι ι ■ · · ι ι ι · · « ι VI !

I ι ι · ι ι ι · · ι ι

I I I > I I I ) · I I · i

6. Wirbelstrombremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Innenumfang des Läufers (54) sich in dessen Längsrichtung erstreckende KUhlrippen (82) angeordnet sind.

7. Wirbelstrombremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenumfangsflache des Läufers (54), insbesondere durch Rändeln, vergrößert ist.

8. Wirbelstrombremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (102) zum Dämpfen von Drehschwingungen des Ständers (30) bzw. von Pendelbewegiingen usr am Ständer (30) angebrachten tragen Masse (84).

9. Wirbelstrombremse nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein sich parallel zur Pendelebene der trägen Masse (84) des Ständers (30) erstreckendes stationäres Schwert (106) aus nichtmagnetisierbarem Metall, das in einen durch an der trägen Masse (84) angeordnete Permanentmagnete (108) gebildeten Spalt während einer Schwenkbewegung derselben ständig eingreift.

10. Wirbelstrombremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen in den Ständer

(30) eingebauten Thermofühler zum Anzeigen der Betriebswärme und gegebenenfalls zur selbsttätigen Abschaltung der Wirbelstrombremse (18).

»It «It ft**

«II ··#■! >4 ·

t til ···· ···

rl il at · · ·#·***

11. Wirbelstrombremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Wheatstone'sehe Brückenschaltung, die eine mit einem Schleifring (94) versehene Abgreifeinrichtung (92) aufweist zum Abgreifen eines ringförmigen Widerstandes (96).

12. Wirbelstrombremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen durch die Abbremswelle (20) antreibbaren Tachometergenerator (85) zur Anzeige der Drehzahl des zu prüfenden Elektromotors (16).