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Elektrodynamische Bremse Die Erfindung betrifft elektrodynamische
Bremsen, bei welchen ein mit der zu bremsenden Welle starr verbundener Rotor sich
gegenüber von Polkernen dreht, und zwar vorzugsweise zwischen zwei beiderseits dieses
Rotors angeordneten Gruppen von Polkernen, welche in dem Rotor Wirbelströme erzeugen
können, wenn de auf diesen Polkernen sitzenden Spulen von einem elektrischen Strom
durchflossen werden.
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Es ist klar, daß diese Wirbelströme außer einer Bremswirkung eine
Erwärmung hervorrufen, welche eine kräftige Kühlung wenigstens es Rotors selbst
und zweckmäßig auch der Welle, der Wellenlager und der Polkerne mit ihren Spulen
erforderlich machen.
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Erfindungsgemäß werden bei einem zwischen zwei Gruppen von Polkernen
drehbaren Rotor, welcher aus zwei Scheiben besteht, welche, mit der zu bremsenden
Welle starr verbunden, voneinander entfernt und in der Nähe der Walle mit Öffnungen
versehen sind, damit ein Luftstrom den Raum zwischen den Scheiben in radialer Richtung
durchströmen kann, diese Scheiben an ihrem Umfang mit Ansätzen versehen, welche
nach innen zu, d. h. zu dem Raum zwischen den Scheiben, vorspringen, und zwar um
eine solche Strecke, daß sich die Ansätze der beiden Scheiben berühren, wobei die
Ansätze der beiden Scheiben durch verhältnismäßig kurze Bolzen od. dgl. aneinander
befestigt sind.
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Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung liegen die Vorrichtungen
(Zwischenstücke, Bolzen usw.), welche die den Rotor Wildenden voneinander entfernten
Scheiben miteinander an ihrem Umfang verbinden, in einer Entfernung von der
Drehachse
des Rotors, welche um einen solchen Betrag größer als der Halbmesser des die Polkerne
und insbesondere ihre Polschuhe einhüllenden geometrischen Zylinders ist, daß sich
diese Vorrichtungen außerhalb wenigstens des Hauptteils des magnetischen Feldes
befinden, welches von diesen Polkernen bei der Erregung ihrer Spulen durch einen
elektrischen Strom erzeugt wird.
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Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung sind auf der Innenseite
(der den Polkernen abgewandten Seilte) der voneinander entfernten, den Rotor bildenden
Scheiben Rippen vorgesehen, welche von dem Umfang einer jeden Scheibe bis zu ihrer
Nabe reichen, wobei der der Nabe benachbarte Teil dieser Rippen über Arme läuft,
welche in der Scheibe in der Nähe ihrer Nabe vorgesehene Luftdurchtrittsöffnungen
voneinander trennen, während der obere Teil dieser Rippen zweckmäßig jenseits des
Umfangs der entsprechenden Scheibe weiterläuft und am Umfang gelegene Flügel bildet,
welche zweckmäßig über die Außenfläche der Scheibe vorstehen, wobei die Gesamtanordnung
so getroffen ist, daß die Scheibe eine große Steifigkeit erhält.
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Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung erhalten die die in
jeder Scheibe angebrachten Öffnungen voneinander trennenden und den Außenteil der
Scheibe mit ihrer Nabe verbindenden Arme einen länglichen Querschnitt, dessen Hauptachse
gegenüber der Achse der den Rotor tragenden Welle schräg liegt, damit sie wenigstens
angenähert mit der Richtung der diese Öffnungen durchströmend en Luftströme zusammenfällt,
wobei die Zahl der Arme vorzugsweise eine ungerade Zahl ist.
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Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung sind auf der Welle
de Rotors beiderseits desselben Lüfter mit schraubenförmigen Flügeln befestigt,
welche Luft in die Öffnungen. der den:. Rotor bildenden Scheiben blasen.
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Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung werden die die Polkerne
tragenden Seitenschilde der Bremse auf ihrer Außenseite mit in sich selbst zurücklaufenden
und zweckmäßig zu der Welle konzentrischen Rippen versehen.
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Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung werden die Seitenschilde
der Bremse mit durchbrochenen, nach innen gerichteten Einfassungen versehen, wobei
die beiden beiderseits des Rotors liegenden Seitenschilde miteinander durch an den
Rändern dieser Einfassungen befestigte Bolzen od. dgl. verbunden sind.
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Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung werden an den nach
außen über die Lager der Welle vorstehenden Wellenenden, und zwar zweckmäßig an
den von diesen Enden getragenen Kupplungsscheiben, Lüfter befestigt, welche Luft
auf die Lager und die Außenflächen der diese Lager haltenden Seitenschilde blasen.
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Die Erfindung ist auf Bremsen für Fahrzeuge, wie Lastwagen od. dgl.,
Krane, Bohrsonden usw. anwendbar.
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Sie ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielshalber
erläutert. Fig. I zeigt in einem Axialschnitt eine erfindungsgemäße Bremse; Fig.
2 zeigt die obere Hälfte einer der den Doppelrotor bildenden Scheiben von einer
Seite aus (Pfeil A) gesehen sowie die untere Hälfte derselben Sicheibe von der anderen
Seite aus (Pfeil B) gesehen; . Fig. 3 zeigt die in Fig. 2 dargestellte Scheibe im
Schnitt längs der Linie III-III der Fig. 2:; Fig. 4 ist eine Aufsicht auf einen
Teil des Umfangs der in Fig. 2 und 3 dargestellten Scheibe; Fig. 5 und 6 sind den
Fig. 2 und 3 entsprechende Schnittansichten einer gemäß einer anderen Ausführungsform
der Erfindung ausgebildeten Scheibe eines Doppelscheibenrotors; Fig. 7 zeigt im
Schnitt die obere Hälfte eines erfindungsgemäßen Doppelscheibenrotors sowie sich
beiderseits dieses Rotors in unmittelbarer Nähe der Welle befindende Lüfter; Fig.
8 ist ein waagerechter Schnitt längs der Linie VIII-VIII der Fig. 7; Fig. 9 und
Io zeigen in einen Radialschnitt bzw. in einem waagerechten Schnitt längs der Linie
X-X der Fig. 9 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform der einen Scheibe eines
Doppelscheibenrotors ; Fig. II zeigt in einem dem Schnitt längs der Linie X-X entsprechenden
Schnitt eine andere Ausführungsform dieser letzteren Scheibe; Fig. 12 zeigt schließlich
in Seitenansicht die Hälfte eines der an den an den Enden der Welle angebrachten
Kupplungsscheiben befestigten Lüfter.
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Die Bremse enthält einen Induktor mit Polkernen sowie einen Anker,
in welchem infolge einer gegenseitigen Bewegung zwischen dem Induktor und dem Anker
Wirbelströme od. dgl. induziert werden. Der Anker wird mit dem zu bremsenden Organ
verbunden, so daß er sich gegenüber dem Induktor dreht, welcher keine Drehbewegung
ausführt. Der sich drehende Anker ist nachstehend Rotor genannt.
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Der Induktor weist zwei Gruppen oder Reihen von Polkernen I auf, welche
mit Spulen versehen und in einem zweckmäßig aus magnetischem Metall bestehenden
Gerippe befestigt sind, welsches im wesentlichen aus zwei Seitenschilden 2 besteht,
welche beiderseits des Rotors liegen und die Lager 3 der Welle 4 des Rotors halten,
welcher sich so bei der Drehung dieser Welle zwischen den Polkernen i des InduLtors
drehst, welche nicht drehbar sind, die das Gerippe 2 an dem Gestell. der mit der
Bremse ausgerüsteten Vorrichtung (Lastwagen usw:) befestigt ist.
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Wenn die. Spulen der Polkerne von einem elektrischen Strom durchflossen
werden, erzeugt :der so erhaltene magnetische Fluß in dem Rortor Wirbelsitröme od.
dgl., welche gleichzeitig eine Bremswirkung auf den Rotor ausüben und diesen erwärmen.
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Der Rotor selbst besteht aus zwei., mixt der Welle 4 starr verbundenen
und voneinander entfernten Scheiben 5a und. 5b, wobei voneinander durch Arme 14"
14b getrennte Öffnungen 6a, 6b in diesen
Scheiben in der Nähe der
Welle 4 angebracht sind, damit ein Luftstrom den Raum zwischen den Scheiben in radialer
Richtung durchströmen kann.
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Die Zahl der Öffnungen und der sie trennenden Arme ist vorzugsweise
eine ungerade Zahl und beträgt z. B. fünf.
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Zur Verbindung der Seheiben 5a, 5b miteinander an dem Umfang des Rotors
ist erfindungsgemäß jede Scheibe 5a und 5b an ihrem, Umfang mit Ansätzen 7a, 7b
versehen, welche nach innen, d. h. nach dem sich zwischen den Scheiben 5a und 5b
befindenden Raum, vorspringen. Der von jedem dieser Ansätze gebildete Vorsprung
entspricht zweckmäßig der Hälfte des Abstands zwischen den Scheiben 5a und 5b, so
daß sich die Ansätze der beidem einander gegenüberliegendem Scheiben längs ebener
Flächen 8a, 8b berühren. In diesen Ansätzen sind Löcher angebracht, durch welche
Bolzen 9 od. dgl. gesteckt werden, mit deren Hilfe die Ansätze 7a, 7b fest gegeneinandergepreßt
werden.
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Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung sind ferner die Ansätze
7a, 7b so weit nach außen verlängert, daß die die Scheiben miteinander verbindenden,
Bolzen 9 in einem radialen Abstand von der Achse der Welle liegen, welcher um einen
solchen Betrag größer als der Halbmesser des die Polschuhe I' der Polkerne einhüllenden
geometrischen Zylinders ist, daß diese Bolzen praktisch außerhalb des von diesen.
Polkernen erzeugten magnetischen Feldes liegen. Die Bolzen befinden sich daher nicht
nur in einem kräftigen Kühlluftstrom, sondern liegen .auch: außerhalb der infolge
der Wirbelströme einer kräftigen Erwärmung unterworfenen Teile des Rotors.
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Schließlich ist noch zu bemerken, daß infolge der obenerwähnten Form
der Ansätze ihre Länge sehr gering ist, so daß ihre Dehnung, welche wegen ihrer
Anordnung außerhalb des Magnetfeldes und ihrer kräftigen Kühlung eigentlich schon
vernachlässigbar ist, praktisch keinen Einfluß auf den vom ihnen erzeugten Anzug
haben. kann., selbst wenn ihre Temperatur etwas zunimmt.
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Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung gibt man den Scheiben
5a, 5b eine große Steifigkeit, indem man auf ..ihrer Innenseite Rippen Ioa und Iob
vorsieht, welche von dem Umfang der Scheiben bis zu ihrer Nabe 5a' oder 5b' reichen,
wobei der zentrale Teil dieser Rippen an der Stelle der Arme 14, oder 14b liegt,
so daß diese eine Art Verlängerung der Rippen zwischen der Nabe 5a' oder 5b' und
der eigentlichen Scheibe 5a oder 5b bilden.
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Ferner setzt sieh der obere Teil dieser Rippen jenseits des Umfangs
der entsprechenden Scheibe fort und bildet Flügel IIa, IIb, welche zweckmäßig über
die Außenfläche der Sicheiben 5a oder 5b und sogar über einen Teil der Polkerne
und ihrer Spulen vorstehen, wie dies in Fig. I dargestellt ist.
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Die eigentlichen Scheiben 5a und 5b, in welchen Wirbelströme erzeugt
werden und welche einer sehr hohen Temperatur ausgesetzt sind, werden so auf drei
Seiten von einem starren Rahmen um-,;eben, welcher einer kräftigen Kühlung durch
die Luftströme ausgesetzt ist und so seine Steifigkeit beibehält.
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Zur weiteren Vergrößerung dieser Steifigkeit kann auf der Außenseite
der Scheiben auf der Höhe des Umfangs der Öffnungen eine kreisförmige Versteifungsrippe
vorgesehen werden, welche bis ins Innere der Zone der Polkerne reicht (s. Fig. 9).
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Infolge der auf obige Weise erhaltenen Steifigkeit kann jede der Scheiben
5a und 5b verhältnismäßig dünn ausgeführt werden, was die Temperaturunterschiede
zwischen den den Polkernen gegenüberliegenden und verhältnismäßig heißen Außenflächen
und den verhältnismäßig kalten Innenflächen der Scheiben verringert.
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Es ist klar, daß die obigen Teile zur Versteifung der den Doppelrotor
bildenden Scheiben, insbesondere die Rippen Ioa, Iob und die Flügel IIa, IIb, die
Kühlflächen dieser Scheiben vergrößern und eine bedeutende Belüftungswirkung haben..
Zur weiteren Vergrößerung dieser Kühlflächen sowie der Belüftungswirkung werden
zweckmäßig zwischen den Rippen Ioa und Iob noch Flügel Ioa', Iob' angeordnet, deren
innere Enden bis zu dem Umfang der Öffnungen 6a, 6b reichen, während ihre äußeren
Enden ebenfalls durch am Umfang überstehende Flügel IIa, IIb verlängert werden können.
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Die Rippen Ioa und Iob und die Flügel Ioa' und Iob' der beiden den
Doppelscheibenrotor bildenden Scheiben, erhalten zweckmäßig eine solche axiale Länge
und eine solche Anordnung, daß die Rippen und die Flügel miteinander verschachtelt
sind, wenn die beiden Scheiben auf der Welle 4 angebracht sind.
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Wenigstens gewisse der am Umfang angebrachten Flügel IIa, IIb werden
zweckmäßig mit gewissen Ansätzen 7 so vereinigt, daß jede durch einen Flügel und
einen Ansatz gebildete Gruppe ein Winkelstück bildet, so daß die Flügel eine unmittelbare
Kühlwirkung auf diese Ansätze ausüben..
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Die Rippen Ioa und Iob und die Flügel Ioa' und Iob' können radial
liegen und geradlinig sein (s. Fig. 2 bis 4), sie können aber auch eine gebogene
Form haben (s. Fig. 5 und 6), um sich besser der Form der Luftströmungen anzupassen,
welche infolge der Lüfterwirkung des Rotors den Raum zwischen den Scheiben 5a und
5b durchströmen. In diesem letzteren Falil haben die Flügel i i" und 11 b
an dem Umfang der Scheiben eine Ne-igung, welche der der Enden der Rippen ioa, iob
oder der Flügel loä , lob entspricht.
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Natürlich muß der Umfang des Rotors frei mit der umgebenden Luft in
Verbindung stehen, damit die Kühllufströrne frei in die Umgebung austreten können.
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Diese Luftströme treten ins Innere der Bremse z. B. durch in den Seitenschilden
2 in der Nähe der Lager 3 vorgesehene Öffnungen ein oder; gemäß der Zeichnung, durch
am Umfang der Seitenschilde 2 angebrachte Öffnungen 12. In diesem letztere.n Fall
werden. Zwischenwände 13 vorgesehen. Die Luft strömt daher zunächst von außen nach
innen, wobei sie die Spulen der Polkerne kühlt. Hierauf erfährt die Luft in der
Nähe der Welle 4
einen Richtungswechsel und gelangt zu dem zentralen
Teil der Scheiben 5a und 5b des Rotors.
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Ein Teil dieser Luft tritt an dieser Stelle durch die Öffnungen 6a
und 6b in den Raum zwischen den beiden Scheiben ein und durchströmt diesen in .der
Richtung von innen nach außen, während ein anderer Teil dieser Luft ebenfalls von
innen nach außen längs der Außenflächen der Scheiben 5a und 5b abströmt. Die allgemeine
Richtung der Luftströme ist in. Fig. I durch Pfeile angegeben.
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Gemäß einem weiteren Kennzeichen. der Erfindung erhalten die Arme
14a, 14b, welche die in jeder Scheibe angebrachten Öffnungen voneinander trennen
und den äußeren Teil der Scheibe mit ihrer Nabe verbinden, einen länglichen Querschnitt,
dessen Hauptachse a-a (Fig. 8 und II) gegenüber der Achse der den Rotor tragenden
Welle 4 schräg liegt, um wenigstens angenähert mit der Richtung der diese Öffnungen
durchströmenden Luftströme zusammenzufallen. Die Zahl der Arme 14 ist vorzugsweise
eine ungerade Zahl, welche z. B.. fünf beträgt.
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Die obige Anordnung ist besonders zweckmäßig, wenn sie in Kombination
mix einem weiteren erfindungsgemäßen Kennzeichen angewandt wird, welches darin besteht,
auf der Welle 4 des Rotors 5a, 5b beiderseits desselben axiale Lüfter I5a, 15b Mit
schraubenförmigen Flügeln 16a, 16b zu befestigen, welche Luft in die zwischen den
Armen 15a, 15b, gebildeten Öffnungen 6a, 6b der Scheiben 5a, 5b blasen. Die Flügel
16a und 16b dieser Lüfter sind zweckmäßig in bezug auf die Arme 14a, I4b so angeordnet,
daß der Eintritt der Luft in die zwischen diesen Armen liegenden Öffnungen möglichst
stoßfrei erfolgt.
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Ferner werden die Flügel 16a, 16b zweckmäßig in der Richtung auf den
Rotor zu über einen sie umgebenden Kranz 17a, 17b (s. Fig. 7 und 8) hinaus verlängert,
damit ein Teil der diese axialen Lüfter 15a, 15b durchströmenden Luft die Außenflächen
der den Rotor bildenden Scheiben 5a und 5b kühlt.
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Weitere Kennzeichen der Erfindung betreffen die Ausbildung der Seitenschilde
2, welche das Gerippe der Bremse bilden und an welchen die Polkerne I befestigt
sind. Gemäß einem dieser Kennzeichen werden diese Seitenschilde mit durchbrochenen
Einfassungen 18 versehen, so daß jedes Seitenschild mit seiner Einfassung eine Art
Schale bildet, wobei die beiderseits des Rotors liegenden beiden Seitenschilde durch
Bolzen I9 verhältnismäßig kleiner Länge miteinander verbunden sind, welche an dem
Rand 18a dieser Einfassungen befestigt sind (s. Fig. I). Die in jeder Einfassung
18 vorgesehenen Öffnungen bilden zweckmäßig zwei Gruppen, welche beiderseits eines
Kranzes I8b liegen, welcher durch Arme 18c und 18d mit den Seitenschilden 2 bzw.
mit den freien Rändern 18a der Einfassungen 18 verbunden ist. An dem Kranz 18b wird
zweckmäßig der Außenrand der entsprechenden Trennwand 13 befestigt, während der
Innenrand dieser Trennwand an dem entsprechenden Seitenschild mit Hilfe von, Abstandsstücken
2o und Bolzen 21 befestigt ist. Die zwischen dem Kranz 18 und dem Seitenschild 2
liegenden Öffnungen bilden so die Eintrittsöffnungen 12 für die Kühlluft, während
die zwisehen dem Kranz I8b und dem Rand 18a liegenden Öffnungen den Öffnungen angehören,
welche die Kühlluft nach außen austreten lassen, nachdem sie die zu kühlenden Teile
der Bremse bestrichen hat.
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Gemäß einem weiteren Kennzeichen, der Erfindung sind die Seitenschilde
2 auf ihrer Außenseite mit in sich selbst zurücklaufenden und zweckmäßig zu der
Welle konzentrischen Rippen 22 versehen, welche einerseits die Kühlfläche dieser
Seitenschilde vergrößern und andererseits den Durchtritt des Magnetflusses durch
diese Seitenschilde begünstigen.
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Schließlich werden gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung
Lüfter 23 an den entgegengesetzten Enden der Welle 4 der Bremse befestigt, welche
nach außen über die Lager der Welle hinausragen, wobei diese Lüfter Luft auf die
Lager 3 und die Außenflächen der Seitenschilde 2 blasen.
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In Fig. I ist nur ein einziger, an einem Ende der Welle 4 angeordneter
Lüfter dargestellt, es ist jedoch klar, daß das andere Ende ebenfalls einen derartigen
Lüfter tragen muß.
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Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform werden diese Lüfter
23 an den unmittelbar an den Enden der Welle 4 befestigten Kupplungsscheiben 24
angebracht.
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Diese Lüfter 23 können auf verschiedene Weise ausgebildet werden.
Gemäß der in Fig. I dargestellten besonders einfachen Ausführungsform werden sie
durch eine schalenförmige Wand gebildet, welche mit einer Nabe 25 fest verbunden
ist und in deren Boden die Lufteintrittsöffnungen 26 angebracht sind. Ferner sind
im Innern der Wand 23 Rippen 27 vorgesehen, welche die Rolle von Lüfterflügeln spielen
und zweckmäßig eine in Fig. I angegebene gekröpfte Form haben, so daß sie sich axial
längs eines Teils der Lager 3 erstrecken können.