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Elektrodynamische Bremse Die Erfindung betrifft die elektrodynamischen
Bremsen mit einem Induktor, welcher zwei Reihen von Elektromagneten aufweist, welche
beiderseits eines Ankers angeordnet sind, welcher gegenüber diesen Elektromagneten
zwischen den Polkernen derselben eine Drehung ausführt, so daß Wirbelströme in dem
Anker erzeugt werden, welche die Bewegung dies Ankers gegenüber dem Induktor bremsen,
wenn die Elektromagnete desselben mit einem elektrischen Strom erregt werden. Im
allgemeinen ist der den Rotor bildende Anker mit dem zu bremsenden Teil, z. B. einer
Welle, starr verbunden und dreht sich mit dieser, während der nicht drehbare Induktor
den Stator der elektrodynamischen Bremse bildet.
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Erfindungsgemäß werden bei einer Bremse der obigen Art mit einem Rotor
aus zwei Ankerteilen, deren jeder mit einer Reihe von gegenüber seiner seitlichen
Außenfläche angeordneten Elektromagneten zusammenwirkt, diese beiden Ankerteile
so angebracht, daß sie sich unter der Einwirkung der Anziehungskraft der Elektromagnete
voneinander entfernen können, wobei diese Spreizbewegung durch Anschläge begrenzt
wird, welche den Luftspalten einen bestimmten kleinen Wert geben, wobei Rückführungsmittel,
vorgesehen sind, um nach dem Aufhören der von den Elektromagneten ausgeübten Anziehungskraft
die Ankerteile wieder einander zu nähern, und die Luftspalte zu vergrößern.
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Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung werden die Ankerscheiben
des Rotors an dem Umfang eines zwischen diesen beiden Scheiben angeordneten, auf
der zu bremsenden Welle
befestigten Halters angebracht, wobei die
Scheiben in ihrer Mitte Öffnungen aufweisen, deren Ränder die Welle ohne Unterbrechung
in einem gewissen Abstand umgelben.
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Die erfindungsgemäßen Bremsen sind für ortsfeste oder bewegliche Anlagen,
verwendbar, wie Fahrzeuge, Krane, Bohrsonden usw.
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Die Erfindung ist nachstehend beispielshalber unter Bezugnahme auf
die Zeichnungen erläutert. F,ig. i zeigt schematisch in einem Axials.chnitt eine
elektrodynamische Bremse mit einem erfindungsgemäßen Rotor; Fig. 2 zeigt im Schnitt
längs der Linie II-II der Fig. 4 den erfindungsgemäßen Rotor in größerem Maßstab;
Fig. 3 ist eine Teilseitenansicht des in Fig. 2 dargestellten Rotors; Fig. 4 und
5 sind Teilansichten des in Fig. I dargestellten Rotors iim Grundriß, und zwar mit
bzw. ohne Darstellung der zwischen den Ankerteilen des Rotors vorgesehenen Verbindungsvorrichtung
; Fig. 6 bis 9 sind den Fig.2 bis 5 ähnliche Schnitte oder Ansichten eines gemäß
einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ausgebildeten Rotors.
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Die Bremse weist einen Rotor a auf, welcher als Anker dient und auf
einer Welle b befestigt ist; welche den zu bremsenden Teil bildet oder mit einem
solchen Teil verbunden, ist und beiderseits des Rotors a in Lagern c gelagert ist.
Diese Lager sind in Seitenschilden d eines Gehäuses angebracht, welches zweckmäßig
aus einem magnetischen Metall besteht und durch geeignete Mittel mit dem Gestell
oder Gerüst des mit der Bremse ausgerüsteten Lastwagens oder einer anderen Vorrichtung
verbunden ist. Ferner halten diese Seitenschilde, in welchen in der Nähe der Lager
c Öffnungen e für den Eintritt der Kühlluft angebracht sind, Elektromagnete f, welche
beiderseits des Rotors a und seitlich desselben zwei Reihen oder Gruppen bilden.
Jeder Elektromagnet besteht aus einem Kern, welcher gegenüber dem Rotor mit einem
Polschuh versehen ist und von Spulen umgeben wird, welche entweder in Reihe oder
parallel in einen nicht dargestellten elektrischen Stromkreis eingeschaltet sind,
welcher mit ebenfalls nicht dargestellten Vorrichtungen zur Steuerung und Regelung
versehen ist.
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Die durch die Elektromagnete und das Gehäuse aus magnetischem Metall
gebildete Anordnung stellt den Induktor der elektrodynamischen Bremse dar.
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Wenn ein elektrischer Strom durch die Wicklungen der Elektromagnete
geschickt wird, entstehen in dem Rotor Wirbelströme, welche eine kräftige Bremsung
des Rotors und der mit diesem verbundenen Welle bewirken und gleichzeitig den Rotor
erwärmen.
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Der Rotor a besteht aus zwei Ankerteilen I aus einem magnetischen
Werkstoff, z. B. weichem Stahl, welche in der Richtung der Achse der Welle der Bremse
einen gewissen Abstand voneinander haben. Jeder dieser Ankerteile hat z. B. die
allgemeine Form einer zu der Welle b konzentrischen Ringscheibe und wirkt mit der
seiner äußeren Seitenfläche gegenüberliegenden Gruppe von Elektromagneten so zusammen,
daß sich der magnetische Fluß über ihn von einem Elektromagnet dieser Gruppe zu
dem nächsten Elektromagnet der Gruppe schließt, wenn diese Elektromagnete durch
einen elektrischen Strom erregt werden.
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Herzu ist zu bemerken, daß in jeder Gruppe die Polaritäten der Polschuhe
von zwei benachbarten Elektromagneten derselben. Gruppe von Elektromagneten das
entgegengesetzte Zeichen haben müssen, damit sich der magnetische Fluß über die
entsprechende Scheibe I schließt.
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Erfindungsgemäß werden die beiden Scheiben I so angebracht, daß sie
sich unter der Einwirkung der Anziehungskraft der Elektromagnete f voneinander entfernen
können, wobei ihre Spreizbewegung durch Anschläge begrenzt wird, welche die Luftspalte
zwischen den seitlichen Außenflächen der Scheiben und den Polschuhen der Elektromagnete
auf einen sehr kleinen Wert einstellen, wobei Ruckfüürungsmittel vorgesehen sind,
um die Scheiben I und 2 wieder einander anzunähern und so die Luftspalte zwischen
ihnen und den Polschulhen der Elektromagnete zu vergrößern, wenn die von den letzteren
ausgeübte Anziehungskraft infolge der Unterbrechung des Erregerstroms der Elektromagnete
aufgehört hat.
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Die Herabsetzung des Luftspalts auf einen sehr kleinen Wert, z. B.
in der Größenordnung von einigen Zehntelmillimetern, bei der Erregung der Elektromagnete
bewirkt eine erhebliche Verringerung der von dem Luftspalt herrührenden Streuung,
so daß bei einem gleichen Aufwand an Erregenstrom die in den Scheiben I erzeugten
Wirbelströme sehr kräftig werden und eine starke Bremsung bewirken.
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Andererseits können die Luftspalte nach Aufhören der Erregung auf
I cm und mehr gebracht werden, so daß die längs der Außenflächen der Scheiben I
strömende Kühlluft zwischen den Scheiben und den Polschuhen, der Elektromagnete
hindurchströmen kann, so daß diese Scheiben an der Stelle ihrer höchsten Temperatur
wie auch die Polschuhe sehr wirksam gekühlt werden. Ferner verhindert die Vergrößerung
der Luftspalte während der Zeiten, wo die Bremse nicht im Betrieb ist, jede Gefahr
einer Reibung der Außen flächen der Scheiben I an den Polschuhen, was nur während
dieser Zeiten tatsächlich schädlich wäre, während, eine derartige Reibung während
der Bremsperioden eine zusätzliche Bremswirkung außer der der Wirbelströme erzeugen
würde.
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Es ist klar, daß ein gemäß den obigen Kennzeichen ausgebildeter Rotor
auf sehr verschiedene Weise ausgeführt werden kann:. Erfindungsgemäß werden (die
Ankerscheiben in der Nähe ihres Umfanigs von einem Halter getragen, welcher in dem
Zwischenraum zwischen diesen Scheiben liegt und auf .der zu bremsenden Welle befestigt
ist, wobei die Ankersdhei:ben irr ihrer Mitte Öffnungen mit
geschlossener
Umrandung aufweisen, deren Durchmesser größer als der der Welle ist, so daß die
Scheiben die Welle nicht unmittelbar berühren, wodurch eine sehr wirksame thermische
Isolierung zwischen den den heißesten Teil des Rotors bildenden Ankerscheiben und
der Welle erzielt wird. Durch Hindurchleitung eines Kühlstroms durch den Zwischenraum
zwischen den beiden Scheiben des Rotors werden außerdem nicht nur die Innenflächen
dieser Scheiben gekühlt, sondern auch der zwischen diesen liegende Halter, so daß
die von diesem Halter auf die Welle übertragene Wärmemenge sehr klein, und praktisch
sogar zu Null wird.
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Da die Welle so vor großen Erwärmungen geschützt ist, erfährt sie
keine Dehnungen, welche bei den bekannten elektrodynamischen Bremsen sehr häufig
ungleiche Veränderungen der Luftspalte bewirken. Der Fortfall einer ungleichen Veränderung
der Luftspalte verhindert gleichzeitig die nachteiligen Folgen einer solchen Ungleichheit,
welche unter anderem in starken Druckkräften auf die Kugellager der Wellenlagerung,
Veränderungen der Wirksamkeit der Bremsung und unsymmetrischen Beanspruchungen,
welchen der Rotor bei den meisten bekannten Bremsen ausgesetzt ist und welche eine
Verformung des Rotors bewirken können, bestehen.
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Bei den in den Figuren dargestellten Ausführungsformen des Rotors
werden die Scheiben I von einem Halter getragen, welcher durch eine auf der Welle
b befestigte Nabe 2 und eine gewisse Zahl von radialen Armen 3 gebildet wird, wobei
die Zahl der Arme wenigstens gleich drei oder mehr beträgt und zweckmäßig eine ungerade
Zahl ist. An den Enden dieser Arme 3 wird eine zylindrisiche Fläche 4 vorgesehen,
auf welche die ebenfalls zylindrischen Innenflächen von Fingern 5 aufliegen, welche
am Umfang der Scheibe I vorgesehen sind und in einem radialen Schnitt vorzugsweise
die Form eines U oder V haben, wobei die Zahl dieser Finger zweckmäßig gleich der
Zahl der mit den Auflageflächen 4 versehenen Arme 3 ist.
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In der Mitte der Scheiben I werden Öffnungen 6 vorgesehen, deren Rand
ein zusammenhängender Kreis ist, und deren Durchmesser so groß ist, daß ein ununterbrochener
Zwischenraum zwischen dem Rand dieser Öffnungen und der Nabe 2 des Halters der Scheiben
I entsteht. Diese ununterbrochenen ringförmigen Zwischenräume bilden einerseits
den Eintritt für die Kühlluft, welche während des Arbeitens der Bremse in einer
mehr oder weniger radialen Richtung den Zwischenraum zwischen den Scheiben I des
Rotors durchströmt, und verhindern andererseits die unmittelbare Übertragung der
in den Scheiben I erzeugten Wärme durch Wärmeleitung auf die Nabe 2 und die Welle
b.
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Damit die Scheiben I stets parallel zueinander bleiben, und in bezug
auf die radiale Mittelebene dies Halters 2, 3 gleiche Bewegungen ausführen, sind
sie durch Synchronisiermittel miteinander verbunden, welche vorzugsweise am Umfang
des Rotors jenseits eines die Polschuhe der Elektromagnete f einhüllenden geometrischen
Zylinders vorgesehen sind, d. h. an Stellen des Rotors, welche praktisch außerhalb
des Magnetfeldes liegen und außerdem kräftig gekühlt werden. Dies ist insbesondere
für die Gelenke dieser Synchronisiermittel wichtig, welche geschmiert werden müssen
und infolgedessen an verhältnismäßig kühlen Stellen liegen müssen, an welchen das
Schmierfett nicht durch Hitze zerstört wird.
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Diese Synchronisiermittel bestehen z. B. aus Hebeln 7, welche um an
den Enden der Arme 3 radiale Zapfen 8 schwenkbar sind, und längs dieser gleiten
können. Die Zahl dieser Hebel ist vorzugsweise gleich der Zahl der Arme 3. Jedes
Ende dieser Hebel 7 ist durch ein Universalgelenk oder ein Kugelgelenk oder ein
Kardangelenk mit einer der Scheiben I gelenkig verbunden.
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Bei den in den Figuren dargestellten Ausführungsformen besteht das
Gelenk zwischen den Enden der Hebel 7 und einer jeden Scheibe aus einer Gelenkkugel
9, welche an einer Scheibe I zweckmäßig an dem Finger 5 (derselben befestigt ist
und an dem entsprechenden Ende des Hebels 7 durch einen Gewindestöpsel Io an Ort
und Stelle gehalten wird, welcher innen eine sphärische Auf-Lagefläche besitzt,
wobei zweckmäßig Lüftungsöffnungen, II in jedem Finger 5 in der Nähe der Gelenkkugel
9 vorgesehen sind, um die Kühlung der Kugel durch die durch den Zwischenraum zwischen
:den Scheiben . I strömende Kühlluft noch wirksamer zu machen.
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Schließlich erhält wenigstens ein Teil der Innenränder der Finger
5 die Form von schrägen Führungsflächen 12 (s. Fig. 5 und 9), welche sich geigen
den entsprechenden Zapfen 8 legen. Die den. beiden Scheiben des Rotors angelhörenden
Flächen 12 stehen mit dem Zapfen an :diametral gegenüberliegenden Stellen desselben
in Berührung.
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Wenn sich der Abstand der Scheiben I voneinander verändert, schwenken
die Hebel 7 um ihren Zapfen 8, wobei sie die Scheiben I in der Achsrichtung der
Welle b verstellen und sie gleichzeitig in entgegengesetzter Richtung, aber um gleiche
Beträge, um diese Achse verschwenken. Die Längsachse der Hebel 7 bildet im Grundriß
gesehen zweckmäßig stetes einen Winkel mit der Achse der Welle b, welcher bei der
größten Spreizung der Scheiben i am kleinsten und bei der geringsten Spreizung derselben
am größten ist.
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Mit den Synchronisiermitteln wird zweckmäßig wenigstens einer der
die größte und die kleinste Spreizung der Scheiben i begrenzenden Anschläge kombiniert.
Bei der in Fig. 2 bis 5 dargestellten Ausführungsform :der Scheibe ist idaher jeder
Hebel' 7 .an, jedem Ende mit einem quer liegenden Finger 13 verstehen, welcher stich
gegen einen. an jedem Finger 5 einer jeden Scheibe i '.befestigten Anschlug 14 liegt,
wenn. die Scheiben ihre größte Spreizung erreicht halben.. Die kleinste Spreizung
der Scheiben wird bei dein in Eig. 2 Ibis 5 dargestellten Rotor durch Anschläge
15 und, 16 bestimmt, welche auf der Innenseite ider Scheiben i bzw. beiderseits
eines jeden Armfis 3 zweckmäßig
in der Nähe des Umfangs der Scheiben
angeordnet sind.
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Bei der in Fig. 6 bis 9 dargestellten Ausführungsform des Rotors sind
die Synchronisiermittel mit den die beiden Spreizungsgrenzen der Scheiben I bestimmenden
Anschlägen kombiniert. Die Hebel 7 sind daher nicht nur mit Querarmen 17 versehen,
welche mit vom den Fingern 5 getragenen Anschlägen 18 zur Bestimmung der größten
Spreizung der Scheiben zusammenwirken können, sondern auch auf der entgegengesetzten
Seite mit anderen Annen I9, welche mit ebenfalls an den Fingern 5 befestigten Anschlägen
2o zur Bestimmung der kleinistn Spreizungider Scheiben I zusammenwirken.
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Die Rückführungsmittel zur Wiederannäherung der Scheiben I können
ebenfalls auf verschiedene Weise ausgeführt werden. Sie können z. B. ;durch Federn
gebildet werden. Diese Federn werden, um sie soweit wie möglich gegen die in dem
Rotor entwickelte Wärme zu schützen, zweckmäßig ebenfalls in der Nähe des Umfangs
des Rotors an Stellen angebracht, die gut gekühlt sind und praktisch außerhalb des
von den Elektromagneten erzeugten Magnetfeldes liegen.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wirken diese Rückführungsmittel
mit den Synchronisiermitteln zusammen. So sind bei der in: Fig. 2 bis 5 dargestellten
Ausführungsform des Rotors. Zugfedern 2I zwischen dem Hebel 7 und jedem Finger 5
der beiden Scheiben I angeordnet. Ein Ende einer jeden Feder kann an dem Hebel 7
in, einer zu. der Längsebene desselben senkrechten Ebene an beiderseits der Schwenkachse
8 desselben gleich weit von dieser Achse entfernt liegenden Stellen, 2,:2 befestigt
werden, während das andere Ende einer jeden Feder 21 an dem Anschlag 14 des entsprechenden
Fingers: 5 befestigt werden. kann..
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Bei der in Fng. 6 bis 9 :dargestellten Ausführungsform des Rotors
wenden diese Rückholfedern durch Druckfladern 23 gebildet, welche im Innern von
zwei ausziehbaren Zylindern 24 und 25 angeordnet sind, von denen der eine an dem
Hebel 7 an beiderseits der Achse 8 in einer zu der Längsebene des Hebels senkrechten
Ebene liegenden Stellten 26 befestigt ist, während der andere Zylinder uni einem
der Fänger 5 schwenkbar ist, ist, und zwar vorzugsweise an der Stelle, an welcher
sich die Anschläge 2o befinden.
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Schließlich kann der erfindungsgemäße Rotor noch durch Flügel 27 vervollständigt
werden, welche auf der Innenseite einer jeden Scheibe I angeordnet sind und von
der Öffnung 6 einer jeden Scheibe bis zu ihrem Umfang reichen, und zwar insbesondere
an den Stellen dieser Scheiben, welche nicht Armen 3 des Halters derselben gegenüberliegen.
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Die erfindungsgemäße Bremse, insbesondere ihr Rotor, arbeitet folgendermaßen
Bei der Erregung der Elektromagnete mit einem elektrischen Strom zur Bremsung des
Rotors entfernen sich die Ankerscheiben I voneinander und von den Armen 3, bis sich
die Anschläge 13, 14 oder 17, 18 gegeneinanderlegen. In diesem Augenblick beträgt
der Luftspalt, d. h. der Zwischenraum zwischen der Außenfläche der Scheiben I und
der Vorderfläche der Polschuhe der Elektromagnet f, nur einige Zehntelmillimeter.
Man erhält somit für eine gegebene Erregung der Polkerne einen sehr kräftigen Magnetfluß,
welcher sich über die Scheiben I schließt und in diesen kräftige Wirbelströme erzeugt,
welche eine starke Bremsung hervorrufen, Durch. die Spreizbewegung der Scheiben
"verdien, ;die Federn; 2 1 oder 23 gespannt. Sobald die Erregung der Elektromagnete
aufhört, führen die Federn die Scheiben gegeneinander zurück, bis die Anschläge
15 und, 16 oder I9 und 2o miteinander in Berührung kommen. Man erhält dann den geringsten
Abstand der Scheiben, während der Luftspalt zwischen den Scheiben, und den entsprechenden
Elektromagneten seinen Höchstwert erreicht, welcher I cm oder mehr betragen kann.
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Die Drehung des Rotors bewirkt :außerdem eine kräftige Belüftung des
Rotors und der ganzen elektrodynamischen Bremise. Der als Lüfter wirkende Rotor
saugt nämlich Luft vom außen an, welche in die Bremse z. B. durch die Öffnungen
e eintritt und einerseits den Zwischenraum zwischen den Scheiben, I durchströmt,
in welchem sie durch die Öffnungen 6 eintritt, und andererseits längs der Außenflächen
der Scheiben I vom Zentrum nach dem Umfang zu abströmt. Die Kühlwirkung dieser Luft
auf der Außenfläche der Scheiben I ist besonders groß, wenn sich die Scheiben. I
von den Polschuhen :der Elektromagnete haben entfernen können, so daß der Kühlluft
breite Durchlässe zwischen diesen Polschuhen und den Außenflächen der Scheiben zur
Verfügung stehen.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen, und dargestelten Ausführungsformen
beschränkt. So kann z. B. die Bremse nur eine einzige axial. auf einem mit der Wellle
fest verbundenen starren Halter verschiebbare Ankerscheibe und eine einzige Reihe
von seitlich von dieser Scheibe angeordneten und mit ihr zusammenwirkenden Elektromagneten
aufweisen.