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Vorrichtung zur stufenweisen Steuerung der Bremskraft einer Wirbelstrombremse
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur stufenweisen Steuerung der Brennkraft
einer Wirbelstrombremse mit wenigstens einer Wicklung, welche auf Kernen angebracht
ist, welche von einem festen Teil getragen werden, vor welchem sich eine auf der
zu bremsenden Welle befestigte Metallscheibebewegt, und betrifft im besonderen,
jedoch nicht ausschließlich, derartige Wirbelstrombremsen für Kraftfahrzeuge.
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Sie bezweckt, diese Bremsen so auszubilden, daß sie besser als bisher
den verschiedenen Erfordernissen der Praxis entsprechen und daß insbesondere ihre
Steuervorrichtung einen einfacheren Aufbau und einen kleineren Platzbedarf hat.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung, welche in an sich bekannter Weise
zur Steuerung der Bremsung durch die nacheinander erfolgende Öffnung oder Schließung
einer Mehrzahl von Erregerstromkreisen der Spulen dient, welche auf den Kernen der
feststehenden Teile der Wirbelstrombremse sitzen, vor welchen sich die zu bremsende
Metallscheibe bewegt, ist dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stromkreis eine Umschaltstufe
mit einem Hauptkontaktundeinem Hilfskontakt enthält, welche ihn mit einer Stromquelle
bzw.
einem der Gesamtheit der Stromkreise gemeinsamen Widerstand zur Aufzehrung des Extrastroms
bei der Unterbrechung des Hauptkontaktes verbinden, wobei die Mittel zur Betätigung
dieser Kontakte so ausgebildet sind, daß die Unterbrechungs perioden in jedem Stromkreis
ohne Überlappung aufeinanderfolgen.
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Schaltvorrichtungen mit Haupt- und Hilfskontakt und mit zur Aufzehrung
des Extrastromes bestimmtem Widerstand sind an sich bekannt. Um die bekannten Anordnungen
auf eine Mehrzahl von zu schaltenden Stromkreisen anzuwenden, muß der Widerstand
mehrfach vorgesehen werden. -Nach der Erfindung ist dagegen für mehrere nacheinander
zu schaltende Erregerstromkreise der Wirbelstrombremse nur ein gemeinsamer Widerstand
erforderlich.
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Besonders zweckmäßig wird die Erregerwicklung durch eine Mehrzahl
von parallel geschalteten Elementarwicklungen gebildet, deren jede aus einer Mehrzahl
von j e auf einem Kern der Bremse angebrachten, in Reihe geschalteten Spulen besteht,
wobei die Steuerung der Bremsung durch die Speisung einer beliebigen veränderlichen
Zahl der Einzelwicklungen erfolgt.
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Gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird bei der Steuerung
der Zahl der eingeschalteten Erregerwicklungen durch einen drehbaren Vielfachumschalter
dieser durch einen auf der Umschalterwelle befestigten gezahnten Steuernocken betätigt,
wobei ein Handgriff lose drehbar auf einem zylindrischen Fortsatz dieser Welle so
angebracht ist, daßer den gezahnten Nocken mit einem toten Gang antreibt, welcher
größenordnungsmäßig die Hälfte des Zentriwinkels der Zähne dieses Nockens beträgt,
-wobei auf den Zähnen des. Nockens rollende Rollen durch federbelastete Schwenkhebel
gegen diese gedrückt werden.
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Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber
erläutert.
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Fig. I und 2 zeigen schematisch zwei Ausführungsformen der Steuerkreise
der Wirbelstrombremse; Fig. 3, 4 und 5 zeigen schematisch drei aufeinanderfolgende
Stellungen eines der in den vorhergehenden Figuren dargestellten Umschalters bei
der Unterbrechung eines Stromkreises; Fig. 6 zeigt in einem Querschnitt eine Ausführungsform
dieser Umschalter in der auf die aufeinanderfolgenden Stellungen der Fig. 3, 4 und
5 folgenden endgültigen Unterbrechungsstellung; Fig. 7 und 8 zeigen den Umschalter
der Fig. 6 im Schnitt längs der Linie VII-VII der Fig. 6 bzw. der Linie VIII-VIII
der Fig. 7; Fig. 9 zeigt schließlich schematisch einen Pol der Bremse.
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Die Bremse weist wenigstens eine Erregerwicklung auf, welche auf Kernen
angebracht ist, welche von einem festen Teil getragen werden und vor welchen sich
eine' an der zu bremsenden Welle befindliche Metallscheibe bewegt.
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Dabei besteht die Erregerwicklung zweckmäßig aus einer Mehrzahl von
parallel geschalteten -Elementarwicklungen, z. B. fünf Elementarwicklungen oder
Stufen B1... Bj ... B5, deren jede durch eine Mehrzahl von auf j e einem Kern der
Bremse angebrachten, in Reihe geschalteten Spulen gebildet wird. Es können z. B.
in jeder Elementarwicklung Bj sechzehn in Reihe geschaltete Spulen und an der Bremse
sechzehn Kerne vorhanden sein, wobei jeder Kern eine Spule derselben Elementarwicklung
trägt.
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Jeder Pol wird so durch einen festen Kern gebildet, auf welchem fünf
übereinanderliegende und/oder nebeneinanderliegende Spulen b1 ... b5 (Fig. 9) angeordnet
sind, deren jede einer verschiedenen Elementarwicklung angehört.
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Der Gesamterregerstrom ist die Summe der einer jeden Spulenstufe entsprechenden
Elementarströme. Diese Anordnung ermöglicht eine stufenweise Speisung der Bremse,
d. h. bei- dem betrachteten Sonderfall mit fünf Bremsstufen, aus einer Stromquelle,
z. B. einer Batterie, welche in der Zeichnung schematisch durch das Zeichen (+)
dargestellt ist, während der Minuspol dieser Batterie an dem Körper liegt.
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Die Erregerwicklung kann auch nach Fig. 2 ausgebildet werden, auf
welcher die Vorrichtung eine einzige Erregerwicklung B aufweist, welche durch eine
Mehrzahl von j e auf einem Kern der Bremse angebrachten, in Reihe geschalteten Spulen
gebildet wird. Die Stärke des Bremsstroms wird dadurch geregelt, daß z. B. vier
Widerstände R, . . . R4 mit der Wicklung B nacheinander in Reihe geschaltet oder
ausgeschaltet werden.
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In beiden Fällen ist ein Schauzeichen V parallel zu der zuerst geschlossenen
Umschaltstufe geschaltet, welche bis zur vollständigen Ausschaltung der Bremse eingeschaltet
bleibt.
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In allen Fällen sind Mittel zur Ein- oder Ausschaltung der Speisung
der Erregerstromkreise vorzusehen.
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Der Erregerstrom hat eine geringe Spannung und eine große Stromstärke,
und die Stromkreise haben eine erhebliche Selbstinduktion.
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Die Schaltmittel müssen einen so kleinen Platzbedarf haben, daß sie
in der Nähe des Fahrers untergebracht werden können, z. B. unter dem Steuerrad des
zu bremsenden Kraftfahrzeugs.
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Hierfür weisen erfindungsgemäß die Stromkreise gleich ausgebildete
Umschaltstufen auf, in welchen ein Hauptkontakt und ein Hilfskontakt jeden Stromkreis
mit einer Stromquelle bzw. mit einem der Gesamtheit dieser Stromkreise gemeinsamen
einzigen Entladungswiderstand verbinden. Diese Kontakte sind mit Steuermitteln versehen,
welche so ausgebildet sind, daß die Unterbrechung der Speisung der Stromkreise nacheinander
und in jedem Stromkreis folgendermaßen erfolgt: Die Speisung erfolgt einzig und
allein durch den Hauptkontakt, der Hilfskontakt schließt sich und verbindet den
Entladungswiderstand mit den Klemmen der Spule; der Hauptkontakt öffnet sich, die
Speisung des betreffenden Stromkreises wird unterbrochen und der Unterbrechungsextrastrom
von dem Entladungswiderstand aufgezehrt; der Hilfskontakt öffnet sich und gibt den
Entladungswiderstand für die Unterbrechung des nächsten Stromkreises frei.
Die
Mittel zur Steuerung der Kontakte sind so ausgebildet, daß die obigen Vorgänge in
einer sehr kurzen Zeit aufeinanderfolgen, jedoch ohne daß eine Überlappung zwischen
den aufeinanderfolgenden Unterbrechungsperioden der verschiedenen Stromkreise auftritt.
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Diese Anordnung gestattet die Zusammendrängung dieser Schaltmittel
in Form eines Umschalters geringen Platzbedarfs, da sie den Fortfall der üblichen
Schaltrelais gestattet und nur einen einzigen Entladungswiderstand benutzt.
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Jede Umschaltstufe wird zweckmäßig durch drei Bürsten gebildet, nämlich
eine mit der Stromquelle (+) verbundene Bürste I, eine mit dem Erregerstromkreis
der entsprechenden Stufe verbundene Bürste 2 (in dem Fall der Fig. I ist jede Stufe
mit jeder Elementarwicklung verbunden, während in Fig. 2 jede Stufe mit der einzigen,
mit den Widerständen R1, R2, R3, R4 in Reihe geschalteten Wicklung verbunden ist)
und eine über den Entladungswiderstand 4 mit dem Körper verbundene Bürste 3, wobei
alle Bürsten 3 parallel an diesen Widerstand - angeschlossen sind.
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Diese Bürsten sind mit Steuermitteln versehen, welche bei der Unterbrechung
der Speisung zunächst die Bürsten 2 und 3 miteinander verbinden, hierauf die Verbindung
zwischen den Bürsten I und 2 unterbrechen und schließlich die Verbindung zwischen
den Bürsten 2 und 3 unterbrechen.
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Diese Steuermittel werden zweckmäßig durch Nocken 5 gebildet, deren
Zahl gleich der der Stufen des Umschalters ist, wobei diese Nocken auf einer gemeinsamen
Welle 6 sitzen. Diese Nocken haben eine verschiedene Winkelstellung, welche die
aufeinanderfolgende Betätigung der Kontakte in der angegebenen Reihenfolge .in jeder
der fünf Stufen bestimmt.
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Jeder Nocken 5 betätigt unmittelbar die Bürste I des Hauptkontakts,
welche durch eine federnde Vorrichtung beständig gegen ihn gedrückt wird. Die Verstellungen
der Bürsten 2 und 3 sind kinematisch an die der Bürste I gebunden. Hierfür sind
die Bürsten I, 2 und 3 um zueinander parallele Achsen 7, 8 und 9 schwenkbar (Fig.
3 bis 6), und die Bürsten 2 und 3 sind so ausgebildet, daß sie sich in der Nähe
ihrer verstellbaren Enden gegen die Bürste I legen können, gegen welche sie durch
federnde Vorrichtungen gedrückt werden. Die Berührung zwischen den Bürsten I und
2 kann über Kontaktklötze Io und II erfolgen, während die Berührung zwischen den
Bürsten I und 3 über einen Isolierblock I2 erfolgt. Ein leitender Teil I3 stellt
die elektrische Verbindung zwischen den Enden I4 und I5 der Bürsten 2 und 3 her
und begrenzt die Verstellung derselben.
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Die Umschalterstufe arbeitet folgendermaßen: Wenn der betreffende,
die Wickung Bj (Fig. 3 bis 5) oder B (Fig. 2) enthaltende Stromkreis durch die Stromquelle
(-+-) über die Bürste I, die Kontaktklötze Io, II und die Bürste 2 gespeist wird
und man die Bremsung verringern will, dreht man mittels eines mit der Welle 6 verbundenen
Handgriffs den Nocken 5 im Gegenuhrzeigersinn. Die Bürste I wird von der Rampe I6
des Nockens 5 angehoben. Die Bürste 2 folgt der Bewegung der Bürste I, bis sie mit
ihrem Ende I4 gegen den Teil 13 stößt (Fig.4). Der Entladungswiderstand 4 ist dann
zu dem Stromkreis parallel geschaltet. Da die Bürste 2 so festgehalten wird, trennen
sich hierauf die Kontaktklötze Io und II (Fig.4 und 5) und unterbrechen die Speisung
des Stromkreises, d. h. bei der Ausführungsform der Fig. I die einer Wicklung Bj
und bei der Ausführungsform der Fig. 2 die des einen der Widerstände Rj überbrückenden
Stromkreises. Der Unterbrechungsextrastrom wird über die Kontakte I4-13-15 durch
den Widerstand 4 aufgezehrt. Schließlich hebt die Bürste I mittels des Isolierblocks
I2 die Bürste 3 an, wodurch die Verbindung zwischen dem Teil 13 und dem Ende I5
der Bürste 3 unterbrochen wird (Fig. 6), wodurch der Entladungswiderstand für die
nächste Umschaltstufe freigegeben wird.
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In Fig. 6 bis 8 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines derartigen
Umschalters dargestellt. Die BürstenI, 2, 3 sind an an dem Gestell 2o des Umschalters
befestigten isolierenden Haltern I7, I8, I9 schwenkbar, und zwar. die Bürsten I
und 2 mit Hilfe von nachgiebigen eiterteilen 2I, 22, während die Bürste 3 von ihrem
Befestigungspunkt 23 aus elastisch verformbar ist. Auf die Bürsten wirken Federn
24, 25, 26.
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Der Nocken erhält zw,3ckmäßig ein in bezug auf eine Querebene symmetrisches
Profil, so daß er nach Abnutzung einer seiner Rampen 16 zur Benutzung der anderen
Rampe auf der Welle 6 umgedreht werden kann.
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Die Welle 6 hat zweckmäßig einen viereckigen Querschnitt, und die
mittlere Bohrung eines jeden Nockens weist Rasten 27 auf, welche um einen Winkel
a gegeneinander verschoben sind, welcher gleich einem ganzen Bruchteil von 9o° ist,
z: B. 90°: 4 = 22°3o', so daß diese Rasten in Vierergruppen in ein Viereck eingeschrieben
werden können: Die Nocken können so nacheinander um 22°3o' gegeneinander verdreht
werden, wie in Fig. i und 2 dargestellt. Für die Abwicklung der Rampen 16 wird dann
ein kleinerer Wert gewählt (z. B. die Hälfte dieses Betrages), so daß keine Überlappung
der verschiedenen Umschaltstufen auftritt.
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Jeder Nocken hat zweckmäßig eine zylindrische Auflagefläche 28, gegen
welche sich die Bürste 2 in dex' Stellung der Speisung des Stromkreises (Fig. 3)
legt, wodurch ein einwandfreier Kontakt zwischen den Kontaktklötzen io und ii gewährleistet
wird.
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Der Apparat erhält zweckmäßig Vorrichtungen zur Einstellung der Öffnungsbewegungen
der verschiedenen Kontakte. Bei den Hauptkontakten 1o, ii wird der größte Abstand
e (Fig. 3) zwischen dem Ende 14 der Bürste 2 und dem Kontaktteil 13 dadurch eingestellt,
daß dieser durch einen festen Teil 13" und einen auswechselbaren Teil 13" dessen
Stellung mittels einer Schraube T3" (Fig. 6) verändert werden kann, gebildet wird.
Bei den Hilfskontakten wird der größte Abstand A, (Fig. 3) zwischen dem Isolierblock
12 und dem Ende der Bürste i mittels der Schraube 12a eingestellt, welche den Block
trägt und in ihrer Stellung mit Hilfe der Mutter 12b und einer Unterlegscheibe blockiert
wird.
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Der Antrieb der Nockenwelle 6 erfolgt zur Erzielung einer Momentschaltung
der Kontakte durch die folgende Vorrichtung.
Bei dieser Anordnung
erfolgt diese Betätigung durch einen auf der Nockenwelle 6 befestigten gezahnten
Nocken 29 (Fig. 7 und 8), dessen Zähne um den obengenannten Winkel a (22°3o' in
dem betrachteten Beispiel) gegeneinander versetzt sind, sowie durch Rollen 3oa,
3ob, welche auf den Zähnen des Nockens 29 rollen und von unter der Einwirkung einer
starken Zugfeder 32 stehenden Schwenkhebeln 3Ia, 3Ib getragen werden. Ein in Reichweite
des Fahrers angeordneter Handgriff 33 ist lose auf dem zylindrischen Ansatz 6a der
viereckigen Welle 6 drehbar. Er treibt den Nocken 29 über Stifte 34a, 34b an, welche
mit einem toten Gang von in an dem Nocken 29 vorgesehene Schlitze 35a, 35b greifen.
Zwischen dem Nocken 29 und dem Handgriff 33 ist eine Feder 37 angeordnet, um zu
verhindern, daß der Handgriff in der Ruhestellung frei schwenkbar ist.
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Der Antrieb arbeitet folgendermaßen: Bei der Betätigung des Handgriffs
33 zum Übergang von einer Stellung in die nächste, z. B. in der Richtung des Pfeils
in Fig. 8, werden während der ersten Hälfte des Hubes die Stifte 34 in den Schlitzen
35 verstellt, wobei jedoch der Nocken unbeweglich bleibt.
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Während der zweiten Hälfte des Hubes wird der Nocken durch die Stifte
34 mitgenommen. Die Rollen 30 treten aus der Verzahnung und steigen auf die Zahnspitzen,
wobei die Kontakte eingeschaltet bleiben. Wenn die Rollen die Zahnspitzen überschritten
haben, treiben sie unter der Einwirkung der Feder 32 den Nocken 29 und gleichzeitig
die Welle 6 um einen Winkel 2 sprunghaft vorwärts, wodurch der tote Gang des Handgriffs
aufgeholt wird.
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Die verschiedenen eben geschilderten Vorgänge erfolgen so in einer
äußerst kurzen Zeit, wobei die Unterbrechung der Hauptkontakte zu Beginn der zweiten
Hälfte des Hubes und die Ausschaltung des Entladungswiderstandes am Ende des Hubes
erfolgen.
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Ein derartiger Umschalter weist gegenüber den bekannten derartigen
Apparaten (insbesondere den durch einen unter dem Steuerrad angebrachten Umschalter
oder durch ein Kontaktpedal ferngesteuerten Kästen mit Schaltrelais) zahlreiche
Vorteile auf. So können z. B. die Kontaktrelais fortfallen, da der Erregerstrom
beliebiger Stärke ummittelbar unterbrochen wird, wobei mittels eines einzigen Widerstands
der durch die sehr erhebliche Induktivität des Stromkreises verursachte Unterbrechungsfunken
unterdrückt wird. Der Umschalter hat daher nur einen geringen Platzbedarf, so daß
er unmittelbar an dem Steuerrohr (Fig. 6) der- Kraftfahrzeuge angebracht werden
kann. Er kann so leicht überwacht und instand gehalten werden.