-
Wirbelstrombremse Die Erfindung betrifft eine Wirbelstrombremse, d.
h. eine Vorrichtung, bei welcher die Verlangsamungswirkung durch Induktion von sogenannten
Wirbelströmen in einer leitenden Masse erzielt wird, welche mit dem zu bremsenden
Teil starr verbunden ist und sich in einem durch wenigstens einen Elektromagneten
erzeugten Magnetfeld verstellt.
-
Es sind bereits derartige Vorrichtungen vorgeschlagen worden, deren
Stator ein induzierendes System aufweist, welches zwischen zwei sich drehenden Metallscheiben
angeordnet ist, welche das induzierte System des Rotors bilden.
-
Die Erfindung bezweckt insbesondere, bei einer derartigen Vorrichtung
die Kühlung zu verbessern, die Dehnungswirkungen auszugleichen und ihren induzierenden
Stator zu vereinfachen, dabei ihm aber gleichzeitig eine große Wirksamkeit zu verleihen.
-
Gemäß der Erfindung trägt der Rotor auf jeder Seite des Stators Lüfterflügel,
welche während der Umdrehung des Rotors Kühlluft zwischen die Polstücke des induzierenden
Systems ansaugen und diese Luft nach außen wieder auswerfen.
-
Gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Drucklager,
mittels welchem der Rotor in dem induzierenden Stator gelagert ist, wenigstens angenähert
in der Mittel- oder Quersymmetrieebene der Vorrichtung angeordnet, so daß trotz
der Wärmedehnungen die Abstände zwischen
den induzierten Scheiben
und den Seitenflächen des induzierenden Systems praktisch gleichgehalten werden
können.
-
Gemäß der weiteren Ausbildung der Erfindung wird das induzierende
System durch eine Ringspule und durch U-förmige Polstücke gebildet, welche die Spule
rittlings abwechselnd von außen und von innen übergreifen, so daß die Schenkelpaare
dieser Polstücke im wesentlichen radial liegen, und zwar abwechselnd zu der Achse
der Spule hin und entgegengesetzt, wobei dieses System ein sogenanntes »homopolares«
System bildet, bei welchem die Achse der Spule mit der Drehachse des Rotors zusammenfällt.
-
Die Zeichnungen zeigen beispielsweise mehrere praktische Ausführungsformen
von erfindungsgemäßen Bremsvorrichtungen, welche auf Straßenfahrzeugen und Eisenbahnfahrzeugen,
Kranen, Grubenbohrvorrichtungen usw. benutzt werden können.
-
Fig. I und 2 zeigen eine erfindungsgemäße Bremsvorrichtung in einer
teilweise längs der Linie I-I der Fig. 2 geschnittenen Seitenansicht bzw. einem
Axialschnitt längs der Linie II-II der Fig. I; Fig. 3 zeigt in einer schaubildlichen
Teilansicht die U-förmigen Polstücke im einzelnen; Fig.4 zeigt in einer von der
Seite gesehenen Teilansicht den Stator einer gemäß einer ersten Ausführungsabwandlung
ausgebildeten Bremsvorrichtung; Fig. 5 und 6 zeigen in einer Fig. I und 2 entsprechenden
Weise eine zweite Ausführungsabwandlung im Schnitt längs der Linie V-V der Fig.
6 bzw. VI-VI der Fig. 5.
-
Das induzierende System des Stators dieser Vorrichtung besteht zweckmäßig
aus einer einzigen Ringspule oder toroidischen Spule und aus U-förmigen Polstücken,
welche die Spule rittlings abwechselnd von außen und von innen übergreifen, so daß
die Schenkel dieser Polstücke im wesentlichen radial liegen. Die Schenkel eines
jeden Polstücks sind so längs des Umfangs der Spule abwechselnd zur Achse derselben
hin und in der entgegengesetzten Richtung gerichtet.
-
Ein Teil eines derartigen induzierenden Systems ist schematisch in
Fig.3 schaubildlich und in Fig.4 in Seitenansicht dargestellt. Hierbei bezeichnet
A die einzige Spule und B und C die Polstücke, deren mittlere Teile
innerhalb bzw. außerhalb der Spule A liegen. Offenbar etteilt das durch diese Spule
erzeugte Feld den Schenkeln benachbarter Polstücke, welche in bezug auf die Mittelebene
der Anordnung auf der gleichen Seite liegen, abwechselnde Polaritäten, welche symbolisch
in Fig. 3 durch N und S bezeichnet sind.
-
Das induzierte System des Rotors des Bremssystems besteht aus zwei
Scheiben aus magnetisierbarem Metall, welche miteinander starr verbunden und beiderseits
des induzierenden Systems des Stators in geringem Abstand von den Seitenflächen
der Polstücke angeordnet sind. Diese Scheiben werden von einer gemeinsamen Welle
getragen, welche den Stator durchdringt und zu diesem gleichachsig ist.
-
Der Klarheit der Zeichnung wegen sind diese Scheiben in Fig.3 nicht
dargestellt. Sie sind in Fig. 2 mit D und E und ihre gemeinsame Achse mit F bezeichnet.
-
Die Kraftlinien des durch die Spule A erzeugten magnetischen Feldes
treten so seitlich durch die Außenflächen der U-förmigen Polstücke ein oder aus
und schließen sich durch die beiden gegenüberliegenden Scheiben D und E, welche
sich in einer zu diesen Seiten parallelen Ebene verstellen.
-
In Fig. 3 ist eine derartige Kraftlinie durch eine mit einem Pfeil
versehene Linie dargestellt, deren vollausgezogener Teil dem Verlauf in den Polstücken
und deren gestrichelter Teil dem Verlauf in jeder Scheibe und in den Luftspalten
entspricht.
-
Die U-förmigen Polstücke erhalten zweckmäßig in ihrem mittleren Teil
eine zusätzliche Dicke, um den für den Durchtritt des Magnetflusses erforderlichen
Metallquerschnitt zu erhalten, wobei diese zusätzlichen Dicken nur an den Stellen
vorgesehen werden, wo sie unbedingt erforderlich sind. Bei den inneren Polstücken
B z. B. können die Schenkel einen radialen Querschnitt in Form eines Trapezes oder
»Kuchenstücks« erhalten, wie bei I und 2 in Fig.3 dargestellt, während ihr mittlerer
Teil 3 einen Rechteckquerschnitt od. dgl. erhält, um seine Oberfläche um einen Betrag
zu vergrößern, welcher gleich dem Doppelten des bei 4 angegebenen Dreiecks ist.
-
Zweckmäßig werden auch Ausnehmungen 5 (innere Stücke B) und 6 (äußere
Stücke C) an der Außenseite der Schenkel dieser Polstücke an der Stelle des mittleren
Teils 3 vorgesehen. Diese Maßnahme gestattet, den Fluß gut zwischen den Polteilen
und den Scheiben zu konzentrieren und Streuflüsse zwischen zwei benachbarten Schenkeln
der Polstücke zu verhindern.
-
Ein erfindungsgemäßer Stator kann folgendermaßen ausgebildet werden.
-
Die inneren Polstücke B können von einem Kranz mit Rechteckquerschnitt
7 od. dgl. getragen werden. Dieser Kranz kann eine Breite haben, welche entweder
gleich der der Basis der die Polstücke bildenden U ist, wie in Fig. 2 dargestellt,
oder besser eine geringere Breite, wie in Fig. 3 dargestellt.
-
Der Kranz 7 kann mit Hilfe von dünnen Speichen 8 das mittlere Rohrstück
g zur Aufnahme der Wälzlager der Welle F des Rotors (Fig. ,4) tragen.
-
Auf diesem Kranz wird zwischen den Schenkeln der Polstücke
B die Spule A angebracht.
-
Um die gesamten äußeren Polstücke C auf die so auf den inneren Polstücken
B angebrachte Spule A
aufsetzen zu können, kann eine erste vorteilhafte
Lösung (Fig. i bis 4) benutzt werden, bei welcher die äußeren Polstücke C durch
ihre mittlere Polebene geteilt werden, worauf alle auf derselben Seite der Mittelebene
liegenden Hälften der Polstücke an einem äußeren ringförmigen Halter befestigt werden.
Die beiden die Polstüekhälften 12 und 13 tragenden ringförmigen Halter io bzw. i
i
werden der Spule von beiden Seiten genähert und in der Quersymmetrieebene
des Stators miteinander vereinigt, um einen Haltekranz für die gesamten äußeren
Polstücke zu bilden.
-
Gemäß einer zweiten ebenfalls vorteilhaften Lösung werden die äußeren
Polstücke C von einem gewellten Kranz I4 (Fig. 5 und 6) getragen, welcher so ausgebildet
ist, daß er auf den durch die inneren Polstücke B und die Spule A gebildeten Teil
des Stators aufgeschoben werden kann. Die äußeren Polstücke C werden auf den Kranz
I4 aufgesetzt, wenn sich dieser an Ort und Stelle befindet, und an diesem Kranz
z. B. mit Hilfe von Schrauben I5 befestigt (Fig. 6). Dieser Kranz besteht vorzugsweise
aus einem nicht magnetisierbaren Gußstück.
-
Hierauf werden die inneren Polstücke, die äußeren Polstücke und ihre
Kränze fest miteinander verbunden, und zwar zweckmäßig mit Hilfe einer Vorrichtung,
welche die Befestigung des gesamten Stators an dem Gestell des mit dem zu bremsenden
Teil versehenen Apparats (Fahrzeug od. dgl.) gestattet.
-
Wie in Fig. I, 2 und 4 dargestellt, kann dieser Zusammenbau mit Hilfe
von zwei Klötzen I6 aus nicht magnetisierbarem Metall erfolgen, welche je an zwei
diametral gegenüberliegenden inneren Polstücken z. B. mit Bolzen I7 und an den die
äußeren Polstücke tragenden Kränzen Io, II (oder I4) z. B. mit Bolzen I8 befestigt
sind. Hierdurch werden auch die Kränze Io und II aneinander befestigt. Die Klötze
I6 tragen Löcher zur Befestigung der Bremsvorrichtung an dem Gestell des Apparats.
-
Wie in Fig.5 und 6 dargestellt, können zwei diametral gegenüberliegende
innere Polstücke seitliche Laschen I9 tragen, welche an dem die äußeren Polstücke
tragenden Kranz I4 z. B. mit Hilfe von Bolzen 2o befestigt werden und zur Befestigung
der Bremsvorrichtung an dem mit dem zu bremsenden Teil versehenen Apparat bestimmt
sind.
-
Man erhält so eine Wirbelstrombremse, welche unter anderem den Vorteil
einer erheblichen Werkstoffersparnis aufweist.
-
Der Rotor enthält erfindungsgemäß beiderseits des Stators Lüfterflügel,
welche während der Drehung des Rotors Kühlluft zwischen die Polstücke ansaugen.
Ferner ist auf der Außenseite einer jeden Scheibe ein Prallblech vorgesehen, welches
diese Luft radial nach außen auswirft. Man erhält so einen sehr wirksamen U-förmigen
Luftumlauf.
-
Gemäß einer vorteilhaften Lösung werden die Scheiben D und E von den
Flügeln 2I eines jeden Lüfters getragen (Fig. 2 und 6), während die Flügel selbst
von einer auf der Welle F des Rotors sitzenden Nabe 22 getragen werden.
-
Die Prallbleche können entweder durch eine an der Welle des Rotors
befestigte leichte Scheibe 23 (Fig.2 und 6, rechte Seite) gebildet werden oder durch
eine Platte 24 (Fig. 6, linke Seite), welche auch zur Kupplung mit der zu bremsenden
Welle dient. In diesem letzteren Fall können die Scheibe D oder E, die Flügel 2I
und die Platte 24 ein einziges Gußstück bilden. Die U-förmigen Strömungswege der
Luft sind in Fig. 2 und 6 durch mit Pfeilen versehene Linien schematisch dargestellt.
-
Zur Verbesserung der Kühlung können in den Scheiben D und E diese
vollständig durchdringende Löcher angebracht werden, welche U-förmige sekundäre
Kühlkreise schaffen (s. Scheibe D, Fig. 2).
-
Man richtet es dann zweckmäßig so ein, daß diese Löcher die Scheiben
D und E längs schrägen Linien durchdringen, welche sich zwischen ihren Mündungen
in der Nähe der Polstücke B und C und den entsprechenden Mündungen auf der Außenfläche
der Scheiben von der Welle F entfernen. Bei dieser nicht in der Zeichnung dargestellten
Anordnung üben die Löcher eine zusätzliche Belüftungswirkung zu der der Flügel 2I
aus und verbessern so die Kühlung der Anordnung.
-
Ferner können zur weiteren Verbesserung der Kühlung auf der Rückseite
der Scheiben D, E und auf den Flügeln 2I Vorsprünge zur Vergrößerung der Nutzfläche
des Lüfters vorgesehen werden.
-
Das Drucklager der Welle des Rotors wird erfindungsgemäß wenigstens
angenähert in der Mittelebene oder Quersymmetrieebene der Anordnung angeordnet.
-
Bei der Ausführungsform der Fig. 6 ist z. B. ein Drucklager 25 vorgesehen,
dessen Innenkäfig durch das mit dem Stator fest verbundene Rohrstück 9 in der Symmetrieebene
X-Y desselben gehalten wird, wobei die Anordnung so ausgebildet ist, daß die Luftspalte
e und e1 in kaltem Zustand einander gleich sind. Die anderen Lager 26 sind so ausgebildet,
daß sie gegenseitige axiale Verstellungen der Welle F und des Rohrstücks 9 zulassen.
-
Offenbar haben dank dieser Anordnung die von dem Arbeiten der Bremse
herrührenden Erwärmungen gleiche Dehnungen auf jeder Seite der Symmetrieebene für
die Welle F des Rotors (und gegebenenfalls für die U-förmigen Polstücke) zur Folge.
Die Gleichheit der Luftspalte e und e1 ist so immer gewährleistet, im Gegensatz
zu bereits bekannten derartigen Bremsen, bei welchen das Drucklager an einem Ende
der Bremse vorgesehen ist, was gegenseitige Veränderungen zwischen den Luftspalten
e und e1 und eine Gleichgewichtsstörung der Bremse zur Folge hat.