EP2983942A2 - Wirbelstrombremse zum bremsen eines rotierenden elementes, insbesondere einer welle, mit zumindest einer rotorscheibe und anordnung mit einer derartigen wirbelstrombremse - Google Patents

Wirbelstrombremse zum bremsen eines rotierenden elementes, insbesondere einer welle, mit zumindest einer rotorscheibe und anordnung mit einer derartigen wirbelstrombremse

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EP2983942A2
EP2983942A2 EP14728148.9A EP14728148A EP2983942A2 EP 2983942 A2 EP2983942 A2 EP 2983942A2 EP 14728148 A EP14728148 A EP 14728148A EP 2983942 A2 EP2983942 A2 EP 2983942A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
eddy current
current brake
disk
disc
rotor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14728148.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Randolf Mock
Volker Schmitt
Andreas Seiwald
Thomas Vontz
Stefan Zebunke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2983942A2 publication Critical patent/EP2983942A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L7/00—Electrodynamic brake systems for vehicles in general
    • B60L7/28—Eddy-current braking
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K49/00—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes
    • H02K49/02—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the asynchronous induction type
    • H02K49/04—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the asynchronous induction type of the eddy-current hysteresis type
    • H02K49/046—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the asynchronous induction type of the eddy-current hysteresis type with an axial airgap
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/26—Rail vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Definitions

  • Eddy current brake for braking a rotating element, in particular a shaft, with at least one rotor disk and arrangement with such an eddy current brake
  • the invention relates to an eddy current brake for braking ei ⁇ nes rotating element, in particular a shaft, with ⁇ at least one rotor disk.
  • the two stators are four disk-shaped rotors associated with each of the two stators is arranged in each case between two of the disc-shaped rotors in such a way that two of the disc-shaped Roto ⁇ reindeer, which are referred to herein as rotor halves adjacent in the axial direction and in particular in their radially inner annular portion In their radially outer annular region, the two rotor halves are arranged with light axial distance from one another., In each of the four disc-shaped rotors are under the action of Inhomogeneous magnetic fields generated by the stators induced eddy currents.
  • the material of the rotor disks must be chosen so that their strength and rigidity withstand the applied loads, in particular the interpretation of high loads often at the expense of magnetic Permeability and electrical conductivity goes.
  • the invention is based on the object of specifying an improved with respect to this disadvantage generic eddy current brake.
  • This problem is solved in the vortex ⁇ power brake according to the invention with the features of claim 1, characterized in that the at least one rotor disk has a first dividing disk and a second dividing disk, wherein the two dividing disks differ with respect to the material from which they are formed.
  • an eddy current brake for Ver ⁇ addition is made, combined with the useful properties of two different materials of graduated disks for different functional purposes with advantage who can ⁇ that the eddy current brake of example, both high at over low speeds rotating element has a high braking torque at the same time high Fes ⁇ activity and high rigidity.
  • the first dividing plate one side of which forms a statorzugewandte Au ⁇ Hzseite the rotor disc
  • a higher magnetic permeability and / or a higher electrical conductivity than the second part comprises disc.
  • the second dividing disk whose ei ⁇ ne page forms a statorabgewandte outside of the rotor disk, a higher mechanical strength and / or a hö ⁇ here mechanical stiffness than the first of the dividing disk has.
  • the first partial disk consists of pure iron, so that in particular the magnetic conductivity of the rotor disc and thus the recoverable with the eddy current brake torque are optimized over all speeds.
  • the second part disc made of steel, so that the second partial plate is formed capable of stabilizing the first partial plate and thus the Ro ⁇ torin to give optimum strength and rigidity as a whole.
  • the ticket ⁇ bend thickness of the first part of disc corresponds to at least the skin depth of the acting in braking operation on the stator facing the outside of the Ro ⁇ torrange electromagnetic field.
  • the ticket ⁇ bendicke the first partial plate is designed so that in the second partial disc take place no magnetic flux and no eddy current ⁇ activity.
  • the second dividing disk is cast onto the first dividing disk, since it can thus be ensured that the side of the second dividing disk facing the first dividing disk is completely connected to the first dividing disk.
  • the second sectionschei ⁇ be optimally supports the first part of the disc and stiffened.
  • the second partial plate can but also by other attachment Be ⁇ species - for example, by riveting, or by clicking or clamping connections - to be attached to the first part of the disc.
  • the first dividing disk has the contact surface on its side facing the second dividing disk has contours enlarging to the second part of the disc.
  • contours can be forged to the first part disc.
  • the contours comprise concentric to the rotational axis of the rotor disc, wave-shaped structure, with a flat recess breaks through the contour starting from the Rotati ⁇ onsachse in the radial direction, so that no air is trapped on the first code wheel when casting the second part of the disc. It is also considered advantageous if the second part of the disc ⁇ the edge of the first part of the disc in the direction of Ro ⁇ tationsachse the rotor disc engages in order to better protect the first part ⁇ slice from mechanical stress.
  • the second part disc is provided on its side facing away from the first part disc side with a support which is adapted to the torque transmitting connection with the rotating element.
  • the rotor disk is additionally stiffened by the carrier.
  • the invention also relates to an arrangement with a rotating element and with an eddy current brake for braking the rotating element, which is designed according to one of claims 1 to 13.
  • Such an arrangement may ⁇ example, be a rail vehicle, wherein the braked ro ⁇ animal element may be the wheel shaft of a wheel set.
  • the invention will be explained in more detail below with reference to Figures 1 to 6.
  • the show a schematic representation of a erfindungsge ⁇ MAESSEN arrangement in the form of a rail vehicle with rotating shafts in the form of axles and eddy current brakes according to the invention in a first embodiment, a section of the schematically shown in Figure 1 first embodiment of the erfindungsge MAESSEN eddy current brake in a larger view, the
  • FIG. 3 shows a further view of the first embodiment of the eddy current brake according to the invention shown in FIG. 2 and FIG. 3
  • FIG. 1 shows an arrangement 1 according to the invention in the form of a rail vehicle.
  • the rail vehicle has two ro ⁇ animal elements 2 in the form of shafts (axles). At the shafts 2, two wheels 3 are fixed.
  • the Wel ⁇ len 2 are rotatably supported by bearings, not shown here on a bogie 4 of the rail vehicle.
  • Inventive ⁇ proper arrangement 1 also comprises rotating eddy current brake for braking the rotating shafts 2 in a first Embodiment 5.
  • FIG. 1 shows an arrangement 1 according to the invention in the form of a rail vehicle.
  • the rail vehicle has two ro ⁇ animal elements 2 in the form of shafts (axles). At the shafts 2, two wheels 3 are fixed.
  • the Wel ⁇ len 2 are rotatably supported by bearings, not shown here on a bogie 4 of the rail vehicle.
  • Inventive ⁇ proper arrangement 1 also comprises rotating eddy current brake for braking the rotating shafts 2 in a first Embodiment 5.
  • This first embodiment of the rotating eddy current brake has a disc-shaped design with two rotors 6 (so-called external rotor rotors) connected in a rotationally fixed manner to the braked shaft 2 and a stator in which the stator is at a small distance in the axial direction of the axis of rotation A of the shaft 2 is arranged to the rotors between the rotors 6.
  • a pivot bearing 8 of the stator 7 forms a
  • the stator 7 is a torque arm 10 on the bogie 4 supported. Instead of the two rotors 6 shown here but only one rotor could be provided.
  • the stators 7 of the rotating eddy current brakes 5 are each provided with at least one exciting coil 11 for generating a spatially inhomogeneous magnetic field.
  • the at least one excitation coil 11 is fed by an electrical energy source 12. Connections of the at least one exciter coil 11 of the stators 7 are connected via connections 13, 14 to the electrical energy source 12. In the course of the connections 13, 14, a switch 15 may be arranged.
  • the in braking operation - induced spatially inhomogeneous magnetic field generated in the at ⁇ parent rotating rotors 6 eddy currents induce the inhomogeneous magnetic field of opposite magnetic field and thus the rotors 6 braking - in other words, when energized, the at least one excitation coil 11 by the electric power source 12 Effect force.
  • the stators 7 are provided with claw pole rings, not shown here, in which when the exciter coils 11 are energized, a functional polarity relationship is established, that is, alternately positive and negative poles are generated .
  • the eddy currents are induced during their rotation, which brake the rotors 6 depending on the excitation power.
  • the eddy current brake according to the invention is in particular not limited to the illustrated design with regard to the number of rotors 6 and the stators 7.
  • an alternative usionnförmi ⁇ ge design of the rotating eddy current brake according to the invention not shown here could have two outer stators, between which in the axial direction of the axis of rotation of the shaft at a small distance to the stators a rotor (a so-called inner rotor rotor) is arranged.
  • ge Stand- te disk-shaped design of the rotary eddy current brake according to the invention could have three rotors and two stators, wherein the rotors and the stators in the axial direction of the axis of rotation of the shaft with spacing alternately publishedeinan ⁇ are arranged.
  • each of the rotors 6 has a rotor disk 20 and one via fastening means 21, 22, 23 in the form of screw connections with the rotor disk
  • the carrier 24 is used for torque-transmitting connection of the rotor disk 20 with the shaft 2, and has for this purpose in an inner ring portion mounting holes 25, which mounting holes 26 of a flange 27 of the shaft 2 are assigned, so that the carrier 24 and the shaft 2 over here not shown further fastening ⁇ means in the form of screw rotatably connected to each other.
  • the carrier 24 forms a ring with a receiving opening 28 for receiving the shaft 2 and with radially projecting support arms 29 in the free end portions each have two further mounting holes 30 (see Figure 2) for receiving the fastening means 21, 22 are formed.
  • the rotor disk 20 consists of two partial disks 31, 32.
  • the two partial disks 31, 32 differ in terms of the material from which they are formed.
  • the first Partial disk 31 fulfills a completely different function than the second part disk 32.
  • the rotor disk 20 constructed from the two partial disks 31, 32 is therefore designed such that it fulfills two functions separately. Namely on the one hand a good magnetic permeabilization ⁇ ty and good electrical conductivity, and on the other hand a good mechanical strength and good mechanical rigidity.
  • 31 includes the first partial disk, whose one side is 33 facing the stator 7, thus forming a statorzugewandte ⁇ outer side of the rotor disc 20, a higher magnetic permeability and a higher electrical conductivity than the second part of disc 32.
  • the second partial disk 32 toward ⁇ has a higher mechanical strength and a higher ⁇ mechanical stiffness than the first part of disk 31.
  • the first part disc 31 is made of pure iron and the second part disc 32 is made of steel.
  • the designated D.31 disc thickness of the first part of disc 31 is dimensioned so that it has at least the skin depth of the brake ⁇ operation on the statorzugewandte outside of the Rotor disc 20 corresponding electromagnetic field corresponds and the magnetic flux and the eddy current activity in Bremsbe ⁇ drive preferably completely within the first part 31 take place disc.
  • the disk thickness d.31 of the first partial disk 31 is at least 5 mm, but preferably more than 10 mm. In the first exemplary embodiments shown, the disk thickness d.31 of the first partial disk 31 is 18 mm.
  • the slice thickness D.32 of the second code wheel 32 is be ⁇ measure that the first part plate 31 - the given Be ⁇ loads corresponding to - stiffened.
  • the slice thickness d.32 of the second slice 32 is less than the slice thickness D.31 of the first dividing plate 31 so as embodiments shown also in the direct wei ⁇ 105; 205 and 305 of the eddy current brake according to the invention is the case.
  • the second dividing disk 32 is cast on the first dividing disk 31 on ⁇ .
  • FIGS. 4 to 6 show sections of three further embodiments 105; 205 and 305 of the eddy current brake according to the invention. There are parts with those of the first
  • Embodiment 5 correspond to this or substantially, with the same, but by 100; 200 or 300 provided higher reference numerals. Also in these three other embodiments 105; 205 and 305, each of the rotors 106; 206; 306, a rotor disk 120; 220; 320 and connected via a fastening means in the form of screw with the rotor disc carrier.
  • the rotor disks 120; 220 and 320 are also made depending ⁇ wells of two sub-slices 131, 132; 231, 232 and 331, 332, wherein the first part discs 131; 231 and 331 made of pure iron and the second part discs 132; 232; 332 made of steel.
  • the second dividing disk is not limited in terms of their shape to the illustrated circular ring shape.
  • the annular disc-shaped second dividing disc could alternatively also be designed as a ring-shaped ring.
  • the second part of disc 132 is partially broken away Darge ⁇ represents.
  • the first th partial disc 131 on its second partial disk 132 supplied ⁇ facing side 134 contours 135a, 135b, 135e to which 131 increase the contact area of the first part to the second disk part ⁇ disc 132nd
  • contours 135a, 135b, 135e which are forged in the illustrated second embodiment 105 to the first part plate 131, have a to Rota ⁇ tion axis A of the rotor disc concentric, wavy structure and are starting from the axis of rotation A in the radial direction R of a flat recess 136 broken.
  • the planar recess 136 is required so that no air inclusions can form when casting the second dividing disk 132 against the first dividing disk 131.
  • first the first dividing disk 131 of pure iron is placed in a corresponding casting mold. Since ⁇ raufhin optionally also cast cooling fins and optionally also the carrier, the second part 132 and disc.
  • other Be ⁇ festistsarten remain for the connection of the two part discs, such as rivets, click or clamp connections, etc. reserved.
  • Other cohesive compounds, in particular a connection by hot isostatic pressing (HIPen) are advantageous alternatives.
  • the second dividing disk 232 overlaps the first dividing disk 231 at the edge in the direction of the axis of rotation A.
  • the thickness of the disk d.231 of the first dividing disk 231 is correspondingly radially outward Ring 237 is formed, so that the second dividing disk 232 includes the first part of disk 231 for their further stabilization.
  • the second part disk 332 is disposed on its side from the first part disk 331. turned side 338, which forms a statorabgewandte outside of the rotor disk 320, provided with cooling fins 339.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Dynamo-Electric Clutches, Dynamo-Electric Brakes (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wirbelstrombremse (5; 105; 205; 305) zum Bremsen eines rotierenden Elementes (2), insbesondere einer Welle, mit zumindest einer Rotorscheibe (6; 106; 206; 306). Um zu vermeiden, dass die Festigkeit und Steifigkeit der Rotorscheibe zu Lasten ihrer magnetischen Permeabilität und ihrer elektrischen Leitfähigkeit geht, ist vorgesehen, dass die zumindest eine Rotorscheibe (6; 106; 206; 306) eine erste Teilscheibe (31; 131; 231; 331) und eine zweite Teilscheibe (32; 132; 232; 332) aufweist, wobei sich die beiden Teilscheiben hinsichtlich des Materials, aus dem sie gebildet sind, unterscheiden. Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung, insbesondere ein Schienenfahrzeug, mit einer derartigen Wirbelstrombremse.

Description

Beschreibung
Wirbelstrombremse zum Bremsen eines rotierenden Elementes, insbesondere einer Welle, mit zumindest einer Rotorscheibe und Anordnung mit einer derartigen Wirbelstrombremse
Die Erfindung betrifft eine Wirbelstrombremse zum Bremsen ei¬ nes rotierenden Elementes, insbesondere einer Welle, mit zu¬ mindest einer Rotorscheibe.
Gattungsgemäße Wirbelstrombremsen mit Rotorscheiben sind beispielsweise aus den Druckschriften DE 101 14 183 AI und DE 36 02 612 AI bekannt. Dabei weist die in der Druckschrift DE 101 14 183 AI be¬ schriebene Wirbelstrombremse zwei Statoren auf, die hier als Statorhälften bezeichnet sind. Den zwei Statoren sind vier scheibenförmige Rotoren zugeordnet, wobei jeder der beiden Statoren jeweils zwischen zwei der scheibenförmigen Rotoren derart angeordnet ist, dass zwei der scheibenförmigen Roto¬ ren, die hier als Rotorhälften bezeichnet sind, in axialer Richtung benachbart und in ihrem radial inneren Ringbereich insbesondere mittels Verschraubungen miteinander zu einem Paar verbunden sind, das hier als „mittlere Rotorscheibe" be- zeichnet ist. In ihrem radial äußeren Ringbereich sind die beiden Rotorhälften mit lichtem axialem Abstand zueinander angeordnet. In jedem der vier scheibenförmigen Rotoren werden dabei unter der Einwirkung der von den Statoren erzeugten inhomogenen Magnetfelder Wirbelströme induziert.
Bei den genannten bekannten Wirbelstrombremsen (DE 101 14 183 AI und DE 36 02 612 AI) muss das Material der Rotorscheiben so gewählt sein muss, dass deren Festigkeit und Steifigkeit den einwirkenden Belastungen standhält, wobei insbesondere die Auslegung auf hohe Belastungen oft zu Lasten der magnetischen Permeabilität und der elektrischen Leitfähigkeit geht. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine hinsichtlich dieses Nachteils verbesserte gattungsgemäße Wirbelstrombremse anzugeben . Gelöst wird diese Aufgabe bei der erfindungsgemäßen Wirbel¬ strombremse mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 dadurch, dass die zumindest eine Rotorscheibe eine erste Teilscheibe und eine zweite Teilscheibe aufweist, wobei sich die beiden Teilscheiben hinsichtlich des Materials, aus dem sie gebildet sind, unterscheiden.
Aufgrund dieser Maßnahme wird eine Wirbelstrombremse zur Ver¬ fügung gestellt, bei der nützliche Eigenschaften der beiden unterschiedlichen Materialien der Teilscheiben für unter- schiedliche funktionale Zwecke mit Vorteil so kombiniert wer¬ den können, dass die Wirbelstrombremse beispielsweise sowohl bei hohen als bei über niedrigen Drehzahlen des rotierenden Elementes ein hohes Bremsmoment bei gleichzeitig hoher Fes¬ tigkeit und hoher Steifigkeit aufweist.
Dabei wird es einerseits als vorteilhaft angesehen, wenn die erste Teilscheibe, deren eine Seite eine statorzugewandte Au¬ ßenseite der Rotorscheibe bildet, eine höhere magnetische Permeabilität und/oder eine höhere elektrische Leitfähigkeit als die zweite Teilscheibe aufweist. Andererseits wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die zweite Teilscheibe, deren ei¬ ne Seite eine statorabgewandte Außenseite der Rotorscheibe bildet, eine höhere mechanische Festigkeit und/oder eine hö¬ here mechanische Steifigkeit als die erste der Teilscheibe aufweist. Somit kann mittels der ersten Teilscheibe ein hohes Bremsmoment erzielt werden, während mittels der zweiten Teil¬ scheibe der Rotorscheibe die notwendige Stabilität und Steif¬ igkeit verliehen werden kann. In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Wirbelstrombremse besteht die erste Teilscheibe aus Reineisen, so dass insbesondere die magnetische Leitfähigkeit der Rotor- scheibe und damit das mit der Wirbelstrombremse erzielbare Bremsmoment über alle Drehzahlen optimiert sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsge- mäßen Wirbelstrombremse besteht die zweite Teilscheibe aus Stahl, so dass die zweite Teilscheibe geeignet ausgebildet ist, die erste Teilscheibe zu stabilisieren und damit der Ro¬ torscheibe insgesamt eine optimale Festigkeit und Steifigkeit zu verleihen.
Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die Schei¬ bendicke der ersten Teilscheibe zumindest der Skintiefe des im Bremsbetrieb über die statorzugewandte Außenseite der Ro¬ torscheibe einwirkenden elektromagnetischen Feldes ent- spricht. Durch diese Maßnahme kann sichergestellt werden, dass im Bremsbetrieb der magnetische Fluss sowie die Wirbel¬ stromaktivitäten im Wesentlichen vollständig innerhalb der ersten Teilscheibe stattfinden. Vorzugsweise wird die Schei¬ bendicke der ersten Teilscheibe so gestaltet, dass in der zweiten Teilscheibe kein magnetischer Fluss und keine Wirbel¬ stromaktivität stattfinden.
Weiterhin wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die zweite Teilscheibe an die erste Teilscheibe angegossen ist, da somit sicher gestellt werden kann, dass die der ersten Teilscheibe zugewandte Seite der zweiten Teilscheibe vollständig mit der ersten Teilscheibe verbunden ist. Durch diese Maßnahme kann mit Vorteil sichergestellt werden, dass die zweite Teilschei¬ be die erste Teilscheibe optimal stützt und versteift. Alter- nativ kann die zweite Teilscheibe aber auch durch andere Be¬ festigungsarten - beispielsweise durch Nieten, oder mittels Klick- oder Klemmverbindungen - an der ersten Teilscheibe befestigt sein. Um die Verbindung der beiden Teilscheiben zu optimieren ist vorzugsweise vorgesehen, dass die erste Teilscheibe an ihrer der zweiten Teilscheibe zugewandten Seite die Kontaktfläche zur zweiten Teilscheibe vergrößernde Konturen aufweist. Diese Konturen können an die erste Teilscheibe angeschmiedet sein. Vorzugsweise weisen die Konturen eine zur Rotationsachse der Rotorscheibe konzentrische, wellenförmige Struktur auf, wobei eine ebene Aussparung die Konturen ausgehend von der Rotati¬ onsachse in radialer Richtung durchbricht, damit sich beim Angießen der zweiten Teilscheibe an die erste Teilscheibe keine Lufteinschlüsse bilden. Es wird auch als vorteilhaft angesehen, wenn die zweite Teil¬ scheibe die erste Teilscheibe randseitig in Richtung der Ro¬ tationsachse der Rotorscheibe übergreift, um die erste Teil¬ scheibe vor mechanischer Beanspruchung noch besser zu schützen .
Zur optimalen Kühlung der Rotorscheibe wird es als vorteil¬ haft angesehen, wenn die zweite Teilscheibe an ihrer von der ersten Teilscheibe abgewandten Seite mit Kühlrippen versehen ist .
Ferner wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die zweite Teilscheibe an ihrer von der ersten Teilscheibe abgewandten Seite mit einem Träger versehen ist, der zur Drehmoment übertragenden Verbindung mit dem rotierenden Element geeignet ausgebildet ist. Durch diese Maßnahme wird die Rotorscheibe durch den Träger zusätzlich versteift.
Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung mit einem rotierenden Element und mit einer Wirbelstrombremse zum Bremsen des rotierenden Elementes, die nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildet ist. Eine derartige Anordnung kann beispiels¬ weise ein Schienenfahrzeug sein, wobei das abzubremsende ro¬ tierende Element die Radwelle eines Radsatzes sein kann. Die Erfindung wird im Weiteren anhand der Figuren 1 bis 6 näher erläutert. Dabei zeigen die eine schematische Darstellung einer erfindungsge¬ mäßen Anordnung in Form eines Schienenfahrzeugs mit rotierenden Wellen in Form von Radsatzwellen und mit erfindungsgemäßen Wirbelstrombremsen in einer ersten Ausführungsform, die einen Ausschnitt der in der Figur 1 schematisch gezeigten ersten Ausführungsform der erfindungsge mäßen Wirbelstrombremse in größerer Darstellung, die
Figur 3 eine weitere Ansicht der in Figur 2 gezeigten ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wirbelstrombremse und die
Figuren 4 bis 6 Ausschnitte weiterer bevorzugter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wirbelstrombremse . Die Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung 1 in Form eines Schienenfahrzeugs. Das Schienenfahrzeug weist zwei ro¬ tierende Elemente 2 in Form von Wellen (Radsatzwellen) auf. An den Wellen 2 sind jeweils zwei Räder 3 befestigt. Die Wel¬ len 2 sind über hier nicht gezeigte Lager drehbar an einem Drehgestell 4 des Schienenfahrzeugs gehalten. Die erfindungs¬ gemäße Anordnung 1 weist außerdem rotierende Wirbelstrombremsen zum Bremsen der rotierenden Wellen 2 in einer ersten Ausführungsform 5 auf. Diese erste Ausführungsform der rotierenden Wirbelstrombremse weist eine scheibenförmige Bauform mit zwei drehfest mit der abzubremsenden Welle 2 verbundenen Rotoren 6 (sogenannte Außenläufer-Rotoren) und einem Stator auf, bei der der Stator in axialer Richtung der Rotationsachse A der Welle 2 mit ge- ringem Abstand zu den Rotoren zwischen den Rotoren 6 angeordnet ist. Ein Drehlager 8 des Stators 7 bildet eine
Durchtrittsöffnung 9 zum Durchtritt der zugeordneten Welle 2. Der Stator 7 ist über eine Drehmomentstütze 10 am Drehgestell 4 abgestützt. Anstelle der hier gezeigten zwei Rotoren 6 könnte aber auch nur ein Rotor vorgesehen sein.
Die Statoren 7 der rotierenden Wirbelstrombremsen 5 sind je- weils mit zumindest einer Erregerspule 11 zum Erzeugen eines räumlich inhomogenen Magnetfeldes versehen.
Die zumindest eine Erregerspule 11 ist von einer elektrischen Energiequelle 12 gespeist. Anschlüsse der zumindest einen Er- regerspule 11 der Statoren 7 sind dabei über Verbindungen 13, 14 an die elektrische Energiequelle 12 angeschlossen. Im Zuge der Verbindungen 13, 14 kann ein Schalter 15 angeordnet sein.
Das im Bremsbetrieb - also bei Erregung der zumindest einen Erregerspule 11 mittels der elektrischen Energiequelle 12 - erzeugte räumlich inhomogene Magnetfeld induziert in den zu¬ geordneten rotierenden Rotoren 6 Wirbelströme, die ihrerseits ein dem inhomogenen Magnetfeld entgegen gesetztes Magnetfeld induzieren und damit eine die Rotoren 6 bremsende Kraft be- wirken.
Vorzugsweise sind die Statoren 7 mit hier nicht gezeigten Klauenpolringen versehen in denen beim Erregen der Erregerspulen 11 ein funktionales Wechselverhältnis der Polarität hergestellt, also abwechselnd positive und negative Pole er¬ zeugt werden. In den stirnseitig neben den Statoren 7 montierten Rotoren 6 werden bei deren Drehung die Wirbelströme induziert, die die Rotoren 6 je nach Erregerleistung abbremsen .
Die erfindungsgemäße Wirbelstrombremse ist jedoch insbesonde¬ re hinsichtlich der Anzahl der Rotoren 6 und der Statoren 7 nicht auf die dargestellte Bauform begrenzt. So könnte eine hier nicht gezeigte alternative scheibenförmi¬ ge Bauform der erfindungsgemäßen rotierenden Wirbelstrombremse zwei äußere Statoren aufweisen, zwischen denen in axialer Richtung der Rotationsachse der Welle mit geringem Abstand zu den Statoren ein Rotor (ein sogenannter Innenläufer-Rotor) angeordnet ist.
Ferner könnte eine weitere alternative und hier nicht gezeig- te scheibenförmige Bauform der erfindungsgemäßen rotierenden Wirbelstrombremse drei Rotoren und zwei Statoren aufweisen, wobei die Rotoren und die Statoren in axialer Richtung der Rotationsachse der Welle mit Abstand alternierend nebeneinan¬ der angeordnet sind.
Weitere beliebige derartige Kombinationen von Rotoren und Statoren sind denkbar.
Wesentliche Details der ersten Ausführungsform 5 der erfin- dungsgemäßen Wirbelstrombremse werden im Weiteren anhand der Figuren 2 und 3 näher erläutert.
Bei der ersten Ausführungsform 5 weist jeder der Rotoren 6 eine Rotorscheibe 20 und einen über Befestigungsmittel 21, 22, 23 in Form von Schraubverbindungen mit der Rotorscheibe
20 verbundenen Träger 24 auf. Der Träger 24 dient zur Drehmoment übertragenden Verbindung der Rotorscheibe 20 mit der Welle 2, und weist hierzu in einem inneren Ringbereich Befestigungsbohrungen 25 auf, denen Befestigungsbohrungen 26 eines Flansches 27 der Welle 2 zugeordnet sind, so dass der Träger 24 und die Welle 2 über hier nicht gezeigte weitere Befesti¬ gungsmittel in Form von Schraubverbindungen drehfest miteinander verbunden sind. Gemäß Figur 3 bildet der Träger 24 einen Kranz mit einer Aufnahmeöffnung 28 zum Aufnehmen der Welle 2 und mit radial abragenden Tragarmen 29 in deren freien Endabschnitten jeweils zwei weitere Befestigungsbohrungen 30 (vgl. Figur 2) zur Aufnahme der Befestigungsmittel 21, 22 ausgebildet sind.
Die Rotorscheibe 20 besteht aus zwei Teilscheiben 31, 32. Die beiden Teilscheiben 31, 32 unterscheiden sich dabei hinsichtlich des Materials, aus dem sie gebildet sind. Die erste Teilscheibe 31 erfüllt dabei eine ganz andere Funktion als die zweite Teilscheibe 32.
Die aus den zwei Teilscheiben 31, 32 aufgebaute Rotorscheibe 20 ist also so gestaltet, dass sie zwei Funktionen getrennt erfüllt. Nämlich zum Einen eine gute magnetische Permeabili¬ tät und eine gute elektrische Leitfähigkeit und zum Anderen eine gute mechanische Festigkeit und eine gute mechanische Steifigkeit .
Dabei weist die erste Teilscheibe 31, deren eine Seite 33 dem Stator 7 zugewandt ist, die also eine statorzugewandte Außen¬ seite der Rotorscheibe 20 bildet, eine höhere magnetische Permeabilität und eine höhere elektrische Leitfähigkeit als die zweite Teilscheibe 32 auf. Die zweite Teilscheibe 32 hin¬ gegen weist eine höhere mechanische Festigkeit und eine höhe¬ re mechanische Steifigkeit als die erste Teilscheibe 31 auf.
Die erste Teilscheibe 31 besteht aus Reineisen und die zweite Teilscheibe 32 besteht aus Stahl.
Dabei ist die mit d.31 bezeichnete Scheibendicke der ersten Teilscheibe 31 nach ihren Materialeigenschaften und je nach der Anzahl der Pole des Stators 7 und der Drehzahl des Rotors 6 so bemessen, dass sie zumindest der Skintiefe des im Brems¬ betrieb über die statorzugewandte Außenseite der Rotorscheibe 20 einwirkenden elektromagnetischen Feldes entspricht und der magnetische Fluss sowie die Wirbelstromaktivität im Bremsbe¬ trieb vorzugsweise vollständig innerhalb der ersten Teil- scheibe 31 stattfinden. Die Scheibendicke d.31 der ersten Teilscheibe 31 beträgt mindestens 5mm, vorzugsweise jedoch mehr als 10mm. Im gezeigten ersten Ausführungsbeispielen beträgt die Scheibendicke d.31 der ersten Teilscheibe 31 18mm. Die Scheibendicke d.32 der zweiten Teilscheibe 32 ist so be¬ messen, dass sie die erste Teilscheibe 31 - den gegebenen Be¬ lastungen entsprechend - versteift. Die Scheibendicke d.32 der zweiten Teilscheibe 32 ist geringer als die Scheibendicke d.31 der ersten Teilscheibe 31, so wie dies auch bei den wei¬ teren gezeigten Ausführungsformen 105; 205 bzw. 305 der erfindungsgemäßen Wirbelstrombremse der Fall ist. Die zweite Teilscheibe 32 ist an die erste Teilscheibe 31 an¬ gegossen .
Die Figuren 4 bis 6 zeigen Ausschnitte von drei weiteren Aus¬ führungsformen 105; 205 bzw. 305 der erfindungsgemäßen Wir- belstrombremse . Dabei sind Teile, die mit denen der ersten
Ausführungsform 5 übereinstimmen bzw. diesen im Wesentlichen entsprechen, mit gleichen, jedoch um 100; 200 bzw. 300 höheren Bezugszeichen versehen. Auch bei diesen drei weiteren Ausführungsformen 105; 205 und 305 weist jeder der Rotoren 106; 206; 306 eine Rotorscheibe 120; 220; 320 und einen über Befestigungsmittel in Form von Schraubverbindungen mit der Rotorscheibe verbundenen Träger auf .
Die Rotorscheiben 120; 220 bzw. 320 bestehen ebenfalls je¬ weils aus zwei Teilscheiben 131, 132; 231, 232 bzw. 331, 332, wobei die ersten Teilscheiben 131; 231 bzw. 331 aus Reineisen und die zweiten Teilscheiben 132; 232; 332 aus Stahl beste- hen.
Auch hier ist jeweils die zweite Teilscheibe 132; 232 bzw. 332 an die erste Teilscheibe 131; 231 bzw. 331 angegossen. Insbesondere die zweite Teilscheibe ist hinsichtlich ihrer Form nicht auf die dargestellte Kreisringform begrenzt. So könnte also die hier kreisringförmig ausgebildete zweite Teilscheibe alternativ auch kranzringförmig ausgebildet sein. Bei der in der Figur 4 gezeigten Darstellung der zweiten Ausführungsform 105 der erfindungsgemäßen Wirbelstrombremse ist die zweite Teilscheibe 132 teilweise ausgebrochen darge¬ stellt. Bei dieser zweiten Ausführungsform 105 weist die ers- te Teilscheibe 131 an ihrer der zweiten Teilscheibe 132 zuge¬ wandten Seite 134 Konturen 135a, 135b, 135e auf, die die Kontaktfläche der ersten Teilscheibe 131 zur zweiten Teil¬ scheibe 132 vergrößern. Diese Konturen 135a, 135b, 135e, die bei der gezeigten zweiten Ausführungsform 105 an die erste Teilscheibe 131 angeschmiedet sind, weisen eine zur Rota¬ tionsachse A der Rotorscheibe konzentrische, wellenförmige Struktur auf und sind ausgehend von der Rotationsachse A in radialer Richtung R von einer ebenen Aussparung 136 durchbro- chen.
Die ebene Aussparung 136 ist erforderlich, damit sich beim Angießen der zweiten Teilscheibe 132 an die erste Teilscheibe 131 keine Lufteinschlüsse bilden können. Zum Gießen der zwei- ten Teilscheibe 132 wird zunächst die erste Teilscheibe 131 aus Reineisen in eine entsprechende Gussform eingelegt. Da¬ raufhin werden die zweite Teilscheibe 132 und optional auch Kühlrippen und optional auch der Träger gegossen. Wie eingangs bereits erwähnt, bleiben jedoch auch andere Be¬ festigungsarten zur Verbindung der beiden Teilscheiben, beispielsweise Nieten-, Klick- oder Klemmverbindungen etc. vorbehalten. Auch andere Stoffschlüssige Verbindungen, insbesondere ein Verbinden durch heißisostatisches Pressen (HIPen) , sind vorteilhafte Alternativen.
Bei der in der Figur 5 dargestellten dritten Ausführungsform 205 der erfindungsgemäßen Wirbelstrombremse übergreift die zweite Teilscheibe 232 die erste Teilscheibe 231 randseitig in Richtung der Rotationsachse A. An der zweiten Teilscheibe 232 ist also radial außen liegend ein der Scheibendicke d.231 der ersten Teilscheibe 231 entsprechender Ring 237 gebildet, so dass die zweite Teilscheibe 232 die erst Teilscheibe 231 zu deren weiterer Stabilisierung umfasst.
Bei der in der Figur 6 dargestellten vierten Ausführungsform 305 der erfindungsgemäßen Wirbelstrombremse ist die zweite Teilscheibe 332 an ihrer von der ersten Teilscheibe 331 abge- wandten Seite 338, die eine statorabgewandte Außenseite der Rotorscheibe 320 bildet, mit Kühlrippen 339 versehen.

Claims

Patentansprüche
1. Wirbelstrombremse (5; 105; 205; 305) zum Bremsen eines ro¬ tierenden Elementes (2), insbesondere einer Welle, mit zu- mindest einer Rotorscheibe (6; 106; 206; 306),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die zumindest eine Rotorscheibe (6; 106; 206; 306) eine erste Teilscheibe (31; 131; 231; 331) und eine zweite Teilscheibe (32; 132; 232; 332) aufweist, wobei sich die beiden Teilscheiben hinsichtlich des Materials, aus dem sie gebildet sind, unterscheiden.
2. Wirbelstrombremse (5; 105; 205; 305) nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die erste Teilscheibe (31; 131; 231; 331), deren eine Sei¬ te (33; 233; 333) eine statorzugewandte Außenseite der Ro¬ torscheibe (6; 106; 206; 306) bildet, eine höhere magneti¬ sche Permeabilität und/oder eine höhere elektrische Leit¬ fähigkeit als die zweite Teilscheibe (32; 132; 232; 332) aufweist.
3. Wirbelstrombremse (5; 105; 205; 305) nach einem der An¬ sprüche 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die zweite Teilscheibe (32; 132; 232; 332), deren eine
Seite (38; 138; 238; 338) eine statorabgewandte Außenseite der Rotorscheibe (6; 106; 206; 306) bildet, eine höhere mechanische Festigkeit und/oder eine höhere mechanische Steifigkeit als die erste der Teilscheibe (31; 131; 231; 331) aufweist.
4. Wirbelstrombremse (5; 105; 205; 305) nach einem der An¬ sprüche 1 bis 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die erste Teilscheibe (31; 131; 231; 331) aus Reineisen besteht . Wirbelstrombremse (5; 105; 205; 305) nach einem der An¬ sprüche 1 bis 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die zweite Teilscheibe (32; 132; 232; 332) aus Stahl be¬ steht .
Wirbelstrombremse (5; 105; 205; 305) nach einem der An¬ sprüche 1 bis 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Scheibendicke (d.31; d.131; d.231; d.331) der ersten Teilscheibe (31; 131; 231; 331) zumindest der Skintiefe des im Bremsbetrieb über die statorzugewandte Außenseite der Rotorscheibe einwirkenden elektromagnetischen Feldes entspricht .
Wirbelstrombremse (5; 105; 205; 305) nach einem der An¬ sprüche 1 bis 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die zweite Teilscheibe (32; 132; 232; 332) an die erste Teilscheibe (31; 131; 231; 331) angegossen ist.
Wirbelstrombremse (105) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die erste Teilscheibe (131) an ihrer der zweiten Teil¬ scheibe zugewandten Seite (134) die Kontaktfläche zur zweiten Teilscheibe (132) vergrößernde Konturen (135a, 135b, 135e) aufweist.
Wirbelstrombremse (105) nach Anspruch 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Konturen (135a, 135b, 135e) an die erste Teilschei¬ be (131) angeschmiedet sind.
Wirbelstrombremse (105) nach einem der Ansprüche 8 oder
9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Konturen (135a, 135b, 135e) eine zur Rotationsachse
(A) der Rotorscheibe (120) konzentrische, wellenförmige Struktur aufweisen, wobei eine ebene Aussparung (136) die Konturen (135a, 135b, 135e) ausgehend von der Rotation¬ sachse (A) in radialer Richtung (R) durchbricht. 11. Wirbelstrombremse (205) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die zweite Teilscheibe (232) die erste Teilscheibe (231) randseitig in Richtung der Rotationsachse (A) der Rotor- Scheibe (220) übergreift.
12. Wirbelstrombremse (305) nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die zweite Teilscheibe (332) an ihrer von der ersten Teil¬ scheibe abgewandten Seite (338) mit Kühlrippen versehen ist .
13. Wirbelstrombremse (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die zweite Teilscheibe (32) an ihrer von der ersten Teil¬ scheibe (31) abgewandten Seite (38) mit einem Träger (24) versehen ist, der zur Drehmoment übertragenden Verbindung mit dem rotierenden Element (2) geeignet ausgebildet ist.
14. Anordnung (1), insbesondere Schienenfahrzeug, mit einem rotierenden Element (2) und mit einer Wirbelstrombremse (5; 105; 205; 305) zum Bremsen des rotierenden Elementes d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Wirbelstrombremse (5; 105; 205; 305) nach einem der
Ansprüche 1 bis 13 ausgebildet ist.
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