WO2010084175A2

WO2010084175A2 - Verfahren und vorrichtungen zur regelung der translationsgeschwindigkeit, der drehzahl sowie der frequenz und/oder der amplitude von linear-, dreh- und pendelschwingungen von bauelementen aus elektrisch leitendem, nicht ferromagnetischem material durch magnetfelder

Info

Publication number: WO2010084175A2
Application number: PCT/EP2010/050732
Authority: WO
Inventors: Hans-Uwe Morgenstern
Original assignee: Tmt Tapping-Measuring-Technology Gmbh
Priority date: 2009-01-22
Filing date: 2010-01-22
Publication date: 2010-07-29
Also published as: DE102009005719A1; WO2010084175A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Translationsgeschwindigkeit, der Drehzahl sowie der Frequenz und/oder der Amplitude von Linear-, Dreh- und Pendelschwingungen von Bauelementen aus elektrisch leitendem, nicht ferromagnetischem Material durch Magnetfelder. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente durch mindestens zwei in Bewegungsrichtung derselben hintereinander angeordnete Magnetfelder mit einer gleichbleibenden, entgegengerichteten Polarität geführt werden, derart, dass die Magnetfeldlinien den Querschnitt der Bauelemente transversal durchdringen und von den Magnetfeldlinien in den Bauelementen entgegengerichtete Spannungen induziert werden, durch die in den Bauelementen mindestens drei hintereinander liegende Wirbelstromfelder erzeugt werden, und dass durch das Zusammenwirken von Magnetfeldern und Wirbelströmen Lorentzkräfte erzeugt werden, durch die die Translationsgeschwindigkeit, die Drehzahl oder die Frequenz und/oder die Amplitude der Linear-, Dreh- und Pendelschwingungen der Bauelemente in Abhängigkeit von den Magnetfeldstärken geregelt werden.

Description

Beschreibung

Titel: Verfahren und Vorrichtungen zur Regelung der

Translationsgeschwindigkeit, der Drehzahl sowie der Frequenz und/oder der Amplitude von Linear-, Dreh- und Pendelschwingungen von Bauelementen aus elektrisch leitendem, nicht ferromagnetischem Material durch Magnetfelder

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur Regelung der Translationsgeschwindigkeit, der Drehzahl sowie der Frequenz und/oder der Amplitude von Linear- , Dreh- und Pendelschwingungen von Bauelementen aus elektrisch leitendem, nichtferromagnetischem Material durch Magnetfelder.

In dem Lehrbuch Elektrotechnik für den Maschinenbauer, Carl Hanser Verlag München 1962, Seite 133, 134 wird eine Wirbelstrombremse mit einer Regelvorrichtung der gattungsgemäßen Art zum Abbremsen der Bremsscheibe beschrieben. Die Funktionsweise dieser bekannten Wirbelstrombremse beruht darauf, dass die Bremsscheibe, die aus einem elektrisch leitenden, nichtferromagnetischen Material besteht, durch ein stationäres Magnetfeld mit einer gleichbleibenden, entgegengerichteten Polarität rotiert, derart, dass die Magnetfeldlinien die Bremsscheibe über deren Querschnitt transversal durchdringen und in der Bremsscheibe eine Spannung induziert wird, durch die in der Bremsscheibe Wirbelströme bewirkt werden, und dass durch das Zusammenwirken von Magnetfeld und Wirbelströmen auf die Bremsscheibe als Abbremskräfte wirkende Lorentzkräfte erzeugt werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und Vorrichtungen zur Regelung der Translationsgeschwindigkeit, der Drehzahl sowie der Frequenz und/oder der Amplitude von Linear-, Dreh- und Pendelschwingungen von Bauelementen aus einem elektrisch leitenden, nicht ferroraagnetischen Materials zu entwickeln, die es ermöglichen, das auf das Bauelement wirkende Magnetfeld und die durch dieses erzeugten Wirbelströme zur Erhöhung der auf das Bauelement als Abbremskräfte wirkende Lorentzkräfte zu verstärken.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und die Regelvorrichtungen nach den Patentansprüchen 6 und 7.

Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des Verfahrens nach Patentanspruch 1 und der Regelvorrichtungen nach den Patentansprüchen 6 und 7.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung der Translationsgeschwindigkeit, der Drehzahl sowie der Frequenz und/oder der Amplitude von Linear-, Dreh- und Pendelschwingungen von Bauelementen aus elektrisch leitendem, nichtferromagnetischem Material ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente durch mindestens zwei in Bewegungεrichtung derselben hintereinander angeordnete Magnetfelder mit einer gleichbleibenden, entgegengerichteten Polarität geführt werden, derart, dass die Magnetfeldlinien den Querschnitt der Bauelemente transversal durchdringen und von den Magnetfeldern in den Bauelementen entgegengerichtete Spannungen induziert werden, durch die in den Bauelementen mindestens drei hintereinander liegende Wirbelstromfelder erzeugt werden, und dass durch das Zusammenwirken von Magnetfeldern und Wirbelströmen Lorenzkräfte erzeugt werden, durch die die Translationsgeschwindigkeit oder die Drehzahl oder die Frequenz und/oder der Amplitude der Linear- , Dreh- oder Pendelschwingungen der Bauelemente in Abhängigkeit von den Magnetfeldstärken geregelt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens wird durch den Magnetfluss eines geschlossenen Magnetkreises über zwei gegenläufige Magnetfelder zwischen jeweils zwei Polen eine doppelte, gegenläufige Spannung in dem Bauelement induziert, derart, dass sich eine gegenseitig verstärkende Wirkung auf die Stromstärke des zentralen Wirbelstromfeldes ergibt.

Durch die doppelte Ausnutzung des Magnetflusses eines geschlossenen Magnetkreises werden der magnetische Widerstand im Eisenkern des Magnetkreises und damit die inneren Verluste des Magnetkreises ungefähr halbiert.

Eine Variante des Verfahrens besteht darin, dass durch den Magnetfluss von zwei hintereinander angeordneten, geschlossenen Magnetkreisen über zwei gegenläufige Magnetfelder zwischen jeweils zwei Polen Spannungen in dem Bauelement induziert werden, derart, dass sich eine gegenseitig verstärkende Wirkung auf die Stromstärke des zentralen Wirbelstromfeldes ergibt.

Durch eine dichte Hintereinanderanordnung der auf das Bauteil in einem Spalt zwischen den beiden Polen eines Magnetkreises einwirkenden Magnetfelder wird erreicht, dass der Gradient der Abnahme des Magnetflusses zum seitlichen Spaltrand möglichst groß ist und dass durch die dicht beieinander liegende Anordnung der Spalte die Pfadlänge der Wirbelströme in den im Bauelement erzeugten Wirbelstromfeldern verkürzt und der elektrische Widerstand verringert wird. Der grundsätzliche Erfindungsgedanke beruht darauf, dass durch die doppelte Ausnutzung des Magnetflusses eines geschlossenen Magnetkreises eine doppelte, gegenläufige wirbelstromverstärkende Spannung in dem Bauelement induziert wird, wobei der magnetische Widerstand im Eisenkern und damit die inneren Verluste ungefähr halbiert werden.

Durch die Hintereinanderanordnung von mehreren in sich geschlossenen Magnetkreisen mit einer doppelten Ausnutzung des Magnetflusses wird die Einwirkung auf das Bauelement überproportional gesteigert durch eine überproportionale Erhöhung der Anzahl der steileren Gradienten des Magnetflusses, durch eine überproportionale Erhöhung der Anzahl der verstärkten Wirbelstromfelder mit ihrer jeweils doppelten Interaktion mit den Magnetfeldern und durch eine doppelte Ausnutzung der induzierenden Wirkung der elektrischen Induktionsspulen. Die Mehrfachanordnung und die damit verbundene Verteilung der Wirbelströme in den einzelnen Wirbelstromfeldern im Bauelement wirken sich mehrfach und analog auf die Verstärkung der auf das Bauelement einwirkenden Lorentzkräfte aus.

Vorrichtungen zur Regelung der Translationsgeschwindigkeit sowie die Drehzahl und der Frequenz von Linearschwingungen von Bauelementen aus elektrisch leitendem, nichtferromagnetischem Material durch Magnetfelder sind nachfolgend anhand schematischer Zeichnungsfiguren erläutert, die folgendes darstellen:

Fig. 1 die in der Beschreibungseinleitung erwähnte

Wirbelstrombremse nach dem Stand der Technik mit einer Regelvorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes gleichbleibender Polarität zur Regelung der Drehzahl der Bremsscheibe der Wirbelstrombremse ,

Fig. 2 eine teilweise Draufsicht der Bremsscheibe der Wirbelstrombremse mit den in der Bremsscheibe induzierten Spannungen, den in der Bremsscheibe ausgebildeten Wirbelstromfeldern sowie den auf die Bremsscheibe abbremsend wirkenden Lorentzkräften in vergrößerter Darstellung,

Fig. 3 ein Diagramm mit dem Verlauf der

Magnetflussdichte des mit der Regelvorrichtung der Wirbelstrombremse nach den Figuren 1 und 2 erzeugten Magnetfeldes über die Länge des Einwirkungsabschnittes des Magnetfeldes auf die Bremsscheibe ,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Regelung der

Translationsgeschwindigkeit eines Bauelements und zum Abbremsen desselben,

Fig. 5 ein Diagramm mit dem Verlauf der

Magnetflussdichte der mit der Regelvorrichtung nach Fig. 4 erzeugten beiden Magnetfelder sowie mit dem Verlauf der Magnetflussdichte der beiden Magnetfelder einer dieser Regelvorrichtung nachgeordneten, baugleichen weiteren Regelvorrichtung , Fig. 6 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Regelvorrichtung nach Fig. 4 , die

Fign, 7a perspektivische Darstellungen einer Vorrichtung und 7b zur Regelung der Schwingungsfrequenz eines

Linearschwingungen ausführenden Dämpferelements eines Stoßdämpfers,

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung einer mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüsteten Wirbelstrombremse zur Regelung der Drehzahl der Bremsscheibe und zum Abbremsen der Bremsscheibe und

Fig. 9 eine der Fig. 2 entsprechende teilweise Draufsicht der Bremsscheibe der Wirbelstrombremse nach Fig. 8.

Die Regelvorrichtung 2 der in der Beschreibungseinleitung erwähnten Wirbelstrombremse 1 nach dem Stand der Technik zum Abbremsen der Bremsscheibe 3 aus einem elektrisch leitenden, nichtferromagnetischen Material durch ein Magnetfeld 4 mit gleichbleibender Polarität weist einen Kern 5 aus ferrorαagnetischem Material auf, die als ein Joch 6 mit zwei Polen 7, 8 ausgebildet ist, die einen Spalt 9 bilden, durch den die auf einer Antriebswelle 10 sitzende Bremsscheibe 3 rotiert. Auf dem Joch 6 ist eine Induktionsspule 11 zur Erzeugung eines geschlossenen Magnetkreises 12 mit dem Magnetfeld 4 gleichbleibender Polarität zwischen den beiden Polen 7, 8 angeordnet, das durch Feldlinien 13 charakterisiert ist. Die in Pfeilrichtung a rotierende Bremsscheibe 3 tritt im Bereich 14 in das Magnetfeld 4 ein und verlässt dieses wieder im Bereich 15. Beim Eintreten der Bremsscheibe 3 in das Magnetfeld 4 wird in der Bremsscheibe in einer Ebene senkrecht zu den Magnetfeldlinien 13 eine Spannung 16 induziert, durch die nach der Regel von Lenz Wirbelströme 17 in der Bremsscheibe 3 erzeugt werden. Durch das Zusammenwirken von Magnetfeld 4 und Wirbelströmen 17 entstehen in der Bremsscheibe 3 die sogenannten Lorentzkräfte 18, die der Drehrichtung a der Bremssσheibe 3 entgegengerichtet sind und die dadurch eine Bremswirkung auf die Bremsscheibe 3 ausüben, durch die die Drehzahl der Bremsscheibe herabgesetzt wird und die Bremsscheibe bis zum Stillstand abgebremst werden kann.

Beim Verlassen des Austrittsbereiches 15 des Magnetfeldes 4 entstehen in der Bremsscheibe 3 Wirbelströme 19, die durch Zusammenwirken mit dem Magnetfeld 4 wiederum Lorentzkräfte 20 erzeugen, die der Drehrichtung a der Bremsscheibe 3 entgegengerichtet sind und die damit eine zusätzliche Bremswirkung zu der Bremswirkung der Lorentzkräfte 18 im Eintrittsbereich 14 der Bremsscheibe in das Magnetfeld 4 auslösen.

Das Diagramm gemäß Figur 3 zeigt den Verlauf der Magnetflussdichte in Tessla des mit der Regelvorrichtung 2 der Wirbelstrombremse 1 nach den Figuren 1 und 2 erzeugten Magnetfeldes 4 über die Länge L des Einwirkungsabschnitts des Magnetfeldes 4 auf die Bremsscheibe 3. Wegen der magnetischen Sättigung im Eisen ist es nur mit einem wirtschaftlich nicht mehr vertretbaren Aufwand möglich, eine Magnetflussdichte zu erreichen, die über 2 Tessla liegt. Die Ausweitung des Magnetfeldes 4, die durch die sich aufweitenden Magnetfeldlinien 13 verdeutlicht wird, im Spalt 9 zwischen den beiden Polen 7 und 8 bewirkt, dass die Kurve der Magnetflussdichte flach und weit zu den beiden Rändern des Spaltes 9 zwischen des Polen 7, 8 ausläuft. Innerhalb des Magnetfeldes 4 wird in Abhängigkeit von dessen Stärke und Polarität eine entsprechende elektrische Spannung 16 in der Bremsscheibe 3 induziert, die als Antriebskraft für die Wirbelströme 17, 19 wirkt, so dass die Wirbelströme den Stromkreis erst außerhalb des Magnetfeldes 4 schließen können. Der geringere Gradient der Abnahme der Magnetflussdichte hat aufgeweitete Wirbelstromfelder 17, 19 mit langen Strompfaden zur Folge. Entsprechend dieser vergleichsweise großen Pfadlänge treten vergleichsweise hohe elektrische Widerstände auf und damit ergeben sich entsprechend verringerte Wirbelstromstärken.

Die aus dem Zusammenwirken von Wirbelströmen und Magnetfeld entstehenden Kräfte sind unter anderem abhängig von der Stärke der Wirbelströme, die wiederum unter anderem abhängig sind von der Länge des Strompfades. Je kürzer der Strompfad, desto geringer ist der elektrische Widerstand und desto höher der entstehende Wirbelstrom bei ansonsten gegebenen Bedingungen. Da sich die Strompfade im Regelfall erst außerhalb des Magnetfeldes schließen können, wäre ein am Rande möglichst scharf auf Null abfallendes Magnetfeld für diese Zwecke ideal. In der Realität läuft ein Magnetfeld aber weit aus, wie dies aus Fig. 3 hervorgeht .

Außerdem ist es so, dass der Wirbelstrom auf dem entstehenden Strompfad normalerweise nur einmal mit einem Magnetfeld in Wechselwirkung tritt und daher nur einmal eine Kraft erzeugt .

Wenn jetzt also zwei Magnetfelder mit umgekehrter Polarität dicht nebeneinander gestellt werden, derart, dass die Magnetfeldlinien die Bremsscheibe transversal kreuzen, dann ergeben sich folgende Vorteile:

1. Das Magnetfeld hat zum Rand in Richtung des inverεen zweiten Magnetfeldes den steilsten möglichen Gradienten und erzeugt damit den kürzest möglichen Strompfad, wie dies Fig. 5 verdeutlicht.

2. Dadurch, dass das benachbarte Magnetfeld umgekehrte Polarität hat, wirkt es auf die gleiche Wirbelstromschleife gleichsinnig und verstärkend/verdoppelnd. Hierzu wird auf die nachfolgend noch ausführlich erläuterte Fig. 4 verwiesen.

Die neue Regelvorrichtung 21 nach Fig. 4 zur Regelung der Translationsgeschwindigkeit und zum Abbremsen eines sich in Pfeilrichtung b geradlinig bewegenden Bauelementes 22, beispielsweise eines stangenförmigen Maschinenelementes 23, ist mit einem durch zwei Joche 25, 26 gebildeten Kern 24 aus ferromagnetischem Material ausgestattet, der zwei in Reihe hintereinander angeordnete Polpaare 27, 28 mit jeweils zwei Polen 29, 30; 31, 32 aufweist. Die beiden Polpaare 27, 28 bilden zwei hintereinander angeordnete Spalte 33, 34, durch die sich das Maschinenelement 23 hindurchbewegt. Auf den vier Polschuhen 35-38 der beiden Joche 25, 26 des Kerns 24 sind vier Induktionsspulen 39-42 zur Erzeugung von zwei in Bewegungsrichtung b des Maschinenelements 23 in Reihe hintereinander angeordneten Magnetfeldern 43, 44 in einem geschlossenen Magnetkreis 45 zwischen den Polen 29, 30; 31, 32 der beiden Pσlpaare 27, 28 angeordnet, wobei die beiden Magnetfelder 43, 44 eine gleichbleibende, entgegengerichtete Polarität aufweisen. Durch die Magnetfelder 43, 44 werden in dem Maschinenelement 23 entgegengerichtete Spannungen 46, 47 induziert, durch die in dem Maschinenelement 23 drei hintereinander liegende Wirbelstromfelder 48-50 erzeugt werden, derart, dass sich eine gegenseitig verstärkende Wirkung auf die Stromstärke des zentralen Wirbelstromfeldes 49 zwischen den beiden äußeren Wirbelstromfeldern 48, 50 ergibt. Durch das Zusammenwirken von Magnetfeldern und Wirbelströmen werden in dem Maschinenelement 23 Lorentzkräfte 51-53 erzeugt, durch die die Translationsgeschwindigkeit des Maschinenelements 23 vermindert und das Maschinenelement bis zum Stillstand abgebremst werden kann.

Zur besseren Darstellung sind in Figur 4 die induzierten Spannungen 46, 47 und die Wirbelströme 48-50 um 90° aus der Horizontalebene in die Vertikalebene gedreht dargestellt.

Die Regelvorrichtung 21 kann nach Bedarf zur Erhöhung der auf ein Bauelement 22 wirkenden Bremskraft um eine gerade Anzahl von Polpaaren über die Länge L des Einwirkungsabschnittes der Magnetfelder auf das Bauelement erweitert werden.

Das Diagramm gemäß Fig. 5 verdeutlicht den in einer durchgezogenen Linie dargestellten Verlauf der Magnetflussdichte in Tessla der mit der in Fig. 4 dargestellten Regelvorrichtung 21 in einem geschlossenen Magnetkreis 45 erzeugten beiden Magnetfelder 43, 44 über die Länge L des Einwirkungsabschnitts der Magnetfelder auf das Maschinenelement 23 sowie in gestrichelter Linienführung die Magnetflussdichte der beiden Magnetfelder einer baugleichen, an die erste Regelvorrichtung 21 angeschlossenen weiteren Regelvorrichtung.

Der durchgezogene Kurvenverlauf in Fig. 5 zeigt, dass bei der Regelvorrichtung 21 nach Fig. 4 der Magnetfluss in einem geschlossenen Magnetkreis 45 doppelt und mit gegeneinander unterschiedlicher Polarität genutzt wird. Die dadurch erreichte Erhöhung der Magnetflussdichte hat eine entsprechende Erhöhung der Wirbelstromstärke zur Folge. Die doppelte Nutzung in einem geschlossenen Magnetkreis erfolgt gegensinnig, das heißt, der Magnetfluss wird sowohl in positiver als auch in negativer Flussrichtung wirksam. Dadurch wird die für die Wirbelstromausbildung nutzbare Magnetflussdichte von etwa 2 Tessla auf 4 Tessla in demselben Magnetkreis erhöht. Ferner ist der Gradient für die Abnahme der Magnetflussdichte in dem aus Fig. 5 ersichtlichen Bereich 54 zwischen den beiden Magnetfeldern 43, 44 besonders groß. Dadurch werden die Pfadlängen der Wirbelströme und damit die elektrischen Widerstände kleiner, was eine entsprechende Erhöhung der Stromstärken zur Folge hat.

Die durchgezogene und die gestrichelte Linienführung in Fig, 5 zeigen den Kurvenverlauf der Magnetflussdichte über die Länge des Einwirkungsabschnittes der Magnetfelder auf das Maεchinenelement 23 von zwei hintereinander angeordneten Regelvorrichten 21 gemäß Fig. 4 mit zwei aufeinander folgenden, geschlossenen Magnetkreisen 45, 45 mit jeweils einer doppelten Nutzung des Magnetflusses. Fig. 5 verdeutlicht, dass sich bei einer Regelvorrichtung mit einem geschlossenen Magnetkreis ein steiler Kurvenverlauf der Magnetflussdichte zwischen zwei flachen Kurvenverläufen ergibt und dass sich bei zwei hintereinander angeordneten Regelvorrichtungen mit zwei geschlossenen Magnetkreisen und einer Doppelnutzung des Magnetflusses in jedem Magnetkreis drei steile Kurvenverläufe zwischen zwei flachen Kurvenverläufen der Magnetflussdichte ergeben. Dadurch ist der Wirkungsanstieg deutlich überproportional . Bei der Regelvorrichtuπg 21 nach Fig. 4 liegen die Spalte 33, 34 zwischen den Polen 29, 30 sowie 31, 32 und die in den Spalten 33, 34 wirkenden Magnetfelder 43, 44 dicht beieinander. Die Magnetfelder 43, 44 sind in dem Bereich 54, in dem sie aneinander stoßen, trotz hoher Magnetflussdichte eng gebündelt. Aus den entsprechend verkürzten Strompfaden der Wirbelströme und der doppelten Einwirkung der Wirbelströme folgt, dass sich die Wirkung der elektromagnetischen Beeinflussung auf das Maschinenelement 23 mehr als verdoppelt.

In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform 55 der Regelvorrichtung dargestellt, die zwei hintereinander geschaltete Regelvorrichtungen 2a aufweist, die bis auf die Anzahl der verwendeten Induktionsspulen der Regelvorrichtung 2 nach den Figuren 1 und 2 entsprechen.

Die Regelvorrichtung 55 ist mit zwei hintereinander angeordneten Kernen 5, 5 aus ferromagnetischem Material ausgestattet, die ein Joch 6 mit zwei Polen I₁ 8 aufweisen, die einen Spalt 9 bilden. Durch die beiden in Reihe hintereinander angeordneten Spalte 9, 9 bewegt sich ein Bauelement 22, beispielsweise ein Maschinenelement 23, in Pfeilrichtung b geradlinig hindurch. Die Regelvorrichtung 55 besitzt ferner jeweils zwei auf den Polschuhen der beiden Joch 6, 6 angeordnete Induktionsspulen IIa, IIb zur Erzeugung von zwei hintereinander angeordneten Magnetfeldern 43, 44 mit entgegengerichteter Polarität in zwei getrennten, geschlossenen, gegenläufigen Magnetkreisen 12, 12a, wobei die Magnetfelder 43, 44 in dem Maschinenelement 23 entgegengerichtete Spannungen 46, 47 zur Erzeugung von Wirbelstromfeldern 48-50 induzieren, die durch Zusammenwirken mit den Magnetfeldern 43, 44 in dem Maschinenelement 23 Lorentzkräfte 51-53 erzeugen, durch die die Translationsgeschwindigkeit des Maschinenelements 23 vermindert und das Maschinenelement abgebremst werden kann.

Zur besseren Darstellung sind in Fig. 6 die induzierten Spannungen 46, 47 und die Wirbelströme 48-50 um 90° aus der Horizontalebene in die Vertikalebene gedreht dargestellt.

Gegenüber einer Regelvorrichtung gemäß Figur 4, die mit einer doppelten Nutzung des Magnetflusses eines geschlossenen Magnetkreises arbeitet, hat die Regelvorrichtung 55 nach Fig. 6 mit einer einfachen Nutzung des Magnetflusses von zwei hintereinander angeordneten, geschlossenen Magnetkreiεen 12, 12a einen schlechteren Wirkungsgrad, jedoch wird mit dieser Regelvorrichtung eine wesentliche Verstärkung der Wirbelströme in dem Maschinenelement 23 gegenüber der Regelvorrichtung 2 nach den Figuren 1 und 2 mit einem geschlossenen Magnetkreis 12 mit einer einfachen Nutzung des Magnetflusses erreicht.

Während es bei einer Regelvorrichtung mit der Maximalausführung der Mehrfachnutzung des Magnetflusses eines Magnetkreises nur möglich ist, mit einer geraden Anzahl von Polpaaren zu arbeiten, ist es bei einer Regelvorrichtung mit einer einfachen Ausnutzung des Magnetflusses mehrerer Magnetkreise möglich, sowohl mit einer geraden als auch mit einer ungeraden Anzahl von Polpaaren zu arbeiten. Dies erlaubt unter Umständen eine bessere Anpassung an begrenzte Platzverhältnisse .

Die Figuren 7a und 7b zeigen das Prinzip eines Stoßdämpfers 56, der mit der Vorrichtung 21 nach Fig. 4 zur Regelung der Schwingungsfrequenz und/oder der Amplitude eines als Platte ausgebildeten Dämpferelements 57 ausgerüstet ist, das Linearschwingungen in Pfeilrichtung c, d durch die hintereinander angeordneten Spalte 33, 34 der Polpaare 27, 28 eines ferromagnetischen Kerns 24 ausführt. Durch die auf den Polen 29-32 des Kerns 24 angeordneten vier Induktionsspulen 39- 42 werden in Bewegungsrichtung c, d des Dämpferelements 57 zwei in Reihe hintereinander angeordnete Magnetfelder 43 , 44 in einem geschlossenen Magnetkreis zwischen den Polen 29, 30; 31, 32 der beiden Polpaare 27, 28 erzeugt, wobei die beiden Magnetfelder 43, 44 eine gleichbleibende, entgegengerichtete Polarität aufweisen. Durch die Magnetfelder 43, 44 werden in dem Dämpferelement 57 entgegengerichtete Spannungen 46, 47 induziert, durch die in dem Dämpferelement 57 drei hintereinander liegende Wirbelstromfelder 48-50 erzeugt werden, derart, dass sich eine gegenseitig verstärkende Wirkung auf die Stromstärke des zentralen Wirbelstromfeldes 49 zwischen den beiden äußeren Wirbelstromfeldern 48, 50 ergibt. Durch das Zusammenwirken von Magnetfeldern und Wirbelströmen werden in dem Dämpferelement 57 Lorentzkräfte 51-53 erzeugt, die infolge der sich laufend ändernden Schwingungsrichtung c, d des Dämpferelements 57 und des sich damit ändernden Verlaufs der induzierten Spannungen und der sich ändernden Fließrichtung der Ströme der Wirbelstromfelder 48-50 der Schwingbewegung c, d des Dämpferelements 57 entgegengerichtet sind, derart, dass die Schwingungsfrequenz des Dämpferelements 57 des Stoßdämpfers 56 und die Amplitude der Schwingungen des Dämpferelements in Abhängigkeit von der Stromstärke der Wirbelströme der Wirbelstromfelder 48-50 regelbar sind.

Wie anhand von zwei Polpaaren 27, 28 erläuterte Regelvorrichtung 21 des Stoßdämpfers 56 kann entsprechend den Abmessungen des Dämpferelements 57 und der gewünschten Stärke der als Bremskräfte wirkenden Lorentzkräfte um die erforderliche Anzahl von Polpaaren erweitert werden. Die in den Figuren 8 und 9 dargestellte Wirbelstrombremse 58 ist mit einer Regelvorrichtung 59 zum Abbremsen der aus einem elektrisch leitenden, nichtferromagnetischen Material hergestellten, rotierenden Bremsscheibe 3 ausgerüstet, die auf einer Antriebswelle 10 sitzt. Der Grundaufbau der Regelvorrichtung 59 entspricht prinzipiell demjenigen der in Fig. 6 dargestellten Regelvorrichtung 55.

Die Regelvorrichtung 59 ist mit zwei hintereinander angeordneten Kernen 5, 5 aus ferromagnetischem Material ausgestattet, die ein Joch 6 mit zwei Polen 7 , 8 aufweisen, die einen Spalt 9 bilden. Die Bremsscheibe 3 rotiert durch die beiden Spalte B₁ 9 der Polpaare 7, 8 und die Spalte 9 sind auf einem Kreisabschnitt 60 angeordnet. Die Regelvorrichtung 59 besitzt ferner zwei auf den beiden Jochen 6, 6 angeordnete Induktionsspulen 11, 11 zur Erzeugung von zwei hintereinander angeordneten Magnetfeldern 43, 44 mit entgegengerichteter Polarität in zwei getrennten, geschlossenen, gegenläufigen Magnetkreisen 12, 12a, wobei die Magnetfelder 43, 44 in der Bremsscheibe 3 entgegengerichtete Spannungen 46, 47 zur Erzeugung von Wirbelstromfeldern 48-50 induzieren, die durch Zusammenwirken mit den Magnetfeldern 43, 44 in der Bremsscheibe 3 Lorentzkräfte 51-53 erzeugen, durch die die Drehzahl der Brerasscheibe 3 bis zum Stillstand derselben abgebremst werden kann.

Durch die umgekehrte Polarität der beiden nebeneinander liegenden Magnetfelder 43, 44 haben die Wirbelströme der beiden äußeren Wirbelstromfeider 48, 50 umgekehrte Fließrichtungen. Dadurch vereinigen sich die beiden äußeren Wirbelstromfelder 48, 50 der beiden nebeneinander liegenden Magnetfelder 43, 44 zu dem zentralen Wirbelstromfeld 49, das die doppelte Stromstärke der beiden äußeren Wirbelstromfelder 48, 50 besitzt.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Regelung der Translationsgeschwindigkeit , der Drehzahl sowie der Frequenz und/oder der Amplitude von Linear-, Dreh- und Pendelschwindungen von Bauelementen aus elektrisch leitendem, nicht ferromagnetischem Material durch Magnetfelder, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente durch mindestens zwei in Bewegungsrichtung derselben hintereinander angeordnete Magnetfelder mit einer gleichbleibenden, entgegengerichteten Polarität geführt werden, derart, dass die Magnetfeldlinien den Querschnitt der Bauelemente transversal durchdringen und von den Magnetfeldern in den Bauelementen entgegengerichtete Spannungen induziert werden, durch die in den Bauelementen mindestens drei hintereinanderliegende Wirbelstromfelder erzeugt werden, und dass durch das Zusammenwirken von Magnetfeldern und Wirbelströmen Lorentzkräfte erzeugt werden, durch die die Translationsgeschwindigkeit, die Drehzahl oder die Frequenz und/oder die Amplitude der Linear-, Dreh- oder Pendelschwingungen der Bauelemente in Abhängigkeit von den Magnetfeldstärken geregelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfluss eines geschlossenen Magnetkreises über zwei entgegengerichtete Magnetfelder zwischen jeweils zwei Polen eine doppelte gegenläufige Spannung in einem Bauelement induziert, derart, dass sich eine gegenseitig verstärkende Wirkung auf die Stromstärke des zentralen Wirbelstromfeldes ergibt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die doppelte Ausnutzung des Magnetflusses des geschlossenen Magnetkreises der magnetische Widerstand im Eisenkern des Magnetkreises und damit die inneren Verluste des Magnetkreises ungefähr halbiert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Magnetfluss von zwei hintereinander angeordneten, geschlossenen Magnetkreiεen über zwei gegenläufige Magnetfelder zwischen jeweils zwei Polen Spannungen in einem Bauelement induziert werden, derart, dass sich eine gegenseitig verstärkende Wirkung auf die Stromstärke des zentralen Wirbelstromfeldes ergibt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine dichte Hintereinanderanordnung der auf ein Bauelement in einem Spalt zwischen den beiden Polen eines Magnetkreises einwirkenden Magnetfelder, derart, dass der Gradient der Abnahme des Magnetflusses zum seitlichen Spaltrand möglichst groß ist und dass durch die dicht beieinanderliegende Anordnung der Spalte die Pfadlänge der Wirbelströme in den in dem Bauelement erzeugten Wirbelstromfeldern verkürzt und der elektrische Widerstand verringert wird.

6. Vorrichtung zur Regelung der Translationsgeschwindigkeit, der Drehzahl sowie der Frequenz und/oder der Amplitude von Linear-, Dreh- und Pendelschwingungen von Bauelementen aus elektrisch leitenden, nicht ferromagnetischem Material durch Magnetfelder gemäß dem Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 3 und 5, gekennzeichnet durch mindestens einen durch zwei Joche (25, 26) gebildeten Kern (24) aus ferromagnetischem Material, der zwei in Reihe hintereinander angeordnete Polpaare (27, 28) mit jeweils zwei Polen (29, 30; 31, 32) aufweist, die zwei hintereinander angeordnete Spalte (33, 34) bilden, durch die ein Bauelement (22) hindurchbewegt wird, sowie auf den Jochen (25, 26) des Kerns (24) angeordnete Induktionsspulen (39-42) zur Erzeugung von zwei hintereinander angeordneten Magnetfeldern (43, 44) mit einer gleichbleibenden, entgegengerichteten Polarität in einem geschlossenen Magnetkreis (45) , wobei durch das Zusammenwirken der Magnetfelder (43, 44) und der das Bauelement (22) durchströmenden Wirbelstromfelder (48-50) , die durch die durch die Magnetfelder (43, 44) in dem Bauelement (22) induzierten Spannungen (46, 47) bewirkt werden, auf das Bauelement (22) als Äbbremskräfte wirkende Lorentzkräfte (51-53} erzeugt werden.

7. Vorrichtung zur Regelung der Translationsgeschwindigkeit , der Drehzahl sowie der Frequenz und/oder der Amplitude von Linear-, Dreh- und Pendelschwingungen von Bauelementen aus elektrisch leitendem, nicht ferromagnetischem Material durch Magnetfelder gemäß dem Verfahren nach den Patentansprüche 1, 4 und 5, gekennzeichnet durch mindestens zwei hintereinander angeordnete Kerne (5, 5) aus ferromagnetischem Material, die jeweils ein Joch (6) mit zwei Polen (7, 8) aufweisen, die einen Spalt (9) bilden, durch den ein Bauelement (22) hindurchbewegt wird, sowie auf den beiden Jochen (6, 6) angeordnete Induktionsspulen (IIa, IIb) zur Erzeugung von zwei hintereinander angeordneten Magnetfeldern (43, 44) mit einer gleichbleibenden, entgegengerichteten Polarität in zwei getrennten, geschlossenen, gegenläufigen Magnetkreisen (12, 12a), wobei durch das Zusammenwirken der Magnetfelder (43, 44) und der das Bauelement (22) durchströmenden Wirbelstromfelder

(48-50) , die durch die durch die Magnetfelder (43, 44} in dem Bauelement (22} induzierten Spannungen (46, 47) bewirkt werden, auf das Bauelement (22) als Abbremskräfte wirkende Lorentzkräfte

(51-53) erzeugt werden.

8. Regelvorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Erweiterungsmöglichkeit derselben (21} um geradzahlige Polpaare .

9. Regelvorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Erweiterungsmöglichkeit derselben (55) um geradzahlige und ungeradzahlige Polpaare.

10. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch eine Verwendung derselben (21) zur Regelung der Frequenz und/oder der Amplitude der Linearschwingungen (c, d) des Schwingungselements einer Schwingvorrichtung, beispielsweise eines Dämpferelements (57) eines Stoßdämpfers (56) .

11. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch eine Verwendung derselben (59) zur Regelung der Drehzahl der Bremsscheibe (3) einer Wirbelstrombremse (58) .