WO2025256945A1 - Bremsvorrichtung, verwendung einer bremsvorrichtung, fahrzeug mit einer bremsvorrichtung und fahrzeugprüfstand - Google Patents

Bremsvorrichtung, verwendung einer bremsvorrichtung, fahrzeug mit einer bremsvorrichtung und fahrzeugprüfstand

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WO2025256945A1
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rotor part
braking
actuator
rotation
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Christoph Holtmann
Christian Weber
Christoph KÖHLER
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    • F16D2121/18—Electric or magnetic
    • F16D2121/20—Electric or magnetic using electromagnets

Definitions

  • Brake device use of a brake device, vehicle with a brake device and vehicle test bench
  • the invention relates to a braking device, in particular an eddy current braking device, a use of the braking device, a vehicle with the braking device and a vehicle test stand with the braking device.
  • a braking device is installed in a vehicle, such as a car, truck, or rail vehicle, and serves to reduce or limit the vehicle's speed. If the braking device is installed in a machine, it serves to reduce or limit the speed of moving machine parts.
  • the eddy current braking device uses the eddy current effect, in which an electrically conductive material, typically a metal disc, is moved through a magnetic field, thereby inducing eddy currents in the material, which in turn generate a magnetic field that opposes the generating torque and thus slows down the disc.
  • an electrically conductive material typically a metal disc
  • a copper disc is therefore slowed down more strongly than an identical steel disc.
  • the strength of the braking effect depends on the direction of the magnetic field, with the greatest braking effect achieved when the magnetic field passes perpendicularly through the moving disc; on the air gap, with the larger the air gap, the smaller the maximum braking effect; on the shape of the disc, with discs having a circumferentially comb-like structure or cracks exhibiting reduced braking effect, as the ring-shaped eddy currents can no longer form over a large area; on the area under the excitation pole, with the smaller the area under the pole, the lower the braking effect; on the speed, with the braking effect being strongly dependent on the relative speed between the field and the disc; and on the coil current, with the higher the current flowing through the magnet, the stronger the magnetic field and thus the braking force.
  • the object of the invention is to provide an improved braking device.
  • Another object of the invention is to provide a vehicle test bench with an improved braking device.
  • the induction device is designed to generate a secondary magnetic field in the radial direction that is directed at least partially opposite to the primary magnetic field as a result of a rotation of the rotor part about the axis of rotation, wherein a fan device for generating an airflow about the axis of rotation is rotatably arranged and displaceable along the axis of rotation, wherein the airflow is guided at least through the rotor part.
  • An air-cooled electrodynamic brake with radial flow guidance can be implemented using the fan assembly.
  • the fan assembly can advantageously function as a cooling device, dissipating heat generated by eddy currents.
  • the brake device can advantageously provide on-demand cooling, particularly forced cooling. This minimizes the thermal load on the brake device, resulting in improved brake safety.
  • Air cooling can be advantageous because it avoids the need for a complex water cooling system with its associated disadvantages.
  • the magnetic properties are altered, and the braking device behaves differently from the underlying (design) simulation model.
  • the predictive power of the model is limited.
  • axial flux machines require more complex manufacturing of the electrical steel laminations, as a single lamination stack consists of several laminations of varying sizes.
  • the rotors are manufactured from solid material, requiring a correspondingly high degree of machining.
  • the fan assembly can comprise an impeller that generates the airflow and a drive mechanism that powers the impeller.
  • the impeller can advantageously be mounted to rotate freely on the shaft, on the stator, or on a spring element connected to the stator, in particular a disc spring.
  • the impeller can, for example, be arranged on or attached to a bracket that is rotatably mounted on the shaft. Air can be set in motion by rotating the impeller, drawing air in at a suction side and expelling it at a pressure side, thus generating an airflow. The generated airflow can then pass through the rotor section and dissipate any heat generated therein.
  • the design of a fan can vary. For example, it can be a radial fan, an axial fan, or a diagonal fan.
  • the design can influence both the direction from which air is drawn in and discharged, as well as the design-related performance characteristics (e.g., volume flow, pressure, etc.).
  • the direction from which air can be drawn in can be axial, radial, diagonal, or tangential.
  • the impeller equipped with a blade assembly, can convey the air parallel to the drive axis (axially) from the suction side to the discharge side. This allows for high airflow with low pressure resistance.
  • the diagonal fan In a radial fan, air is drawn in parallel to the drive axis (axially) and expelled radially, perpendicular to the axis of rotation. This allows for a relatively high pressure in the airflow.
  • the diagonal fan has a compact design and is a hybrid between an axial and a radial fan, featuring conically shaped impeller blades. Air is drawn in axially and expelled diagonally to the axis of rotation. This allows for high volume flows even in confined installation spaces.
  • the drive unit can include a return mechanism and an actuator.
  • the drive unit can move the fan assembly along the axis of rotation towards the rotor, thus coupling the fan assembly to the rotor.
  • the return mechanism can decouple the fan assembly from the rotor using stored energy. This prevents losses, particularly inertial and pumping losses, when the power is off.
  • the distance between the fan assembly and the rotor part can be changed by means of the actuator device, and the fan can be moved axially along the axis of rotation.
  • the actuator assembly includes actuator elements. These actuator elements can be small in size and can be easily integrated into the braking device.
  • the actuator elements have at least one magnetizable element. This allows the fan device, for example a blower, to be actuated by means of magnetization in the rotor part.
  • the axially displaceable fan assembly can be used to engage the rotor part via the actuator elements.
  • the return mechanism can include an elastic element, in particular a spring element. The elastic element can form the return element.
  • the position of the fan assembly can be adjusted by the interaction of the elastic element, in particular a spring element, and the actuator.
  • the actuator allows the distance between the fan assembly and the rotor to be changed, and the fan to be moved axially along its axis of rotation.
  • the elastic element in particular a spring element, can act as a return spring.
  • the spring element can be a disc spring or a compression spring that, when the brake device is energized, can rotate with the rotor. This allows the fan assembly to be decoupled from the rotor and retracted to its initial position when the brake device is de-energized.
  • the return mechanism can have at least two magnetic return elements and/or two electromechanical and/or one piezoelectric return element. This can represent an alternative to elastic return elements such as spring elements.
  • the fan assembly can thus be decoupled from the rotor part and retracted to a starting position when the braking device is not energized. This allows for greater flexibility in the design of the fan assembly.
  • the return mechanism can include a braking device.
  • the braking device can be provided in addition to the return element. This allows the movement of the fan assembly away from the rotor to be dampened and the fan assembly to be slowed down. This helps prevent material wear.
  • the braking element can be fixed in place, thus safely braking the fan device and preventing unnecessary rotation of the impeller when de-energized.
  • the return mechanism in particular the elastic element, especially the spring element, can have a ball bearing unit.
  • an actuator-side end of the return device for example of the elastic element, can have a ball bearing, by means of which a better coupling of the elastic element to the actuator device can be achieved if the elastic element does not rotate with the holder.
  • the actuator elements of the actuator assembly can be magnetic and/or electromechanical and/or piezoelectric.
  • the actuator elements can be permanent magnets.
  • the actuator elements can be piezoelectric.
  • the actuator elements can also be electromagnets. All of the aforementioned actuator elements are compact and can therefore be easily integrated into the braking device.
  • the actuator assembly can have coupling elements that are designed for frictional and/or positive locking. This is advantageous because it allows coupling to the rotor part by means of a so-called driver.
  • the axially displaceable fan assembly can be drawn towards the rotor part via the actuator elements.
  • the fan assembly, in particular the impeller can then be coupled to the rotor part via the coupling elements and thus driven along by frictional and/or positive locking. This enables a reliable mechanical coupling with the rotating rotor component without requiring any additional energy.
  • the impeller rotates at the same speed as the rotor shaft, thereby generating a high airflow.
  • attractive forces can be established between the magnetized electrical steel core and the magnetic device in the actuator assembly. These forces can displace the fan assembly along its axis of rotation, particularly towards the rotor.
  • the magnetic flux density resulting from the induction can be utilized in this process. Due to the rotation of the rotor, an eddy current can be generated, which can produce a second magnetic field oriented opposite to the primary magnetic field and generate a braking torque.
  • the excitation device can comprise a substantially ring-shaped excitation base with a plurality of excitation pole elements, in particular each of which includes an electrical excitation coil. This allows the primary magnetic field to be generated.
  • the excitation base can enclose the rotor part with an air gap.
  • the excitation pole elements can be oriented radially to the rotor part.
  • Each excitation pole element can include an electrical excitation coil.
  • the eddy current brake can advantageously be implemented in the form of an asynchronous machine with 100% slip and constant current.
  • the excitation body can comprise an electrical steel lamination stack with individual laminations stacked in the axial direction, or it can be designed as an electrical steel lamination stack with individual laminations stacked in the axial direction.
  • the eddy current brake can advantageously be implemented in the form of an asynchronous machine with 100% slip and constant current.
  • the individual sheets can be spaced apart so that the airflow generated in the fan device can pass through and dissipate heat.
  • the induction unit can comprise a base body with a plurality of pole elements oriented radially towards the rotor part and a magnetically and/or electrically conductive element that at least partially surrounds the pole elements. In this way, an eddy current brake with radial magnetic flux guidance can advantageously be implemented.
  • the induction device can therefore have a unique material structure that allows for a high power density of the braking device and good airflow.
  • the base body can comprise the second electrical steel sheet stack with electrical steel sheets stacked in the axial direction, or it can be designed as an electrical steel sheet stack with electrical steel sheets stacked in the axial direction. Electrical steel sheets are relatively easy to manufacture. This advantageously reduces a disruptive skin effect.
  • the actuator elements can have at least one magnetizable element and a recess or cavity circumferentially surrounding the shaft in the second electrical steel lamination stack of the rotor part.
  • the actuator element arranged on the fan assembly's mounting, can be received in the recess.
  • one of the actuator elements can interact with the recess, in particular having a geometric shape such that it can preferably be completely received in the recess. This allows for a favorable magnetic actuator action.
  • the magnetizable element can be drawn into the circumferential recess.
  • the recess in the second electrical steel lamination stack and the magnetizable element can be rectangular or at least partially shaped with an inclined base or conically, as seen in a longitudinal section in the axial direction. This allows for a favorable magnetic actuator effect.
  • the recess can have a geometric shape designed to generate a partial magnetic field of the primary magnetic field outside the electrical steel core.
  • the recess can be smaller in the radial direction than the actuator element arranged opposite it.
  • the magnetic field lines of the primary magnetic field can advantageously be displaced from the electrically conductive element and deflected, and are then present outside the electrical steel core. This allows the actuator element of the magnetic device to be dimensioned smaller.
  • the recess can, for example, be filled with a diamagnetic material.
  • the electrically conductive element can comprise electrically conductive individual sheets which enclose the pole elements and are arranged in a radial direction essentially concentric to each other.
  • the spacing between the individual electrical steel sheets in the radial direction allows for favorable airflow with an airflow generated by the fan device, especially in the axial direction.
  • the electrically conductive individual laminations can be arranged in a ring shape. This allows for a simple construction. The radial spacing between the individual electrical laminations allows for efficient airflow.
  • the electrically conductive individual sheets can be designed as sheet metal strips, wherein adjacent sheet metal strips, in particular at end faces, are electrically connected to each other, in particular soldered or welded.
  • the electrically conductive element can comprise at least one electrically conductive sheet metal strip, which has a plurality of through-holes for the plurality of pole elements, wherein the electrically conductive sheet metal strip is spirally wound around the axis of rotation with several turns onto the plurality of pole elements.
  • the radial spacing between the individual electrical steel sheets allows for efficient airflow and good heat dissipation.
  • multiple layers of sheet metal can be arranged radially above one another.
  • the radial spacing between the individual electrical steel sheets allows for efficient airflow. This facilitates good heat transfer, thus advantageously reducing thermal stress during operation of the braking device.
  • the electrically conductive element can have an electrically conductive foam which surrounds the majority of pole elements.
  • an electrically conductive foam is understood to be a porous structure permeated by a multitude of pores. Within the structure, pores form hollow bodies and/or cavities that are separated from one another by webs, in particular rigid webs.
  • the porous structure is in particular a two-phase system, which is formed from a solid and a gaseous phase and/or a solid and a liquid phase.
  • the metallic electrically conductive material of the porous structure has, in particular, an electrical conductivity of at least 20-106 S/m (based on room temperature) and is, for example, a metal.
  • the porous structure is possible in just a few steps. Properties of the porous structure, such as the size of the pores or the width of the webs, can be easily adapted to the requirements of a specific application. Furthermore, assembly steps can be reduced. For example, after completion of the stator lamination stack and/or the rotor lamination stack, it can be directly encased in metal foam without the need for prefabrication of the metal foam.
  • the porous structure exhibits particularly good mechanical properties, such as high specific strength and high specific stiffness. This allows for a smaller and lighter design of the braking device according to the invention.
  • the porous structure can be an aluminum foam, a copper foam, or a magnesium foam, or it can comprise an aluminum foam, a copper foam, or a magnesium foam.
  • the porous structure can be advantageously open-porous.
  • Open-porous means that the pores and/or cavities of the porous structure are connected to each other and to the environment.
  • the cavity volume of the porous structure is formed by the sum of the pores and/or cavities that are connected to each other and to the environment.
  • the axial side surfaces of the pole elements can run at an angle to the axial direction. This reduces the cogging torque.
  • the electrical excitation coils can be configured for electrical coupling with an electrical control unit. This allows the braking effect of the eddy current brake to be appropriately controlled and/or regulated.
  • the number of pole elements radially oriented towards the stator section and the number of excitation pole elements radially oriented towards the rotor section can differ by a maximum of 50%. This allows for a particularly favorable braking effect.
  • the electrically conductive element can be permeable to the airflow generated by the impeller.
  • a use of a braking device comprising an eddy current braking device is proposed, wherein the braking device can be installed in a road vehicle, in particular a motor vehicle or truck, or a rail vehicle.
  • a vehicle which includes a braking device, in particular an eddy current braking device.
  • the vehicle can be a road vehicle or a rail vehicle.
  • the brake system with radial flow guidance advantageously enables an improved power density of the brake system. This allows for optimized installation space and axial coolant flow.
  • a vehicle test bench which includes a braking device, in particular an eddy current braking device. This enables a test bench with high power density, which preferably provides only a braking torque.
  • the brake system with radial flow guidance advantageously enables an improved power density of the brake system. This allows for optimized installation space and axial coolant flow.
  • Fig. 1 shows a schematic sectional view of the operating principle as a section of an air-cooled brake device with radial flow guidance according to a first embodiment in an unenergized state
  • Fig. 2 is a schematic cross-sectional representation of a segment of the brake device of Figure 2;
  • Fig. 3 shows a schematic sectional view as a detail of the operating principle of an air-cooled brake device from Figure 2 in the energized state;
  • Fig. 4 shows a schematic sectional view as a section of a stator part and an air-flowed rotor part of a braking device
  • Fig. 5 shows a schematic sectional view of the operating principle of an air-cooled brake device as a detail according to a second embodiment in the energized state
  • Fig. 6 shows a schematic sectional view of the operating principle of an air-cooled brake device as a detail according to a third embodiment in the energized state
  • Fig. 7 shows a schematic sectional view of the operating principle of an air-cooled brake device as a detail according to a fourth embodiment in the energized state
  • Fig. 8 shows a schematic sectional view of the operating principle of an air-cooled brake device as a detail according to a fifth embodiment in the energized state
  • Fig. 9 is an isometric representation of an air-cooled brake device according to a sixth embodiment of the invention with a section line A-A in the unenergized state;
  • Fig. 10 shows detail B of the isometric view of Fig. 9;
  • Fig. 11 shows a longitudinal section through the brake device along the section line A-A according to Figure 9;
  • Fig. 12 shows detail C of the longitudinal section of Fig. 11;
  • Fig. 13 is an isometric representation of an air-cooled brake device according to a seventh embodiment of the invention with a section line AA in the unenergized state;
  • Fig. 14 shows detail B of the isometric view of Fig. 13;
  • Fig. 15 shows a longitudinal section through the braking device along the section line A-A according to Figure 13;
  • Fig. 16 shows detail C of the longitudinal section of Fig. 15;
  • Fig. 17 shows a schematic sectional view of the operating principle of an air-cooled brake device as a detail according to an eighth embodiment in the energized state
  • Fig. 18 is an isometric representation of an air-cooled brake device according to a ninth embodiment of the invention with a section line A-A in the unenergized state;
  • Fig. 19 shows detail B of the isometric view of Fig. 18;
  • Fig. 22 shows a schematic sectional view of the operating principle of an air-cooled brake device as a detail according to a tenth embodiment in the energized state
  • Fig. 23 shows a schematic sectional view of the air-cooled brake device according to the first embodiment with a radial fan as a section in the energized state.
  • Figures 1 to 8, as well as Figures 17, 22 and 23, show purely schematic representations of exemplary embodiments of the brake device 100.
  • a realistic arrangement of the brake device 100 is shown in the exemplary embodiments of the brake device 100 in Figures 9 to 12 and in Figures 13 to 16 and 18 to 21.
  • FIG. 1 shows a simplified schematic sectional view of an air-cooled braking device 100 in the form of an eddy current braking device with radial flux guidance.
  • a stator part 10 and a rotor part 16 of the braking device 100 is shown.
  • the stator part 10 is arranged concentrically around a central axis, which is designed as a rotation axis 12.
  • a shaft 14 is arranged on the rotation axis 12 and is radially surrounded by the rotor part 16.
  • the stator part 10 has an excitation device 18 with at least one excitation pole element 20 (not shown), which is formed in an electrical steel lamination stack 22.
  • the electrical steel lamination stack 22 forms an excitation base body 23.
  • excitation pole elements 20 and several electrical steel lamination stacks 22 are provided.
  • the excitation device 18 is arranged concentrically and radially around the shaft 14.
  • the excitation device 18 has at least one excitation coil 24.
  • several excitation coils 24 are provided, which are arranged concentrically around the shaft 14. Different shapes for the stator part 10 are possible.
  • a radial direction originating from the axis of rotation 12 is indicated by an arrow 17.
  • the rotor part 16 has an induction device 26 with a magnetically conductive and electrically conductive element 28 and a second electrical steel lamination stack 30.
  • the second electrical steel lamination stack 30 forms a base body 35, which has at least one pole element 36.
  • the brake device 100 is depicted as an internal rotor, in which the rotor part 16 is arranged radially inside the stator part 10. If the brake device 100 is designed as an external rotor, the stator-rotor arrangement can be reversed, and the rotor part 16 is arranged outside the stator part 10. Accordingly, all arrangements, geometries, and orientations are also possible in reverse, e.g., radially outward-facing pole elements.
  • Figure 1 shows the brake device 100 in its de-energized state.
  • the excitation coil 24 of the stator section 10 is connected to a control unit 34 and regulates and/or controls a primary magnetic field 68 to be generated, with field lines 66 (shown in Figures 2 and 3).
  • the rotor section 16, with the induction unit 26, which includes the second electrical steel stack 30, is spaced apart from the stator section 10, with the excitation unit 18, which includes the excitation coil 24, by an air gap 40.
  • the shaft 14 is arranged on the axis of rotation 12. The shaft 14 is connected to the rotor section 16.
  • a fan assembly 42 is arranged on shaft 14, comprising an impeller 46 mounted on a bracket 44 and a drive unit 48.
  • the drive unit 48 and the impeller 46 are rotatably and slidably mounted on the shaft 14 by means of a bearing 90, in particular a linear bearing, for example with a freewheel, via the bracket 44.
  • the design of the fan assembly 42 can vary. In the de-energized state, the fan assembly 42 is spaced apart from the rotor part 16 and is not coupled to the rotor part 16.
  • the fan assembly 42 can be, for example, a radial fan, an axial fan, or a diagonal fan.
  • the design of the fan assembly 42 can influence both the direction from which the air is drawn in and discharged, as well as the design-related performance characteristics (e.g., volume flow, pressure, etc.).
  • the direction from which the air can be drawn in can be axial, radial, diagonal, or tangential.
  • the impeller 46 equipped with a blade assembly 47, can convey the air parallel to a drive axis (axially) from the suction side to the discharge side. This allows high airflows to be conveyed at low pressure resistances.
  • the radial fan shown in the embodiment in Figure 23 the air can be drawn in parallel to the drive axis (axially) and discharged radially, perpendicular to the axis of rotation.
  • the diagonal fan has a compact design and is a hybrid between an axial and a radial fan with conically shaped blades 47 in the impeller 46. Air can be drawn in axially and discharged diagonally to a rotational axis of the fan assembly 42. This allows high volume flows to be achieved even in confined installation spaces.
  • the drive unit 48 comprises an actuator unit 50 and a return unit 52, which in the embodiment shown in Figure 1 is designed as an elastic element 54, which can be configured in particular as a spring element, especially as a circumferential disc spring.
  • the return unit 52 is configured to keep the fan unit 42 and the rotor part 16 spaced apart from each other in the de-energized state.
  • the brake element 56 can, for example, have two friction elements, one of which is arranged on the stator-fixed part 55 and one of which is connected to the fan assembly 42.
  • an airflow 58 is generated even in the unenergized state, which can flow through the braking device 100 and dissipate the heat generated by the induction device 26.
  • the actuator assembly 50 comprises actuator elements 62 and 82, which serve to linearly move the fan assembly 42 along the axis of rotation 12.
  • the actuator elements 62 and 82 can advantageously be magnetizable, for example, as permanent magnets.
  • the actuator assembly 50 moves the support 44 with the impeller 46 towards the rotor part 16, as the electrical steel core is magnetized.
  • the actuator element 62 designed as a magnetizable element 63
  • the actuator element 62 can be received in the actuator element 82, designed as a circumferential recess 83, such that the fan assembly 42 can then be coupled to the rotor part 16 by means of the coupling elements 60.
  • the coupling elements 60 function as drivers for the fan assembly 42.
  • the actuator element 62 which engages in the recess 83, can also be designed to be circumferential. This allows the impeller 46 of the fan assembly 42 to receive the rotary motion of the rotor part 16 and the shaft 14 and, for example, to rotate at the speed of the shaft 14.
  • the coupling elements 60 can consist of an element arranged on the holder 44 and an element arranged on the rotor part 16, which can engage each other when the holder 44 is sufficiently close to the rotor part 16.
  • the coupling can be friction-fit or positive-fit, depending on the design of the coupling elements 60.
  • the impeller 46 can optionally be connected to the bracket 44 via a gearbox, allowing the impeller 46 to be operated at a speed different from the speed of the shaft 14.
  • a planetary gearbox can be advantageously used as the gearbox.
  • the actuator elements 62, 82 can be designed as magnetic, piezoelectric, or electromechanical elements.
  • the actuator element 62 can be a permanent magnet. Permanent magnets are small, and depending on their size and material, the necessary forces can be adjusted to attract the fan assembly 42 and the rotor part 16 to each other when energized.
  • the air gap 40 is formed between the stator part 10 and the rotor part 16.
  • Figure 2 shows a schematic sectional view of a segment-like section of the eddy current braking device 100 from Figure 1, in a sectional view in a plane spanned perpendicular to the axis of rotation 12.
  • the stator part 10 has the excitation pole elements 20, along which field lines 66 of the primary magnetic field 68 run.
  • the primary magnetic field 68 extends in both the stator part 10 and the rotor part 16.
  • the magnetic field 68 runs in the excitation pole elements 20 and the pole elements 36 of the base body 35 of the second laminated core 30.
  • An excitation current 70 shows the current flow in the excitation coils 24 and the pole elements 20.
  • the shaft 14 is drawn on the axis of rotation 12 at the tip of the segment and runs perpendicular to the drawing surface.
  • a secondary magnetic field 74 is induced perpendicular to the primary magnetic field 68 in the rotor part 16.
  • the magnetic flux B of the primary magnetic field 68 is generated by the electrical excitation.
  • an eddy current 72 is generated, which can produce the second magnetic field 74.
  • This secondary magnetic field 74 opposes the primary magnetic field 68 and provides a braking torque 76.
  • FIG 3 shows a schematic sectional view of the brake device 100 in the energized state.
  • the fan assembly 42 of the brake device 100 is coupled to the rotor part 16 such that the rotary motion of the shaft 14 is transmitted to the impeller 46, allowing the impeller 46 to rotate.
  • This generates an airflow 78 that is significantly stronger than the airflow 58 when the brake device 100 is not energized.
  • the heat generated by eddy currents Iwirbei can be dissipated from the rotor part 16 by means of the airflow 78.
  • the elastic element 54, in particular a spring element, of the return mechanism 52 is tensioned, and the brake element 56 is spaced apart from the actuator element 62.
  • the coupling elements 60 are coupled, and the actuator element 62 is received in the circumferential recess 83 of the electrical steel stack 30. This couples the fan assembly 42 with the rotor part 16.
  • the bracket 44 with impeller 46 can be retracted by means of the elastic element 54, in particular a spring element, of the return device 52, since no magnetic force is exerted on the actuator element 62 anymore.
  • the coupling elements 60 disengage.
  • the brake element 56 which can be fixedly arranged on the stator-mounted part 55, can, in conjunction with the actuator element 62, reliably brake the fan assembly 42 and prevent unnecessary rotation of the fan assembly 42 when de-energized.
  • a flow-guiding element 80 ensures an optimized airflow 58 to the impeller 46 of the fan assembly 42, in order to generate a favorable cooling airflow 78 through the rotor part 16.
  • the flow-guiding element 80 can advantageously be designed such that the airflow 58 is directed from the outside directly onto the impeller 46, thus achieving the most favorable airflow 78 possible, which flows essentially onto or through the rotor part 16.
  • a magnetic flux density B is generated, by means of which the actuator element 62 and the actuator element 82 can move the fan assembly 42, mounted on the shaft 14, towards the rotor part 16 and attract it to the rotor part 16.
  • the electrically conductive element 28 with the actuator element 82 designed as a recess 83 can attract the actuator element 62. This can be received into the recess 83.
  • the coupling elements 60 can engage and couple the fan assembly 42 to the rotor part 16.
  • the actuator element 62 can be designed as a magnetizable element 63, in particular as a permanent magnet.
  • the elastic element 54 in particular a spring element, of the return device 52 is tensioned and thus stores potential energy, which, when the excitation is switched off, allows the fan assembly 42 to be moved back into the position spaced apart from the rotor part 16.
  • the braking element 56 which may, for example, comprise two friction elements acting together for braking, brakes the impeller 46 of the fan assembly 42 when the braking device 100 is de-energized, so that the impeller 46 no longer rotates, thus preventing pumping losses and inertial losses. This makes it possible to use a generously dimensioned fan assembly 42.
  • the impeller 46 of the fan assembly 42 coupled to the brake assembly 100 when energized, rotates at the speed of the shaft 14 and can generate a high volume flow of the airflow 78.
  • the airflow 78 enables a high heat transfer coefficient within the electrically conductive element 28 and the electrical steel stack 30. This allows an increased amount of heat to be dissipated.
  • Figure 4 shows a schematic sectional view of a stator part 10 and an air-flowing rotor part 16 of a brake device 100.
  • the stator part 10 comprises the excitation device 18 with the excitation base body 23 and the excitation coil 10 arranged around the excitation pole elements 20 (not shown). Individual laminations of the electrical steel core 22 of the excitation base body 23 are shown schematically.
  • the rotor part 16 comprises the induction unit 26 with the base body 35 and the magnetically conductive and/or electrically conductive element 28.
  • the magnetically conductive element 28 and/or electrically conductive element 28 form a material structure of the induction unit 26 that enables a high power density of the braking device 100.
  • the base body 35 is represented as a second electrical steel stack 30 with individual laminations.
  • the electrically conductive element 28 is formed from individual laminations 32.
  • FIG. 5 shows a schematic sectional view of another embodiment of the braking device 100 in the energized state.
  • the actuator element 62 as a magnetizable element 64, has a conical shape, at least partially, in longitudinal section in the axial direction 12.
  • the circumferential recess 84 in the electrical steel stack 30 also has a conical shape, at least partially, in longitudinal section.
  • the two embodiments of the brake device 100 are otherwise identical.
  • Figure 6 shows a schematic sectional view of another embodiment of the braking device 100 in the energized state.
  • the fan assembly 42 is coupled to the rotor part 16.
  • the return mechanism 50 has two return elements 88, each exerting a force on one another.
  • the return mechanism 52 has the braking element 56, as in the previous embodiments.
  • the actuator assembly 50 has a modified actuator element 62 and a modified recess 85. When the excitation coil 24 is energized, the recess 85 generates a modified flux density profile 96 in the electrically conductive element 28 and in the second electrical steel stack 30.
  • the recess 85 has a smaller geometric extent in the radial direction 17 than in the previously described embodiments, which allows the field lines B to be deflected and a magnetic field to be partially displaced from the second electrical steel stack 30.
  • the actuator element 62 as a magnetizable element 65, cannot be accommodated in the recess 85 and borders the electrical steel stack 30.
  • FIG. 7 shows a further modified embodiment of the brake device 100.
  • the reset device 52 has two reset elements 98, which are designed as magnets, in particular as permanent magnets.
  • the minimum remanent flux density of permanent magnets depends on the design and the resulting required force.
  • a magnet such as a hard ferrite without rare earth elements can be used.
  • a neodymium-iron-boron magnet can also be advantageously used.
  • Figure 8 shows in schematic representation another embodiment of a brake device 100 with a modified bearing of the return device 52, in particular of the elastic element 54, in particular spring element, on the actuator device 50.
  • the elastic element 54 has a ball bearing unit 99 by means of which the elastic element 54 is coupled to the actuator assembly 50 and/or the holder 44. This allows for favorable coupling of the elastic element 54 to the actuator assembly 50 when the elastic element 54 does not rotate with the holder 44.
  • Figure 9 shows an isometric view of an air-cooled brake device 100 in the form of an eddy current brake device with radial flow guidance according to a further embodiment of the invention in the de-energized state.
  • Figure 10 shows detail B of the isometric view of Figure 9.
  • Figure 11 shows a longitudinal section through the brake device 100 along section line A-A according to Figure 9, while Figure 12 shows detail C of the longitudinal section from Figure 11.
  • the brake device 100 comprises the stator part 10, which is arranged concentrically around the central axis, designed as the axis of rotation 12.
  • the shaft 14 is arranged on the axis of rotation 12 and is radially surrounded by the rotor part 16.
  • the stator part 10 includes the excitation device 18 with a plurality of excitation pole elements 20, which are formed in an electrical lamination stack 22 (not shown as individual laminations).
  • the electrical lamination stack 22 forms the excitation base body 23. Preferably, several electrical steel lamination stacks 22 are provided.
  • the excitation device 18 is arranged concentrically and radially around the shaft 14.
  • the excitation device 18 has excitation coils 24 arranged around the excitation pole elements 20.
  • the excitation coils 24 are arranged concentrically around the shaft 14. Different shapes are possible for the stator part 10.
  • a radial direction originating from the axis of rotation 12 is indicated by an arrow 17.
  • the rotor part 16 has an induction unit 26 with an electrically conductive element 28 and a second electrical steel stack 30.
  • the second electrical steel stack 30 forms a base body 35, which has a plurality of pole elements 36.
  • the electrically conductive element 28 can, for example, consist of several axially extending individual laminations 32.
  • the individual laminations 32 are, for example, made of aluminum or copper, or have aluminum or copper components.
  • the shape of the rotor part 16 can also vary.
  • the brake device 100 has a fan assembly 42 with an impeller 46 arranged on the shaft 14, which can be coupled to the rotor part 16 if required and can rotate with the rotor part 16.
  • an airflow 78 can be generated through the rotor part 16 by means of blades 47 arranged on the impeller 46, which can effectively cool the rotor part 16.
  • the fan assembly 42 with the impeller 46 arranged on the bracket 44 and the drive assembly 48 is arranged on the shaft 14.
  • the drive unit 48 and the impeller 46 are rotatably and slidably mounted on the shaft 14 by means of a bearing 90, in particular a linear bearing in the form of a needle bearing without an inner ring, and a ball bearing 99.
  • a connecting element 91 connects the elastic element 54 of the return device 52, in the form of a diaphragm spring, to the ball bearing 99. This prevents the elastic element 54 from rotating with the actuator unit 50.
  • the needle bearing 90 ensures free movement by allowing axial displacement on the shaft 14.
  • the impeller 46 of the fan assembly 42 is designed as an axial fan with blades 47 pointing outwards in the radial direction 17 and tilted in the axial direction 12.
  • the fan assembly 42 In the de-energized state of the brake device 100, the fan assembly 42 is arranged at a distance from the rotor part 16 and is not coupled to the rotor part 16.
  • the elastic element 54 is not deflected.
  • the fan device 42 is shown in the unenergized state of the brake device 100 and is therefore not coupled to the rotor part 16.
  • the elastic element 54 of the return device 52 in the form of a diaphragm spring, is deformed and/or deflected.
  • the elastic element 54 is supported on a circumferential outer edge of a stator-fixed part 55.
  • the return mechanism 52 is designed to keep the fan assembly 42 and the rotor part 16 spaced apart from each other when de-energized.
  • the actuator assembly 50 and the return mechanism 52 which includes the elastic element 54, the fan assembly 42 is rotatably and slidably mounted on the shaft 14.
  • the actuator assembly 50 comprises actuator elements 62 and 82, which serve to linearly move the fan assembly 42 along the axis of rotation 12.
  • the actuator elements 62 and 82 can advantageously be magnetizable, for example, as permanent magnets.
  • the actuator assembly 50 moves the support 44 with the impeller 46 towards the rotor part 16, as the electrical steel core is magnetized.
  • the actuator element 62 designed as a magnetizable element 64
  • the actuator element 62 can be received in the actuator element 82, designed as a circumferential recess 84, such that the fan assembly 42 can then be coupled to the rotor part 16 by means of the coupling elements 60 (not shown).
  • the actuator element 62 which engages in the recess 83, can be designed to be circumferential. This allows the impeller 46 of the fan assembly 42 to receive the rotary motion of the rotor part 16 and the shaft 14 and, for example, to rotate at the speed of the shaft 14.
  • the actuator element 62 as a magnetizable element 64, has a conical shape, at least in some areas, in longitudinal section in the axial direction 12.
  • the circumferential recess 84 in the electrical steel stack 30 also has a conical shape, at least in some areas, in longitudinal section.
  • the actuator elements 62, 82 can be designed as magnetic, piezoelectric, or electromechanical elements.
  • the actuator element 62 can be a permanent magnet. Permanent magnets have a small form, and depending on their size and material, the necessary forces can be adjusted to attract the fan assembly 42 and the rotor part 16 to each other when current is applied.
  • the support 44 is mounted relative to the elastic element 54 by means of a ball bearing unit 99, which is connected to the elastic element 54 via the connecting element 91.
  • the holder 44 with wheel 46 can be retracted by means of the elastic element 54 of the return device 52, which, as shown in the embodiment in Figures 9 to 12, can be designed, for example, as a diaphragm spring, since no magnetic force is exerted on the actuator element 62.
  • the stator-fixed part 55 has an end stop 57 which limits axial displacement of the fan assembly 42 in the direction of the rotor part 16 when the brake device 100 is energized.
  • the elastic element 54 arranged on the connecting element 91 can serve this purpose; it is supported on the end stop 57 and thus limits the axial travel of the fan assembly 42 even when the elastic element 54 is deformed.
  • Figure 13 shows an isometric view of a braking device 100 according to a further embodiment of the invention in a de-energized state.
  • Figure 14 shows detail B of the isometric view of Figure 13.
  • Figure 15 shows a longitudinal section through the brake device 100 along the section line AA according to Figure 13, while Figure 16 shows a detail C of the longitudinal section of Figure 15.
  • the actuator element 62 When the brake device 100 is energized, the actuator element 62, designed as a magnetizable element 64, is attracted to the rotor part 16, and the actuator element 62 can be received in the actuator element 82, designed as a circumferential recess 84, in such a way that the fan device 42 can then be coupled to the rotor part 16 by means of the coupling elements 60.
  • the coupling elements 60 function as drivers for the fan assembly 42.
  • the actuator element 62 which engages in the recess 83, can be designed to be circumferential. This allows the impeller 46 of the fan assembly 42 to receive the rotary motion of the rotor part 16 and the shaft 14 and, for example, to rotate at the speed of the shaft 14.
  • the coupling elements 60 can consist of a friction element arranged on the holder 44 and a friction element arranged on the rotor part 16, which can interact and/or interlock when the holder 44 is sufficiently close to the rotor part 16.
  • the coupling can be force-fit and/or form-fit, depending on the design of the coupling elements 60. If the current supply to the brake device 100 is interrupted, the bracket 44 with wheel 46 can be retracted by means of the elastic element 54 of the return device 52, which, as shown, can be designed as a diaphragm spring, since no magnetic force is exerted on the actuator element 62 anymore. The coupling elements 60 disengage.
  • the braking element 56 which may, for example, have two friction elements and may be arranged in a fixed position supported on a stator-fixed part 55 together with the elastic element 54 of the return device 52, can, in conjunction with the actuator element 62, safely brake the fan device 42 and prevent unnecessary rotation of the fan device 42 in the unenergized state.
  • Figure 17 shows a schematic representation of another embodiment of a brake device 100 with a modified bearing of the actuator device 50 in the energized state.
  • the linear bearing 90 of the previously described embodiments is omitted, and only a ball bearing unit 99 is used, which is connected to the elastic element 54 designed as a diaphragm spring.
  • the elastic element 54 is in turn supported on the stator-fixed part 55.
  • the ball bearing unit 99 is, on the other hand, connected to the bracket 44 of the actuator assembly 50. In this way, the fan assembly 42 is guided linearly in the direction of the axis of rotation 12 by the elastic element 54.
  • the elastic element 54 can, as shown, have several membrane springs which are arranged in parallel to provide the necessary restoring force.
  • the several parallel diaphragm springs can be arranged so that they encompass, in particular clamp, the ball bearing unit 99 on one side, so that one part of the ball bearing unit 99 is firmly connected to the elastic element 54.
  • the other features of the brake device 100 correspond to the features of the embodiment shown in Figure 8.
  • the drive unit 48 also has a brake element 56 and clutch elements 60.
  • Figure 19 shows detail B of the isometric view of Figure 18.
  • Figure 20 shows a longitudinal section through the brake device 100 along section line A-A according to Figure 18, while Figure 21 shows detail C of the longitudinal section of Figure 20.
  • the actuator assembly 50 is mounted via the ball bearing unit 99 and the connecting element 91, which is connected to the elastic element 54 designed as a diaphragm spring.
  • the elastic element 54 is supported against the end stop 57 of the stator-fixed part 55.
  • the actuator assembly 50 is also mounted on the stator-fixed part 55 via the ball bearing unit 99 and the elastic element 54. In this way, the axial displacement of the actuator device 50 along the axis of rotation 12 is also limited, or the restoring force is exerted to move the drive device 48 back to its initial position when the current to the brake device 100 is removed.
  • the drive unit 48 can be coupled to the rotor part 16 via the coupling elements 60, which are designed as friction elements, when energized.
  • the actuator unit 50 can be braked via the brake element 56, which is also designed as a friction element, so that the impeller 46 no longer rotates.
  • Figure 22 shows a schematic representation of another embodiment of a brake device 100 with a different type of mounting of the actuator device 50 in the energized state.
  • the actuator assembly 50 is mounted on the stator-fixed part 55, not on the shaft 14, via a bearing 90 designed as a linear bearing.
  • the bracket 44 further includes a ball bearing unit 99 for supporting the elastic element 54 of the return device 52.
  • the elastic element 54 can, for example, be designed as a diaphragm spring or as a coil spring.
  • the actuator assembly 50 further comprises the coupling elements 60 for coupling the actuator assembly 50 to the rotor part 16 when the brake device 100 is energized.
  • the reset device 52 has the brake element 56 for braking the actuator assembly 50 when the energization of the brake device 100 is interrupted.
  • Figure 23 shows a schematic representation of another embodiment of the brake device 100 with a fan assembly 112 designed as a radial fan. An airflow 114 is generated by the impeller 46, whose blades 47 are aligned in the axial direction parallel to the axis of rotation 12, and flows through the rotor part 16.
  • the embodiment corresponds in its other features, in particular the drive unit 48, to the embodiment shown in Figure 1.
  • the braking device 100 can be advantageously used for vehicles or stator-mounted machines, for example, exercise bikes or engine or machine test benches.
  • the braking device 100 can be conveniently installed in a vehicle, which can be a motor vehicle or a rail vehicle.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung (100), die wenigstens umfasst einen Statorteil (10), einen relativ zu dem Statorteil (10) um eine Drehachse (12) drehbar angeordneten Rotorteil (16), mit einer in der Drehachse (12) angeordneten Welle (14). Der Rotorteil (16) und der Statorteil (10) sind konzentrisch zueinander mit einem Luftspalt (40) zueinander beabstandet angeordnet. Der Statorteil (10) umfasst eine Erregereinrichtung (18), welche zur Erzeugung eines in radialer Richtung (17) gerichteten primären Magnetfelds (68) ausgebildet ist. Der Rotorteil (16) umfasst eine Induktionseinrichtung (26), welche zum Induzieren von Wirbelströmen durch das Magnetfeld (68) ausgebildet ist, wobei die Induktionseinrichtung (26) zur Erzeugung eines in radialer Richtung (17) dem primären Magnetfeld (68) infolge einer Rotation des Rotorteils (16) um die Drehachse (12) wenigstens bereichsweise entgegen gerichteten sekundären Magnetfelds (74) ausgebildet ist. Eine Ventilatoreinrichtung (42, 112) zur Erzeugung einer Luftströmung (78, 114) ist um die Drehachse (12) drehbar und entlang der Drehachse (12) verschiebbar angeordnet, wobei die Luftströmung (78, 114) zumindest durch das Rotorteil (16) geführt ist. Weiter betrifft die Erfindung eine Verwendung einer solchen Bremsvorrichtung (100), ein Fahrzeug mit einer Bremsvorrichtung (100) und einen Fahrzeugprüfstand mit einer solchen Bremsvorrichtung (100) zum Bereitstellen eines Bremsmoments (76).

Description

Beschreibung
Titel
Bremsvorrichtung, Verwendung einer Bremsvorrichtung, Fahrzeug mit einer Bremsvorrichtung und Fahrzeugprüfstand
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung, insbesondere eine Wirbelstrombremsvorrichtung, eine Verwendung der Bremsvorrichtung, ein Fahrzeug mit der Bremsvorrichtung sowie einen Fahrzeugprüfstand mit der Bremsvorrichtung.
Eine Bremsvorrichtung ist in einem Fahrzeug, beispielsweise Kraftfahrzeug, Lastkraftwagen oder Schienenfahrzeug eingebaut und dient der Verringerung beziehungsweise der Begrenzung einer Geschwindigkeit des Fahrzeuges. Ist die Bremsvorrichtung in einer Maschine eingebaut, dient diese der Verringerung bzw. Begrenzung der Geschwindigkeit von bewegten Maschinenteilen.
Bremsvorrichtungen werden entsprechend ihrer Funktionsweise in mechanische Bremsen, die darauf beruhen, eine Bewegung durch Reibung zwischen einem festen und dem bewegten Körper, typischerweise einer Scheibe abzubauen, elektrische Bremsen und magnetische Bremsen eingeteilt. Typische elektrische Bremsvorrichtungen sind elektrodynamische Bremsvorrichtungen, insbesondere Wirbelstrombremsen, elektromotorische Bremsen und Widerstandsbremsen. Bei der elektromotorischen Bremse wird ein Antriebsmotor beim Abbremsen als Generator verwendet und die erzeugte elektrische Energie wird typischerweise wieder in ein Stromnetz des Fahrzeugs eingespeist. Bei der Wirbelstrombremsvorrichtung wird der Wirbelstrom-Effekt eingesetzt, bei dem ein elektrisch leitfähiges Material, typischerweise eine Metallscheibe, durch ein Magnetfeld bewegt wird, wodurch in dem Material Wirbelströme induziert werden, die wiederum ein Magnetfeld erzeugen, welches dem erzeugenden Drehmoment entgegenwirkt und dadurch die Scheibe abbremst.
Die Stärke der Bremswirkung ist von mehreren Parametern abhängig, beispielsweise von einer Leitfähigkeit der Bremsscheibe, wobei die induzierten Ströme direkt proportional zur elektrischen Leitfähigkeit des verwendeten Materials sind.
Eine Kupferscheibe wird daher stärker abgebremst als eine baugleiche Stahlscheibe. Des Weiteren hängt die Stärke der Bremswirkung von der Richtung des Magnetfeldes ab, wobei die größte Bremswirkung erzielt wird, wenn das Magnetfeld die bewegliche Scheibe senkrecht durchsetzt, von dem Luftspalt, wobei je größer der Luftspalt ist, desto kleiner ist die maximale Bremswirkung, von der Form der Scheibe, wobei die Scheiben mit umfänglich kammförmiger Struktur oder Rissen eine verringerte Bremswirkung aufweisen, da sich die ringförmigen Wirbelströme nicht mehr großräumig ausbilden können, von der Fläche unter dem Erregerpol, wobei je kleiner die Fläche unter dem Pol ist, desto geringer ist die Bremswirkung, von der Geschwindigkeit, wobei die Bremswirkung stark von der Relativgeschwindigkeit zwischen Feld und Scheibe abhängig ist, und von dem Spulenstrom, wobei je höher der durch den Magneten fließende Strom ist, desto stärker wird das Magnetfeld und damit die Bremskraft.
In der DE 102016108646 B4 wird eine elektrodynamische Bremse beschrieben, in der eine Induktionseinrichtung verwendet wird, welche sich sowohl durch eine hohe Permeabilität als auch durch eine hohe elektrische Leitfähigkeit auszeichnet. Hierbei liegen die beiden Eigenschaften aufgrund der Ausgestaltung der Induktionseinrichtung räumlich getrennt voneinander vor. Die Induktionseinrichtung umfasst eine Struktur aus mehreren, sich zumindest im Wesentlichen parallel zueinander erstreckenden Lochblechen mit fluchtenden Löchern, durch welche sich Stifte, insbesondere aus Metall erstrecken
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Bremsvorrichtung bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verwendung für die verbesserte Bremsvorrichtung anzugeben.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fahrzeug mit einer verbesserten Brem svorrichtung b ereitzustell en .
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Fahrzeugprüfstand mit einer verbesserten Bremsvorrichtung bereitzustellen.
Die Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Es wird eine Bremsvorrichtung vorgeschlagen, insbesondere Wirbelstrombremsvorrichtung, die wenigstens einen Statorteil umfasst, einen relativ zu dem Statorteil um eine Drehachse drehbar angeordneten Rotorteil mit einer in der Drehachse angeordneten Welle, wobei der Rotorteil und der Statorteil konzentrisch zueinander mit einem Luftspalt zueinander beabstandet angeordnet sind, wobei der Statorteil eine Erregereinrichtung umfasst, welche zur Erzeugung eines in radialer Richtung gerichteten primären Magnetfelds ausgebildet ist, wobei der Rotorteil eine Induktionseinrichtung umfasst, welche zum Induzieren von Wirbelströmen durch ein Magnetfeld ausgebildet ist. Die Induktionseinrichtung ist zur Erzeugung eines in radialer Richtung dem primären Magnetfeld infolge einer Rotation des Rotorteils um die Drehachse wenigstens bereichsweise entgegen gerichteten sekundären Magnetfelds ausgebildet, wobei eine Ventilatoreinrichtung zur Erzeugung einer Luftströmung um die Drehachse drehbar und entlang der Drehachse verschiebbar angeordnet ist, wobei die Luftströmung zumindest durch den Rotorteil geführt ist.
Mittels der Ventilatoreinrichtung kann eine luftgekühlte elektrodynamische Bremse mit radialer Flussführung realisiert werden. Die Ventilatoreinrichtung kann günstigerweise als Kühlungseinrichtung arbeiten, die durch Wirbelströme erzeugte Wärme abführen kann. Die Bremsvorrichtung kann günstigerweise eine bedarfsorientierte Kühlung, insbesondere Zwangskühlung, erzeugen. Dadurch kann die thermische Belastung der Bremsvorrichtung minimiert werden. Dies hat den Vorteil einer verbesserten Sicherheit der Bremsvorrichtung. Eine Luftkühlung kann vorteilhaft sein, da eine aufwändige Wasserkühlung mit entsprechenden Nachteilen vermieden werden kann.
Die Ventilatoreinrichtung, die bezüglich der Drehachse drehbar und verschiebbar angeordnet ist, kann vorteilhaft auf der Welle des Rotorteils, oder auf dem Statorteil oder einer statorfesten Rückstelleinrichtung der Ventilatoreinrichtung gelagert und linear geführt sein. Die statorfeste Rückstelleinrichtung kann vorteilhaft ein Federelement, insbesondere eine Tellerfeder sein.
Der Rotorteil kann günstigerweise als Innenläufer innerhalb des Statorteils realisiert sein, wodurch eine kleinere Bauweise ermöglicht ist. Durch die radiale Flussführung kann eine gesteigerte Leistungsdichte realisiert werden.
Im Falle eines Außenläufers kann die Stator-Rotor- Anordnung umgekehrt sein, mit einem innerhalb des Rotorteils angeordneten Statorteil. Dementsprechend sind alle Anordnungen, Geometrien und Ausrichtungen, z.B. nach radial außen gerichtete Polelemente, auch umgekehrt möglich. Die radiale Flussführung vermeidet typische Probleme von Axialflussmaschinen, bei denen aufgrund des großen Rotordurchmessers, der hohen Rotormasse und der typischen Scheibenform die maximale Drehzahl aufgrund der Streckgrenze bzw. Zugfestigkeit des Materials begrenzt ist. Ebenso bewirkt der große Rotordurchmesser bei Axialflussmaschinen eine Deformation in axialer Richtung bei hohen Drehzahlen und dadurch eine starke Veränderung des Luftspalts. Im schlechtesten Fall vergrößert sich dadurch der Luftspalt. In Folge dessen wird die Leistungsdichte bei hohen Drehzahlen gesenkt.
Ebenso werden die magnetischen Eigenschaften verändert, und die Bremsvorrichtung verhält sich abweichend zu einem der Vorrichtung zugrundeliegenden (Auslegungs-)Simulationsmodell. Die Vorhersagekraft des Modells ist eingeschränkt. Bei Axialflussmaschinen besteht ferner ein höherer Fertigungsaufwand der Elektroblechpakete, da ein einzelnes Blechpaket aus mehreren unterschiedlich großen Elektroblechen besteht. Zudem werden die Rotoren aus Massivmaterial mit entsprechend hohem Zerspanungsaufwand hergestellt.
Nach einer günstigen Ausgestaltung kann die Ventilatoreinrichtung ein die Luftströmung erzeugendes Laufrad und eine das Laufrad antreibende Antriebseinrichtung aufweisen. Das Laufrad kann günstigerweise freidrehend auf der Welle oder an dem Statorteil oder an einem mit dem Stator verbundenen Federelement, insbesondere Tellerfeder, gelagert sein. Das Laufrad kann beispielsweise auf oder an einer Halterung angeordnet sein, die auf der Welle drehbar gelagert ist. Durch eine Drehbewegung des Laufrads kann Luft in Bewegung gesetzt werden, indem die Luft an einer Saugseite des Laufrads angesogen und an einer Druckseite des Laufrads wieder ausgeströmt werden kann und so eine Luftströmung erzeugen kann. Der erzeugte Luftstrom kann durch den Rotorteil strömen und eine in diesem erzeugte Wärme ab führen. Wenn der Rotor nicht rotiert, kann auch im unbestromten Zustand eine geringe Luftmenge durch den Rotorteil strömen. Die Bauart der Ventilatoreinrichtung kann unterschiedlich sein. Die Ventilatoreinrichtung kann beispielsweise eine radiale Ventilatoreinrichtung (Radialventilator) oder eine axiale Ventilatoreinrichtung (Axialventilator) oder eine Diagonalventilatoreinrichtung (Diagonalventilator) sein. Die Bauart der Ventilatoreinrichtung kann sowohl die Richtung, aus der die Luft angesogen und wieder ausgeströmt wird, als auch die konstruktionsbedingten Leistungseigenschaften (z.B. Volumenstrom, Druck, etc.) beeinflussen. Die Richtung aus der die Luft angesogen werden kann, kann hierbei axial, radial, diagonal oder tangential sein. Bei einem Axialventilator beispielsweise kann das mit einer Blattanordnung bestückte Laufrad die Luft parallel zur Antriebsachse (axial) von der Saugseite zur Druckseite fördern. Dadurch kann die hohe Luftströmung bei geringen Druckwiderständen befördert werden.
Beim Radialventilator kann die Luft parallel zur Antriebsachse (axial) angesaugt und in radialer Richtung, rechtwinklig zur Drehachse, wieder ausgeströmt werden Dadurch kann ein relativ hoher Druck in der Luftströmung realisiert werden. Der Diagonalventilator weist eine kompakte Bauweise auf und bildet eine Mischform zwischen Axial- und Radialventilator mit konisch geformten Schaufeln im Laufrad. Die Luft kann axial angesaugt und diagonal zur Drehachse nach außen abgeströmt werden. Dadurch können hohe Volumenströme bei beengten Einbauverhältnissen realisiert werden.
Mittels der Antriebseinrichtung kann die Ventilatoreinrichtung, insbesondere das Laufrad mit dem Rotorteil, derart gekoppelt werden, dass ein Abstand zwischen der Ventilatoreinrichtung und dem Rotorteil veränderbar und damit einstellbar ist.
Die Kopplung kann kraftschlüssig oder formschlüssig erfolgen. Ist die Ventilatoreinrichtung mit dem Laufrad eingekoppelt, kann sich das Laufrad mit dem Rotorteil drehen und den Luftstrom mit einem hohen Luftvolumenstrom erzeugen. Dadurch kann ein hoher Wärmeübertragungskoeffizient innerhalb eines elektrisch leitenden Elements und/oder einem Elektroblechpaket der Bremsvorrichtung erzeugt werden und eine erhöhte Wärmemenge abgeführt werden. Ist der Ventilator vom Rotorteil entkoppelt, können im unbestromten Zustand Pumpverluste und Trägheitsverluste vermieden werden.
In einer günstigen Ausgestaltung kann die Antriebseinrichtung eine Rückstelleinrichtung und eine Aktuator einrichtung aufweisen. In bestromtem Zustand kann die Antriebseinrichtung die Ventilatoreinrichtung entlang der Drehachse in Richtung Rotorteil verschieben und eine Kopplung zwischen Ventilatoreinrichtung und Rotorteil bewirken. Wird die Stromzufuhr unterbrochen, kann die Rückstelleinrichtung die Ventilatoreinrichtung durch in ihr gespeicherte Energie von dem Rotorteil entkoppelt werden. Hierdurch können im unbestromten Zustand Verluste, insbesondere Trägheitsverluste und Pumpverluste vermieden werden.
In einer günstigen Ausgestaltung kann mittels der Aktuatoreinrichtung der Abstand der Ventilatoreinrichtung zum Rotorteil verändert und der Ventilator entlang der Drehachse axial verschiebbar bewegt werden.
In einer weiteren günstigen Ausgestaltung weist die Aktuatoreinrichtung Aktuatorelemente auf. Die Aktuatorelemente können von kleiner Bauform sein. Die Aktuatorelemente können einfach in die Bremsvorrichtung integriert werden.
In einer günstigen Ausgestaltung weisen die Aktuatorelemente mindestens ein magnetisierbares Element auf. Hierdurch kann die Ventilatoreinrichtung, beispielsweise eine Lüftereinrichtung mittels der Magnetisierung im Rotorteil betätigt werden.
In einer günstigen Ausgestaltung kann über die Aktuatorelemente die axial verschiebliche Ventilatoreinrichtung zum Rotorteil herangezogen werden. In einer weiteren günstigen Ausgestaltung kann die Rückstelleinrichtung ein elastisches Element, insbesondere Federelement, aufweisen. Das elastische Element kann das Rückstellelement ausbilden.
Die Position der Ventilatoreinrichtung kann durch das Zusammenwirken des elastischen Elements, insbesondere Federelements, und der Aktuatoreinrichtung erfolgen. Mittels der Aktuatoreinrichtung kann der Abstand der Ventilatoreinrichtung zum Rotorteil verändert werden und der Ventilator entlang der Drehachse axial verschiebbar bewegt werden Hierbei kann das elastische Element, insbesondere Federelement, als Rückstellfeder wirken.
Das Federelement kann eine Tellerfeder oder eine Druckfeder sein, die im bestromten Zustand der Bremsvorrichtung mit dem Rotorteil mitdrehen kann. Die Ventilatoreinrichtung kann so im nichtbestromten Zustand der Bremsvorrichtung von dem Rotorteil entkoppelt und in eine Ausgangsstellung zurückgezogen werden.
In einer günstigen Ausgestaltung kann die Rückstelleinrichtung wenigstens zwei magnetische Rückstellelemente und/oder zwei elektromechanische und/oder eine piezoelektrische Rückstellelemente aufweisen. Dies kann eine alternative Möglichkeit zu elastischen Rückstellelementen wie Federelementen darstellen. Die Ventilatoreinrichtung kann so im nichtbestromten Zustand der Bremsvorrichtung von dem Rotorteil entkoppelt und in eine Ausgangsstellung zurückgezogen werden. Somit ist mehr Flexibilität in der Ausführung der Ventilatoreinrichtung gegeben.
In einer günstigen Ausgestaltung kann die Rückstelleinrichtung eine Bremseinrichtung aufweisen. Die Bremseirichtung kann zusätzlich zum Rückstellelement vorgesehen sein. Dadurch kann bei der Bewegung der Ventilatoreinrichtung vom Rotorteil weg, die Bewegung gedämpft und die Ventilatoreinrichtung abgebremst werden. Dadurch kann Materialverschleiß vorgebeugt werden. Das Bremselement kann ortsfest angeordnet sein und so die Ventilatoreinrichtung sicher abbremsen und ein unnötiges Drehen des Laufrads im unbestromten Zustand verhindern.
In einer günstigen Ausgestaltung kann die Rückstelleinrichtung, insbesondere das elastische Element, insbesondere Federelement, eine Kugellagereinheit aufweisen.
Hierbei kann ein aktuatorseitiges Ende der Rückstelleinrichtung, beispielsweise des elastischen Elements, ein Kugellager aufweisen, mittels dessen eine bessere Ankopplung des elastischen Elements an die Aktuatoreinrichtung erfolgen kann, wenn sich das elastische Element nicht mit dem Halter mitdreht.
In einer weiteren günstigen Ausgestaltung können die Aktuatorelemente der Aktuatoreinrichtung eine magnetische Einrichtung und/oder elektromechanische und/oder piezoelektrische Einrichtung ausbilden. Die Aktuatorelemente können günstigerweise Permanentmagnete sein. Die Aktuatorelemente können in einer alternativen Ausgestaltung der Aktuatoreinrichtung piezoelektrische Aktuatorelemente sein. Alternativ können die Aktuatorelemente auch als Elektromagnete ausgebildet sein. Alle genannten Aktuatorelemente sind von kleiner Bauform und können daher einfach in der Bremsvorrichtung integriert werden.
Weiter kann die Aktuator einrichtung Kupplungselemente aufweisen, die kraftschlüssig und/oder formschlüssig ausgebildet sind. Dies ist vorteilhaft, da es eine Ankopplung mittels eines sogenannten Mitnehmers an den Rotorteil ermöglichen kann. Über die Aktuatorelemente kann die axial verschiebliche Ventilatoreinrichtung zum Rotorteil herangezogen werden. Die Ventilatoreinrichtung, insbesondere das Laufrad, kann dann über die Kupplungselemente mit dem Rotorteil gekoppelt und so über den Kraftschluss und/oder Formschluss mit dem Rotorteil mitgenommen werden. Dadurch ist eine zuverlässige mechanische Kopplung mit dem rotierenden Rotorteil möglich, ohne dass weiter zusätzliche Energie aufgewendet werden muss. Das Laufrad dreht sich mit der Drehzahl der Rotorwelle, wodurch ein hoher Luftstrom erzeugt wird.
Mittels beispielsweise der magnetischen Einrichtung können Anziehungskräfte zwischen dem magnetisierten Elektroblechpaket und der magnetischen Einrichtung in der Aktuatoreinrichtung aufgebaut werden, die die Ventilatoreinrichtung entlang der Drehachse verschieben können, insbesondere in Richtung Rotorteil. Hierbei kann die magnetische Flussdichte genutzt werden, die aus der Induktion resultiert. Infolge der Drehbewegung des Rotorteils, kann ein Wirbelstrom erzeugt werden, welcher ein zweites Magnetfeld erzeugen kann, welches dem primären Magnetfeld entgegengesetzt ausgerichtet ist und ein Bremsmoment erzeugen kann.
In einer günstigen Ausgestaltung kann die Erregereinrichtung einen im Wesentlichen ringförmigen Erregergrundkörper mit einer Mehrzahl Erregerpolelementen umfassen, insbesondere von denen jedes Erregerpolelement eine elektrische Erregerspule umfasst. Dadurch kann das primäre Magnetfeld erzeugt werden. Der Erregergrundkörper kann den Rotorteil mit einem Luftspalt beabstandet umschließen. Die Erregerpolelemente können radial zum Rotorteil gerichtet sein. Jedes Erregerpolelement kann eine elektrische Erregerspule umfassen. Auf diese Weise kann die Wirbelstrombremse vorteilhaft in Form einer Asynchronmaschine mit 100% Schlupf und konstanter Bestromung realisiert werden.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Bremsvorrichtung kann der Erregergrundkörper ein Elektroblechpaket mit in axialer Richtung gestapelten Einzelblechen umfassen oder als Elektroblechpaket mit in axialer Richtung gestapelten Einzelblechen ausgebildet sein. Auf diese Weise kann die Wirbelstrombremse vorteilhaft in Form einer Asynchronmaschine mit 100% Schlupf und konstanter Bestromung realisiert werden. Die Einzelbleche können beabstandet angeordnet sein, so dass der in der Ventilatoreinrichtung erzeugte Luftstrom durchtreten und Wärme abführen kann.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Bremsvorrichtung kann die Induktionseinrichtung einen Grundkörper mit einer Mehrzahl von in radialer Richtung zum Rotorteil gerichteten Polelementen und ein magnetisch und/oder elektrisch leitendes Element umfassen, welches die Polelemente wenigstens bereichsweise umschließt. So kann vorteilhaft eine Wirbelstrombremse mit radialer magnetischer Flussführung realisiert werden.
Die Induktionsvorrichtung kann somit eine einzigartige Materi al Struktur aufweisen, die eine hohe Leistungsdichte der Bremsvorrichtung und gute Luftdurchströmung ermöglichen kann
Dabei kann der Grundkörper das zweite Elektroblechpaket mit in axialer Richtung gestapelten Elektroblechen umfassen oder als Elektroblechpaket mit in axialer Richtung gestapelten Elektroblechen ausgebildet sein. Elektrobleche sind relativ leicht zu fertigen. Ein störender Skineffekt kann dadurch vorteilhaft vermindert werden.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Bremsvorrichtung können die Aktuatorelemente mindestens ein magnetisierbares Element und eine um die Welle umlaufende Ausnehmung oder Aussparung in dem zweiten Elektroblechpaket des Rotorteils aufweisen. In der Ausnehmung kann das an der Halterung der Ventilatoreinrichtung angeordnete Aktuatorelement aufgenommen werden. Günstigerweise kann eines der Aktuatorelemente mit der Ausnehmung in Wirkverbindung treten, insbesondere eine geometrische Gestalt aufweisen, sodass es in die Ausnehmung bevorzugt vollständig aufgenommen werden kann. Dadurch kann eine günstige magnetische Aktuatorwirkung erzielt werden. Bei Bestromung kann das magnetisierbare Element in die umlaufende Ausnehmung gezogen werden. Nach einer günstigen Ausgestaltung der Bremsvorrichtung können in einem Längsschnitt in axialer Richtung die Ausnehmung im zweiten Elektroblechpaket und das magnetisierbare Element rechteckförmig oder zumindest bereichsweise mit schräg verlaufendem Boden oder konisch ausgebildet sein. Dadurch kann eine günstige magnetische Aktuatorwirkung erzielt werden.
Nach einer weiteren günstigen Ausgestaltung der Bremsvorrichtung kann die Ausnehmung eine geometrische Gestalt aufweisen, die eingerichtet ist, ein Teilmagnetfeld des primären Magnetfeldes außerhalb des Elektroblechpakets zu erzeugen. Hierzu kann die Ausnehmung in radialer Richtung kleiner sein als das gegenüberliegend angeordnete Aktuatorelement. Die Magnetfeldlinien des primären Magnetfeldes können günstigerweise aus dem elektrisch leitenden Element verdrängt werden und umgelenkt werden und sind dann außerhalb des Elektroblechpaketes vorhanden. Dadurch kann das Aktuatorelement der magnetischen Einrichtung kleiner dimensioniert werden. Die Ausnehmung kann bei diesem Ausführungsbeispiel beispielsweise mit einem diamagnetischen Material gefüllt sein.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Bremsvorrichtung kann das elektrisch leitende Element elektrisch leitende Einzelbleche umfassen, welche die Polelemente umschließen und in radialer Richtung im Wesentlichen konzentrisch zueinander angeordnet sind.
Die Abstände zwischen den einzelnen Elektroblechen in radialer Richtung erlauben eine günstige Durchströmung mit einem durch die Ventilatoreinrichtung erzeugten Luftstrom, insbesondere in axialer Richtung.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Bremsvorrichtung können die elektrisch leitenden Einzelbleche ringförmig ausgebildet sein. Dies erlaubt eine einfache Konstruktion. Die Abstände zwischen den einzelnen Elektroblechen in radialer Richtung erlauben eine günstige Durchströmung mit dem Luftstrom. Nach einer weiteren günstigen Ausgestaltung der Bremsvorrichtung können die elektrisch leitenden Einzelbleche als Blechstreifen ausgebildet sein, wobei jeweils benachbarte Blechstreifen, insbesondere an Stirnseiten, miteinander elektrisch leitend verbunden sind, insbesondere verlötet oder verschweißt sind.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Bremsvorrichtung kann das elektrisch leitende Element wenigstens einen elektrisch leitenden Blechstreifen umfassen, welcher eine Mehrzahl von Durchführungsöffnungen für die Mehrzahl an Polelementen aufweist, wobei der elektrisch leitende Blechstreifen um die Drehachse mit mehreren Windungen spiralförmig auf die Mehrzahl von Polelementen aufgebracht ist. Die Abstände zwischen den einzelnen Elektroblechen in radialer Richtung erlauben eine günstige Durchströmung mit dem Luftstrom und eine gute Wärmeabführung.
Günstigerweise kann eine Mehrzahl von Blechlagen in radialer Richtung übereinander angeordnet sein. Die Abstände zwischen den einzelnen Elektroblechen in radialer Richtung erlauben eine günstige Durchströmung mit dem Luftstrom. Dies erlaubt einen guten Wärmeübergang, so dass eine thermische Belastung im Betrieb der Bremsvorrichtung vorteilhaft verringert ist.
Es kann günstigerweise eine Schränkung des Elektroblechpaketes realisiert werden. Dadurch kann ein Rastmoment verringert werden.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Bremsvorrichtung kann das elektrisch leitende Element einen elektrisch leitenden Schaum aufweisen, welcher die Mehrzahl an Polelementen umschließt.
Unter einem elektrisch leitenden Schaum wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine poröse Struktur verstanden, die von einer Vielzahl von Poren durchsetzt ist. Poren bilden innerhalb der Struktur Hohlkörper und/oder Hohlräume, die durch Stege, insbesondere feste Stege, voneinander getrennt sind. Die poröse Struktur ist insbesondere ein Zweiphasensystem, das aus einer festen und einer gasförmigen Phase und/oder einer festen und einer flüssigen Phase gebildet wird.
Das metallisch elektrisch leitfähige Material der porösen Struktur weist insbesondere eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 20- 106 S/m auf (bezogen auf Raumtemperatur) und ist beispielsweise ein Metall.
Eine Fertigung der porösen Struktur ist in wenigen Schritten möglich. Dabei können Eigenschaften der porösen Struktur, beispielsweise die Größe der Poren oder die Breite der Stege, auf einfache Weise an Anforderungen einer Anwendung angepasst werden. Ferner lassen sich Montageschritte reduzieren. So kann beispielsweise nach der Fertigstellung des Stator-Blechpakets und/oder des Rotorblechpaket dieses direkt mit Metallschaum umschäumt werden, ohne dass eine Vorfertigung des Metallschaums erfolgen muss.
Die poröse Struktur weist insbesondere gute mechanische Eigenschaften, wie beispielsweise eine hohe spezifische Festigkeit und eine hohe spezifische Steifigkeit auf. Dadurch ist eine kleinere und leichtere Bauweise der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung möglich.
Vorteilhaft kann die poröse Struktur ein Aluminiumschaum oder ein Kupferschaum oder ein Magnesiumschaum sein oder umfasst einen Aluminiumschaum oder einen Kupferschaum oder einen Magnesiumschaum.
Vorteilhaft kann die poröse Struktur offenporös sein. Offenporös bedeutet, dass Poren und/oder Hohlräume der porösen Struktur miteinander und mit der Umgebung in Verbindung stehen. Insbesondere wird ein Hohlraumvolumen der porösen Struktur von der Summe der Poren und/oder Hohlräume gebildet, die miteinander und mit der Umgebung in Verbindung stehen. Vorteilhaft können die axialen Seitenflächen der Polelemente mit einem Schrägungswinkel gegen die axiale Richtung verlaufen. Dadurch kann ein Rastmoment verringert werden.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Bremsvorrichtung können die elektrischen Erregerspulen zur elektrischen Kopplung mit einer elektrischen Ansteuereinheit ausgebildet sein. So kann eine Bremswirkung der Wirbelstrombremse geeignet gesteuert und/oder geregelt werden.
Vorteilhaft können eine Anzahl an radial zum Statorteil gerichteten Polelementen und eine Anzahl an radial zum Rotorteil gerichteten Erregerpolelementen um höchstens 50% verschieden sein. So kann eine besonders günstige Bremswirkung erzielt werden.
Günstigerweise kann das elektrisch leitende Element für den mit dem Laufrad erzeugten Luftstrom durchlässig sein.
Dadurch kann eine axiale Durchströmung mit Luft realisiert werden. Hierbei ist vorteilhaft, dass eine bestmögliche Wärmeableitung realisiert werden kann. Dadurch kann die thermische Belastung der Bremsvorrichtung minimiert werden. Dies hat den Vorteil einer verbesserten Sicherheit der Bremsvorrichtung.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Verwendung einer Bremsvorrichtung, die eine Wirbelstrombremsvorrichtung umfasst, vorgeschlagen, wobei die Bremsvorrichtung in ein Straßenfahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug oder Lastkraftwagen oder ein Schienenfahrzeug eingebaut werden kann.
Der Vorteil der Wirbelstrombremsvorrichtung mit radialem Fluss liegt in einer erhöhten Leistungsdichte. Dadurch kann ein Bauraum der Bremsvorrichtung optimiert werden. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug vorgeschlagen, das eine Bremsvorrichtung, insbesondere Wirbelstrombremsvorrichtung, enthält. Das Fahrzeug kann ein Straßenfahrzeug oder ein Schienenfahrzeug sein.
Die Bremsvorrichtung mit radialer Flussführung ermöglicht günstigerweise eine verbesserte Leistungsdichte der Bremsvorrichtung. Dadurch kann ein optimierten Bauraum und ein axialer Kühlmittelfluss realisiert werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeugprüfstand vorgeschlagen, der eine Bremsvorrichtung, insbesondere Wirbelstrombremsvorrichtung, enthält. Es wird ein Prüfstand mit hoher Leistungsdichte ermöglicht, der vorzugsweise ausschließlich ein Bremsmoment bereitstellt.
Die Bremsvorrichtung mit radialer Flussführung ermöglicht günstigerweise eine verbesserte Leistungsdichte der Bremsvorrichtung. Dadurch kann ein optimierter Bauraum und ein axialer Kühlmittelfluss realisiert werden.
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen beispielhaft:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung des Funktionsprinzips als Ausschnitt einer luftgekühlten Bremsvorrichtung mit radialer Flussführung nach einer ersten Ausfuhrungsform in unbestromtem Zustand; Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Segmentes der Bremsvorrichtung von Figur 2 im Querschnitt;
Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung als Ausschnitt des Funktionsprinzips einer luftgekühlten Bremsvorrichtung von Figur 2 in bestromtem Zustand;
Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung als Ausschnitt eines Statorteils und eines luftdurchströmten Rotorteils einer Bremsvorrichtung;
Fig. 5 eine schematische Schnittdarstellung des Funktionsprinzips einer luftgekühlten Bremsvorrichtung als Ausschnitt nach einer zweiten Ausführungsform in bestromtem Zustand;
Fig. 6 eine schematische Schnittdarstellung des Funktionsprinzips einer luftgekühlten Bremsvorrichtung als Ausschnitt nach einer dritten Ausführungsform in bestromtem Zustand;
Fig. 7 eine schematische Schnittdarstellung des Funktionsprinzips einer luftgekühlten Bremsvorrichtung als Ausschnitt nach einer vierten Ausführungsform in bestromtem Zustand;
Fig. 8 eine schematische Schnittdarstellung des Funktionsprinzips einer luftgekühlten Bremsvorrichtung als Ausschnitt nach einer fünften Ausführungsform in bestromtem Zustand;
Fig. 9 eine isometrische Darstellung einer luftgekühlten Bremsvorrichtung nach einer sechsten Ausführungsform der Erfindung mit einer Schnittlinie A-A in unbestromtem Zustand;
Fig. 10 ein Detail B der isometrischen Darstellung von Fig. 9;
Fig. 11 einen Längsschnitt durch die Bremsvorrichtung entlang der Schnittlinie A-A nach Figur 9;
Fig. 12 ein Detail C des Längsschnitts von Fig. 11;
Fig. 13 eine isometrische Darstellung einer luftgekühlten Bremsvorrichtung nach einer siebten Ausführungsform der Erfindung mit einer Schnittlinie A-A in unbestromtem Zustand; Fig. 14 ein Detail B der isometrischen Darstellung von Fig. 13;
Fig. 15 einen Längsschnitt durch die Bremsvorrichtung entlang der Schnittlinie A-A nach Figur 13;
Fig. 16 ein Detail C des Längsschnitts von Fig. 15;
Fig. 17 eine schematische Schnittdarstellung des Funktionsprinzips einer luftgekühlten Bremsvorrichtung als Ausschnitt nach einer achten Ausführungsform in bestromtem Zustand;
Fig. 18 eine isometrische Darstellung einer luftgekühlten Bremsvorrichtung nach einer neunten Ausführungsform der Erfindung mit einer Schnittlinie A-A in unbestromtem Zustand;
Fig. 19 ein Detail B der isometrischen Darstellung von Fig. 18;
Fig. 20 einen Längsschnitt durch die Bremsvorrichtung entlang der Schnittlinie A-A nach Figur 18;
Fig. 21 ein Detail C des Längsschnitts von Fig. 20;
Fig. 22 eine schematische Schnittdarstellung des Funktionsprinzips einer luftgekühlten Bremsvorrichtung als Ausschnitt nach einer zehnten Ausführungsform in bestromtem Zustand; und
Fig. 23 eine schematische Schnittdarstellung der luftgekühlten Bremsvorrichtung nach der ersten Ausführungsform mit einem Radialventilator als Ausschnitt in bestromtem Zustand.
Bevor die Erfindung im Detail beschrieben wird, ist darauf hinzuweisen, dass sie nicht auf die jeweiligen Bauteile der Vorrichtung beschränkt ist, da diese Bauteile variieren können. Die hier verwendeten Begriffe sind lediglich dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Die Merkmale der in den Figuren dargestellten Ausführungsformen der Bremsvorrichtung können auch anders als dargestellt kombiniert werden. Wenn zudem in der Beschreibung oder in den Ansprüchen die Einzahl oder unbestimmte Artikel verwendet werden, bezieht sich dies auch auf die Mehrzahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig etwas Anderes deutlich macht. hn Folgenden verwendete Richtungsterminologie mit Begriffen wie „links“, „rechts“, „oben“, „unten“, „davor“ „dahinter“, „danach“ und dergleichen dient lediglich dem besseren Verständnis der Figuren und soll in keinem Fall eine Beschränkung der Allgemeinheit darstellen. Die dargestellten Komponenten und Elemente, deren Auslegung und Verwendung können im Sinne der Überlegungen eines Fachmanns variieren und an die jeweiligen Anwendungen angepasst werden.
Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleichartige oder gleichwirkende Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
In den Figuren 1 bis 8, sowie in den Figuren 17, 22 und 23 sind rein schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen der Bremsvorrichtung 100 gezeigt.
Eine realistische Anordnung der Bremsvorrichtung 100 ist jeweils in den Ausführungsbeispielen der Bremsvorrichtung 100 in den Figuren 9 bis 12 sowie in den Figuren 13 bis 16, und 18 bis 21 dargestellt.
Figur 1 zeigt vereinfacht in schematischer Schnittdarstellung eine luftgekühlte Bremsvorrichtung 100 in Form einer Wirbelstrombremsvorrichtung mit radialer Flussführung. Dargestellt ist eine Seite eines Statorteils 10 und eines Rotorteils 16 der Bremsvorrichtung 100. Der Statorteil 10 ist konzentrisch um eine Mittelachse angeordnet, die als Drehachse 12 ausgebildet ist. Auf der Drehachse 12 ist eine Welle 14 angeordnet, die von dem Rotorteil 16 radial umgeben ist. Der Statorteil 10 weist eine Erregereinri chtung 18 auf mit mindestens einem, nicht dargestellten, Erregerpolelement 20, welches in einem Elektroblechpaket 22 ausgebildet ist. Das Elektroblechpaket 22 bildet einen Erregergrundkörper 23 aus. Bevorzugt sind mehrere Erregerpolelemente 20 und mehrere Elektroblechpakete 22 vorgesehen. Die Erregereinrichtung 18 ist konzentrisch und radial um die Welle 14 angeordnet. Die Erregereinrichtung 18 weist mindestens eine Erregerspule 24 auf. Bevorzugt sind mehrere Erregerspulen 24 vorgesehen, die konzentrisch um die Welle 14 angeordnet sind. Es sind unterschiedliche Formen für den Statorteil 10 möglich.
Eine radiale Richtung ausgehend von der Drehachse 12 ist mit einem Pfeil 17 angezeigt.
Der Rotorteil 16 weist eine Induktionseinrichtung 26 mit einem magnetisch leitenden sowie elektrisch leitenden Element 28 und einem zweiten Elektroblechpaket 30 auf. Das zweite Elektroblechpaket 30 bildet einen Grundkörper 35 aus, welcher mindestens ein Polelement 36 aufweist
Das magnetisch leitende sowie elektrisch leitende Element 28 kann z.B. aus mehreren axial verlaufenden Einzelblechen 32 bestehen. Die Einzelbleche 32 sind beispielsweise aus Aluminium oder Kupfer gefertigt oder weisen Aluminium oder Kupfer auf. Die Form des Rotorteils 16 kann ebenfalls unterschiedlich sein.
Die Bremsvorrichtung 100 ist in den Ausführungsbeispielen als Innenläufer dargestellt, bei dem der Rotorteil 16 radial innerhalb des Statorteils 10 angeordnet ist. Im Falle einer Ausbildung der Bremsvorrichtung 100 als Außenläufer kann die Stator-Rotor- Anordnung umgekehrt sein und der Rotorteil 16 ist außerhalb des Statorteils 10 angeordnet. Dementsprechend sind alle Anordnungen, Geometrien und Ausrichtungen auch umgekehrt möglich, z.B. nach radial außen gerichtete Polelemente. Figur 1 zeigt die Bremsvorrichtung 100 in unbestromtem Zustand. Die Erregerspule 24 des Statorteils 10 ist mit einer Ansteuereinheit 34 verbunden und regelt und/oder steuert ein zu erzeugendes primäres Magnetfeld 68 mit Feldlinien 66 (dargestellt in Figuren 2 und 3). Der Rotorteil 16 mit der Induktionseinrichtung 26, die das zweite Elektroblechpaket 30 aufweist, ist beabstandet mit einem Luftspalt 40 zu dem Statorteil 10 mit der Erregereinrichtung 18, die die Erregerspule 24 aufweist, angeordnet. Auf der Drehachse 12 ist die Welle 14 angeordnet. Die Welle 14 ist mit dem Rotorteil 16 verbunden.
Das Elektroblechpaket 22 weist nicht dargestellte Einzelbleche auf. Der Rotorteil 16 weist das zweite Elektroblechpaket 30 mit Einzelblechen (nicht dargestellt) und das magnetisch leitende sowie elektrisch leitendes Element 28 auf, die mit dem Rotorteil 16 auf der Welle 14 drehbar angeordnet sind. Das elektrisch leitende Element 28 weist insbesondere mehrere axial verlaufende Bleche (nicht einzeln dargestellt) auf. Ferner sind Polelemente (nicht dargestellt) vorgesehen. Die mehreren Bleche können aus Aluminium oder Kupfer gebildet sein. Das zweite Elektroblechpaket 30 und das magnetisch leitende sowie elektrisch leitende Element 28 bilden die Induktionseinrichtung 26 aus.
Auf der Welle 14 ist eine Ventilatoreinrichtung 42 mit einem auf einer Halterung 44 angeordneten Laufrad 46 und einer Antriebseinrichtung 48 angeordnet, wobei die Antriebseinrichtung 48 und das Laufrad 46 drehbar und verschiebbar mittels der Halterung 44 auf der Welle 14 mittels eines Lagers 90, insbesondere einem Linearlager, beispielsweise mit einem Freilauf, gelagert sind. Die Bauart der Ventilatoreinrichtung 42 kann unterschiedlich sein. In unbestromtem Zustand ist die Ventilatoreinrichtung 42 beabstandet zu dem Rotorteil 16 angeordnet und nicht mit dem Rotorteil 16 gekoppelt. Die Ventilatoreinrichtung 42 kann beispielsweise ein radialer Ventilator (Radialventilator) oder ein axialer Ventilator (Axialventilator) oder ein Diagonalventilator sein. Die Bauart der Ventilatoreinrichtung 42 kann sowohl die Richtung, aus der die Luft angesogen und wieder ausgeströmt wird, als auch die konstruktionsbedingten Leistungseigenschaften (z.B. Volumenstrom, Druck, etc.) beeinflussen. Die Richtung, aus der die Luft angesogen werden kann, kann hierbei axial, radial, diagonal oder tangential sein. Bei einem Axialventilator, wie in den Figur 1 dargestellt, beispielsweise kann das mit einer Schaufelanordnung 47 bestückte Laufrad 46 die Luft parallel zu einer Antriebsachse (axial) von der Saugseite zur Druckseite fördern. Dadurch können hohe Luftströme bei geringen Druckwi der ständen befördert werden. Beim Radialventilator, in dem Ausführungsbeispiel in Figur 23 dargestellt, kann die Luft parallel zur Antriebsachse (axial) angesaugt und in radialer Richtung, rechtwinklig zur Drehachse, wieder ausgeströmt werden. Dadurch kann ein relativ hoher Druck realisiert werden. Der Diagonalventilator weist eine kompakte Bauweise auf und bildet eine Mischform zwischen Axial- und Radialventilator mit konisch geformten Schaufeln 47 im Laufrad 46. Die Luft kann axial angesaugt werden und diagonal zu einer Drehachse der Ventilatoreinrichtung 42 nach außen abströmen. Dadurch können hohe Volumenströme bei beengten Einbauverhältnissen realisiert werden.
Die Antriebseinrichtung 48 weist eine Aktuator einrichtung 50 und eine Rückstelleinrichtung 52 auf, die in der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform als elastisches Element 54, welches insbesondere als Federelement, insbesondere als umlaufende Tellerfeder ausgebildet sein kann, ausgeführt ist. Die Rückstelleinrichtung 52 ist eingerichtet, die Ventilatoreinrichtung 42 und das Rotorteil 16 im unbestromten Zustand voneinander beabstandet zu halten.
In Zusammenwirkung der Aktuatoreinrichtung 50 und der Rückstelleinrichtung 52, die das elastische Element 54 und ein Bremselement 56 aufweist, ist die Ventilatoreinrichtung 42 drehbar und verschiebbar auf der Welle 14 angeordnet. Das Bremselement 56 kann beispielsweise zusammen mit dem elastischen Element 54 der Rückstelleinrichtung 52 an einem statorfesten Teil 55 abgestützt sein Das statorfeste Teil 55 ist mit dem Statorteil 10 mechanisch verbunden.
Das Bremselement 56 kann beispielsweise zwei Reibelemente aufweisen, von denen ein Reibelement an dem statorfesten Teil 55 angeordnet ist und ein Reibelement mit der Ventilatoreinrichtung 42 verbunden ist.
Durch eine Drehung des Rotorteils 16 wird bereits im unbestromten Zustand ein Luftstrom 58 erzeugt, der durch die Bremsvorrichtung 100 strömen kann und die durch die Induktionseinrichtung 26 erzeugte Wärme abführen kann.
Die Aktuatoreinrichtung 50 weist Aktuatorelemente 62 und 82 auf, die der linearen Bewegung der Ventilatoreinrichtung 42 entlang der Drehachse 12 dienen. Die Aktuatorelemente 62 und 82 können günstigerweise magnetisierbar, beispielsweise als Permanentmagnete ausgeführt sein. Im bestromten Zustand der Bremsvorrichtung 100 wird mittels der Aktuator einrichtung 50 die Halterung 44 mit dem Laufrad 46 in Richtung Rotorteil 16 bewegt, da das Elektroblechpaket magnetisiert wird. Auf diese Weise wird das als magnetisierbares Element 63 ausgebildete Aktuatorelement 62 von dem Rotorteil 16 angezogen, und das Aktuatorelement 62 kann in dem als umlaufende Ausnehmung 83 ausgebildeten Aktuatorelement 82 derart aufgenommen werden, dass die Ventilatoreinrichtung 42 dann mittels der Kupplungselemente 60 mit dem Rotorteil 16 gekoppelt werden kann bzw. an den Rotorteil 16 gekoppelt werden kann.
Die Kupplungselemente 60 funktionieren dabei als Mitnehmer für die Ventilatoreinrichtung 42. Das in die Ausnehmung 83 eingreifende Aktuatorelement 62 kann ebenso umlaufend ausgebildet sein. Dadurch kann das Laufrad 46 der Ventilatoreinrichtung 42 die Drehbewegung des Rotorteils 16 und der Welle 14 aufnehmen und sich beispielsweise mit der Drehzahl der Welle 14 drehen. Die Kupplungselemente 60 können dabei aus einem an der Halterung 44 angeordneten Element und einem an dem Rotorteil 16 angeordneten Element bestehen, die bei genügender Annäherung der Halterung 44 an den Rotorteil 16 ineinandergreifen können. Die Kopplung kann kraftschlüssig oder formschlüssig erfolgen, je nach Ausgestaltung der Kupplungselemente 60.
Das Laufrad 46 kann optional auch über ein Getriebe mit der Halterung 44 verbunden sein, sodass das Laufrad 46 mit einer zu der Drehzahl der Welle 14 unterschiedlichen Drehzahl betrieben werden kann. Als Getriebe kann günstigerweise ein Planetengetriebe eingesetzt werden.
Die Aktuatorelemente 62, 82 können als magnetische oder als piezoelektrische oder elektromechanische Elemente ausgelegt sein. Günstigerweise kann das Aktuatorelement 62 ein Permanentmagnet sein. Permanentmagnete weisen eine kleine Form auf, und je nach Größe und Material können die notwendigen Kräfte eingestellt werden, um die Ventilatoreinrichtung 42 und den Rotorteil 16 bei Bestromung gegenseitig anzuziehen.
Zwischen dem Statorteil 10 und dem Rotorteil 16 ist der Luftspalt 40 ausgebildet.
Figur 2 zeigt in schematischer Schnittdarstellung einen segmentartigen Ausschnitt der als Wirbelstrombremsvorrichtung ausgeführten Bremsvorrichtung 100 aus Figur 1 in einer Schnittdarstellung in einer senkrecht zur Drehachse 12 aufgespannten Ebene. Der Statorteil 10 weist die Erregerpolelemente 20 auf, entlang derer Feldlinien 66 des primären Magnetfeldes 68 verlaufen. Das primäre Magnetfeld 68 erstreckt sich hierbei sowohl im Bereich des Statorteils 10 als auch des Rotorteils 16. Dabei verläuft das Magnetfeld 68 in den Erregerpolelementen 20 und den Polelementen 36 des Grundkörpers 35 des zweiten Blechpakets 30. Ein Erregerstrom 70 zeigt den Verlauf des Stromes in den Erregerspulen 24 und den Polelementen 20. Die Welle 14 ist auf der Drehachse 12 an der Spitze des Segments eingezeichnet und verläuft senkrecht zur Zeichenoberfläche. Ein sekundäres Magnetfeld 74 wird senkrecht zu dem primären Magnetfeld 68 im Rotorteil 16 induziert. Der magnetische Fluss B des primären Magnetfeldes 68 wird durch die elektrische Erregung erzeugt. Infolge der Drehbewegung des Rotorteils 16 wird ein Wirbelstrom 72 generiert, welcher das zweite Magnetfeld 74 erzeugen kann Dieses sekundäre Magnetfeld 74 steht dem primären Magnetfeld 68 entgegen und sorgt für ein Bremsmoment 76.
Figur 3 zeigt in schematischer Schnittdarstellung die Bremsvorrichtung 100 in bestromtem Zustand. Die Ventilatoreinrichtung 42 der Bremsvorrichtung 100 ist mit dem Rotorteil 16 derart gekoppelt, dass die Drehbewegung der Welle 14 auf das Laufrad 46 übertragen wird und das Laufrad 46 sich drehen kann. Dadurch wird ein Luftstrom 78 erzeugt, der deutlich stärker ist als ein Luftstrom 58 im unbestromten Zustand der Bremsvorrichtung 100. Mittels des Luftstroms 78, die die Luftströmung 78 ausbildet, kann die Wärme, die durch Wirbelströme Iwirbei erzeugt wird, aus dem Rotorteil 16 abgeführt werden. Das elastische Element 54, insbesondere Federelement, der Rückstelleinrichtung 52, ist gespannt und das Bremselement 56 ist von dem Aktuatorelement 62 beabstandet angeordnet. Die Kupplungselemente 60 sind gekoppelt, und das Aktuatorelement 62 ist in der umlaufenden Ausnehmung 83 des Elektroblechpakets 30 aufgenommen. Dadurch ist die Ventilatoreinrichtung 42 mit dem Rotorteil 16 gekoppelt.
Wird die Bestromung der Bremsvorrichtung 100 unterbrochen, kann die Halterung 44 mit Laufrad 46 mittels des elastischen Elements 54, insbesondere Federelements, der Rückstelleinrichtung 52 wieder zurückgezogen werden, da auf das Aktuatorelement 62 keine magnetische Kraft mehr ausgeübt wird. Die Kupplungselemente 60 lösen sich. Das Bremselement 56, das an dem statorfesten Teil 55 ortsfest angeordnet sein kann, kann im Zusammenwirken mit dem Aktuatorelement 62 die Ventilatoreinrichtung 42 sicher abbremsen und ein unnötiges Drehen der Ventilatoreinrichtung 42 in unbestromtem Zustand verhindern. Ferner sorgt ein strömungsführendes Element 80 für eine optimierte Anströmung des Laufrades 46 der Ventilatoreinrichtung 42 mit dem Luftstrom 58, um eine günstige kühlende Luftströmung 78 durch den Rotorteil 16 ausbilden zu können. Das strömungsführende Element 80 kann günstigerweise derart ausgelegt sein, der der Luftstrom 58 von außen direkt auf das Laufrad 46 geleitet wird, um so eine möglichst günstige Luftströmung 78 zu erreichen, die im Wesentlichen auf den Rotorteil 16 bzw. durch diesen strömt.
Die Funktionsweise der Antriebseinrichtung 50 zum Antreiben des Laufrades 46, die einen Antriebsmotor der Ventilatoreinrichtung 42 ersetzt, ist nachfolgend beschrieben:
Fließt ein Erregerstrom 70 durch die Erregerspule 24, wird eine magnetische Flussdichte B erzeugt, mittels der das Aktuatorelement 62 und das Aktuatorelement 82 die auf der Welle 14 gelagerte Ventilatoreinrichtung 42 in Richtung Rotorteil 16 verschieben und zum Rotorteil 16 heranziehen können. Das elektrisch leitende Element 28 mit dem als Ausnehmung 83 ausgeführten Aktuatorelement 82 kann dabei das Aktuatorelement 62 anziehen. Dieses kann in die Ausnehmung 83 aufgenommen werden. Ist das Aktuatorelement 62 in der Ausnehmung 83 aufgenommen, können die Kupplungselemente 60 ineinandergreifen und die Ventilatoreinrichtung 42 an den Rotorteil 16 ankoppeln. Das Aktuator element 62 kann als magnetisierbares Element 63, insbesondere als Permanentmagnet ausgebildet sein. Das elastische Element 54, insbesondere Federelement, der Rückstelleinrichtung 52 ist gespannt und speichert somit potentielle Energie, mittels der beim Abstellen der Erregung die Ventilatoreinrichtung 42 wieder in die vom Rotorteil 16 beabstandete Position verlagert werden kann. Das Bremselement 56, welches beispielsweise zwei zum Bremsen zusammenwirkende Reibelemente umfassen kann, bremst das Laufrad 46 der Ventilatoreinrichtung 42 im unbestromten Zustand der Bremseinrichtung 100, sodass sich das Laufrad 46 nicht mehr mitdreht, und so Pumpverluste und Trägheitsverluste verhindert werden. Dies ermöglicht es, eine großzügig dimensionierte Ventilatoreinrichtung 42 zu verwenden. Das im bestromten Zustand der Bremseinrichtung 100 eingekoppelte Laufrad 46 der Ventilatoreinrichtung 42 dreht sich mit der Drehzahl der Welle 14 und kann einen hohen Volumenstrom des Luftstroms 78 erzeugen. Der Luftstrom 78 ermöglicht einen hohen Wärmeübertragungskoeffizient innerhalb des elektrisch leitenden Elementes 28 und des Elektroblechpakets 30. Dadurch kann eine erhöhte Menge an Wärme ab geführt werden.
Figur 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Statorteils 10 und eines luftdurchströmten Rotorteils 16 einer Bremsvorrichtung 100.
Der Statorteil 10 umfasst die Erregereinrichtung 18 mit dem Erregergrundkörper 23 und der um die, nicht dargestellten, Erregerpolelemente 20 angeordneten Erregerspule 10. Schematisch sind einzelne Bleche des Elektroblechpakets 22 des Erregergrundkörpers 23 dargestellt.
Der Rotorteil 16 umfasst die Induktionseinrichtung 26 mit dem Grundkörper 35 und dem magnetisch leitenden und/oder elektrisch leitenden Element 28. Das magnetisch leitende Element 28 und/oder elektrisch leitende Element 28 bilden eine Materialstruktur der Induktionseinrichtung 26 aus, die eine hohe Leistungsdichte der Bremsvorrichtung 100 ermöglicht. Der Grundkörper 35 ist als zweites Elektroblechpaket 30 mit Einzelblechen dargestellt. Das elektrisch leitende Element 28 ist aus Einzelblechen 32 ausgebildet.
Zwischen den Einzelblechen 32 des magnetisch und/oder elektrisch leitenden Elements 28 kann die mit der, nicht dargestellten, Ventilatoreinrichtung 42 erzeugte Luftströmung 78 fließen und so das Rotorteil 16 der Bremseinrichtung 100 wirksam kühlen. Figur 5 zeigt in schematischer Schnittdarstellung eine weitere Ausführungsform der Bremseinrichtung 100 in bestromtem Zustand. Das Aktuatorelement 62 als magnetisierbares Element 64 weist im Längsschnitt in axialer Richtung 12 eine zumindest bereichsweise konische Form auf. Die umlaufende Ausnehmung 84 im Elektroblechpaket 30 weist im Längsschnitt ebenfalls zumindest bereichsweise eine konische Form auf.
Bis auf die geometrische Ausgestaltung der Ausnehmung 84 und des Aktuatorelementes 64 sind die beiden Ausführungsformen der Bremsvorrichtung 100 ansonsten gleich.
Figur 6 zeigt in schematischer Schnittdarstellung eine weitere Ausführungsform der Bremsvorrichtung 100 im bestromten Zustand der Bremsvorrichtung 100. Die Ventilatoreinrichtung 42 ist mit dem Rotorteil 16 gekoppelt. Die Rückstelleinrichtung 50 weist zwei, jeweils eine Kraft aufeinander ausübende Rückstellelemente 88 auf. Ferner weist die Rückstelleinrichtung 52 wie bei den vorigen Ausführungsbeispielen das Bremselement 56 auf. Die Aktuatoreinrichtung 50 weist ein modifiziertes Aktuatorelement 62 und eine modifizierte Ausnehmung 85 auf. Durch die Ausnehmung 85 wird bei Bestromung der Erregerspule 24 ein modifizierter Flussdichteverlauf 96 im elektrisch leitenden Element 28 und im zweiten Elektroblechpaket 30 erzeugt.
Die Ausnehmung 85 weist eine in radialer Richtung 17 kleinere geometrische Erstreckung auf als in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen, wodurch eine Ablenkung der Feldlinien B erfolgen kann und ein Magnetfeld teilweise aus dem zweiten Elektroblechpaket 30 verdrängt wird. Das Aktuatorelement 62 als magnetisierbares Element 65 ist nicht in der Ausnehmung 85 aufnehmbar und grenzt an das Elektroblechpaket 30 an.
Figur 7 zeigt eine weitere modifizierte Ausführungsform der Bremsvorrichtung 100. Die Rückstelleinrichtung 52 weist zwei Rückstellelemente 98 auf, die als Magnete, insbesondere als Permanentmagnete, ausgebildet sind. Eine Mindest-Remanenzflussdichte der Permanentmagnete ist abhängig von der Auslegung und der resultierenden notwendigen Kraft. Je nach zur Verfügung stehender Fläche kann ein Magnet beispielsweise ein Hartferrit ohne seltene Erden verwendet werden. Vorteilhaft kann auch ein Neodym-Eisen-Bor-Magnet verwendet werden.
Figur 8 zeigt in schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsform einer Bremsvorrichtung 100 mit einer modifizierten Lagerung der Rückstelleinrichtung 52, insbesondere des elastischen Elementes 54, insbesondere Federelements, an der Aktuatoreinrichtung 50.
Das elastische Element 54 weist eine Kugellagereinheit 99 auf, mittels derer das elastische Element 54 an die Aktuatoreinrichtung 50 und/oder die Halterung 44 gekoppelt ist. Damit kann eine günstige Ankopplung des elastischen Elements 54 an die Aktuatoreinrichtung 50 erfolgen, wenn sich das elastische Element 54 nicht mit dem Halter 44 mitdreht.
Figur 9 zeigt eine isometrische Darstellung einer luftgekühlten Bremsvorrichtung 100 in Form einer Wirbelstrombremsvorrichtung mit radialer Flussführung nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in unbestromtem Zustand. In Figur 10 ist ein Detail B der isometrischen Darstellung von Figur 9 dargestellt. Figur 11 zeigt einen Längsschnitt durch die Bremsvorrichtung 100 entlang der Schnittlinie A-A nach Figur 9, während in Figur 12 ein Detail C des Längsschnitts von Figur 11 dargestellt ist.
Die Bremsvorrichtung 100 weist den Statorteil 10 auf, der konzentrisch um die Mittelachse angeordnet ist, die als Drehachse 12 ausgebildet ist. Auf der Drehachse 12 ist die Welle 14 angeordnet, die von dem Rotorteil 16 radial umgeben ist. Der Statorteil 10 weist die Erregereinrichtung 18 auf mit einer Mehrzahl von Erregerpolelementen 20, welche in einem, nicht als Einzelbleche dargestellten, Elektroblechpaket 22 ausgebildet sind. Das Elektroblechpaket 22 bildet den Erregergrundkörper 23 aus. Bevorzugt können mehrere Elektroblechpakete 22 vorgesehen sein. Die Erregereinri chtung 18 ist konzentrisch und radial um die Welle 14 angeordnet. Die Erregereinrichtung 18 weist um die Erregerpolelemente 20 angeordnete Erregerspulen 24 auf. Dabei sind die Erregerspulen 24 konzentrisch um die Welle 14 angeordnet. Es sind unterschiedliche Formen für den Statorteil 10 möglich. Eine radiale Richtung ausgehend von der Drehachse 12 ist mit einem Pfeil 17 angezeigt.
Der Rotorteil 16 weist eine Induktionseinrichtung 26 mit einem elektrisch leitenden Element 28 und einem zweiten Elektroblechpaket 30 auf. Das zweite Elektroblechpaket 30 bildet einen Grundkörper 35 aus, welcher eine Vielzahl von Polelementen 36 aufweist. Das elektrisch leitende Element 28 kann z.B. aus mehreren axial verlaufenden Einzelblechen 32 bestehen. Die Einzelbleche 32 sind beispielsweise aus Aluminium oder Kupfer gefertigt oder weisen Aluminium oder Kupfer auf. Die Form des Rotorteils 16 kann ebenfalls unterschiedlich sein.
Die Bremsvorrichtung 100 weist ein auf der Welle 14 angeordnete Ventilatoreinrichtung 42 mit einem Laufrad 46 auf, welche bei Bedarf an den Rotorteil 16 angekoppelt werden und mit dem Rotorteil 16 mitlaufen kann.
Auf diese Weise kann mittels an dem Laufrad 46 angeordneten Schaufeln 47 eine Luftströmung 78 durch den Rotorteil 16 erzeugt werden, welche den Rotorteil 16 wirksam kühlen kann.
Details der Ventilatoreinrichtung 42 sind in der vergrößerten Darstellung des Details B in Figur 10 erkennbar.
Auf der Welle 14 ist die Ventilatoreinrichtung 42 mit dem an der Halterung 44 angeordneten Laufrad 46 und der Antriebseinrichtung 48 angeordnet. Die Antriebseinrichtung 48 und das Laufrad 46 sind drehbar und verschiebbar mittels eines Lagers 90, insbesondere eines Linearlagers in Form eines Nadellagers ohne Innenring, und eines Kugellagers 99 auf der Welle 14 gelagert. Ein Verbindungselement 91 verbindet das elastische Element 54 der Rückstelleinrichtung 52 in Form einer Membranfeder mit dem Kugellager 99. Dadurch muss das elastische Element 54 nicht mit der Aktuatoreinrichtung 50 mitdrehen. Das Nadellager 90 gewährleistet den Freilauf als eine axiale Verschiebbarkeit auf der Welle 14.
Das Laufrad 46 der Ventilatoreinrichtung 42 ist als Axiallüfter mit in radialer Richtung 17 nach außen weisenden, in axialer Richtung 12 verkippten Schaufeln 47 ausgebildet.
In unbestromtem Zustand der Bremsvorrichtung 100 ist die Ventilatoreinrichtung 42 beab standet zu dem Rotorteil 16 angeordnet und nicht mit dem Rotorteil 16 gekoppelt. Das elastische Element 54 ist nicht ausgelenkt.
In den Figuren 9 bis 12 ist die Ventilatoreinrichtung 42 in unbestromtem Zustand der Bremsvorrichtung 100 dargestellt und demzufolge mit dem Rotorteil 16 nicht gekoppelt.
In bestromtem Zustand werden die Antriebseinrichtung 48 und das Laufrad 46 in Richtung des Rotorteils 16 bewegt.
Das elastische Element 54 der Rückstelleinrichtung 52 in Form einer Membranfeder wird deformiert und/oder ausgelenkt. Das elastische Element 54 ist dazu an einem umlaufenden Außenrand eines statorfesten Teils 55 abgestützt. Die Rückstelleinrichtung 52 ist eingerichtet, die Ventiltoreinrichtung 42 und das Rotorteil 16 im unbestromten Zustand voneinander beabstandet zu halten. In Zusammenwirkung der Aktuatoreinrichtung 50 und der Rückstelleinrichtung 52, die das elastische Element 54aufweist, ist die Ventilatoreinrichtung 42 drehbar und verschiebbar auf der Welle 14 angeordnet.
Die Aktuatoreinrichtung 50 weist die Aktuatorelemente 62 und 82 auf, die der linearen Bewegung der Ventilatoreinrichtung 42 entlang der Drehachse 12 dienen. Die Aktuatorelemente 62 und 82 können günstigerweise magnetisierbar, beispielsweise als Permanentmagnete ausgeführt sein. Im bestromten Zustand der Bremsvorrichtung 100 wird mittels der Aktuator einrichtung 50 die Halterung 44 mit dem Laufrad 46 in Richtung Rotorteil 16 bewegt, da das Elektroblechpaket magnetisiert wird. Auf diese Weise wird das als magnetisierbares Element 64 ausgebildete Aktuatorelement 62 von dem Rotorteil 16 angezogen, und das Aktuatorelement 62 kann in dem als umlaufende Ausnehmung 84 ausgebildeten Aktuatorelement 82 derart aufgenommen werden, dass die Ventilatoreinrichtung 42 dann mittels der, nicht dargestellten Kupplungselemente 60 mit dem Rotorteil 16 gekoppelt werden kann bzw. an den Rotorteil 16 gekoppelt werden kann.
Das in die Ausnehmung 83 eingreifende Aktuatorelement 62 kann umlaufend ausgebildet sein. Dadurch kann das Laufrad 46 der Ventilatoreinrichtung 42 die Drehbewegung des Rotorteils 16 und der Welle 14 aufnehmen und sich beispielsweise mit der Drehzahl der Welle 14 drehen.
Das Aktuator element 62 als magnetisierbares Element 64 weist im Längsschnitt in axialer Richtung 12 eine zumindest bereichsweise konische Form auf. Die umlaufende Ausnehmung 84 im Elektroblechpaket 30 weist im Längsschnitt ebenfalls zumindest bereichsweise eine konische Form auf.
Die Aktuatorelemente 62, 82 können als magnetische oder als piezoelektrische oder elektromechanische Elemente ausgelegt sein. Günstigerweise kann das Aktuatorelement 62 ein Permanentmagnet sein. Permanentmagnete weisen eine kleine Form auf, und je nach Größe und Material können die notwendigen Kräfte eingestellt werden, um die Ventilatoreinrichtung 42 und den Rotorteil 16 bei Bestromung gegenseitig anzuziehen.
Die Halterung 44 ist bei dem in den Figuren 9 bis 12 dargestellten Ausführungsbeispiel mittels einer Kugellagereinheit 99, welche über das Verbindungselement 91 mit dem elastischen Element 54 verbunden ist, gegenüber dem elastischen Element 54 gelagert.
Dadurch kann die Leichtgängigkeit der Drehbewegung des Laufrads 46 gegen das feststehende elastische Element 54 sichergestellt werden.
Wird die Bestromung der Bremsvorrichtung 100 unterbrochen, kann die Halterung 44 mit Laufrad 46 mittels des elastischen Elements 54 der Rückstelleinrichtung 52, das, wie bei dem Ausführungsbeispiel in den Figuren 9 bis 12 dargestellt, beispielsweise als Membranfeder ausgebildet sein kann, wieder zurückgezogen werden, da auf das Aktuatorelement 62 keine magnetische Kraft mehr ausgeübt wird.
Das statorfeste Teil 55 weist bei dem in den Figuren 9 bis 12 dargestellten Ausführungsbeispiel einen Endanschlag 57 auf, welcher eine axiale Verschiebung der Ventilatoreinrichtung 42 in Richtung des Rotorteils 16 beim Bestrom en der Bremsvorrichtung 100 begrenzt. Dazu kann das an dem Verbindungselement 91 angeordnete elastische Element 54 dienen, welches an dem Endanschlag 57 abgestützt ist und so auch bei Deformation des elastischen Elements 54 den axialen Weg der Ventilatoreinrichtung 42 begrenzt.
Figur 13 zeigt eine isometrische Darstellung einer Bremsvorrichtung 100 nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in unbestromtem Zustand. In Figur 14 ist ein Detail B der isometrischen Darstellung von Figur 13 dargestellt. Figur 15 zeigt einen Längsschnitt durch die Bremsvorrichtung 100 entlang der Schnittlinie A-A nach Figur 13, während in Figur 16 ein Detail C des Längsschnitts von Figur 15 dargestellt ist.
Das in den Figuren 13 bis 16 dargestellte Ausführungsbeispiel weist dieselben Merkmale wie das in den Figuren 9 bis 12 dargestellte Ausführungsbeispiel auf Zusätzlich sind jedoch das Bremselement 56 sowie die Kupplungselemente 60 dargestellt. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die entsprechende Beschreibung des vorigen Ausfiihrungsbeispiels verwiesen
Bei der Bestromung der Bremsvorrichtung 100 wird das als magnetisierbares Element 64 ausgebildete Aktuatorelement 62 von dem Rotorteil 16 angezogen, und das Aktuatorelement 62 kann in dem als umlaufende Ausnehmung 84 ausgebildeten Aktuatorelement 82 derart aufgenommen werden, dass die Ventilatoreinrichtung 42 dann mittels der Kupplungselemente 60 mit dem Rotorteil 16 gekoppelt werden kann bzw. an den Rotorteil 16 gekoppelt werden kann.
Die Kupplungselemente 60 funktionieren dabei als Mitnehmer für die Ventilatoreinrichtung 42. Das in die Ausnehmung 83 eingreifende Aktuatorelement 62 kann umlaufend ausgebildet sein. Dadurch kann das Laufrad 46 der Ventilatoreinrichtung 42 die Drehbewegung des Rotorteils 16 und der Welle 14 aufnehmen und sich beispielsweise mit der Drehzahl der Welle 14 drehen. Die Kupplungselemente 60 können dabei aus einem an der Halterung 44 angeordneten Reibelement und einem an dem Rotorteil 16 angeordneten Reibelement bestehen, die bei genügender Annäherung der Halterung 44 an den Rotorteil 16 Zusammenwirken und/oder ineinandergreifen können.
Die Kopplung kann kraftschlüssig und/oder formschlüssig erfolgen, je nach Ausgestaltung der Kupplungselemente 60. Wird die Bestromung der Bremsvorrichtung 100 unterbrochen, kann die Halterung 44 mit Laufrad 46 mittels des elastischen Elements 54 der Rückstelleinrichtung 52, das, wie dargestellt, als Membranfeder ausgebildet sein kann, wieder zurückgezogen werden, da auf das Aktuatorelement 62 keine magnetische Kraft mehr ausgeübt wird. Die Kupplungselemente 60 lösen sich.
Das Bremselement 56, das beispielsweise zwei Reibelemente aufweisen kann und zusammen mit dem elastischen Element 54 der Rückstelleinrichtung 52 an einem statorfesten Teil 55 ortsfest abgestützt angeordnet sein kann, kann im Zusammenwirken mit dem Aktuatorelement 62 die Ventilatoreinrichtung 42 sicher abbremsen und ein unnötiges Drehen der Ventilatoreinrichtung 42 in unbestromtem Zustand verhindern.
Figur 17 zeigt in schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsform einer Bremsvorrichtung 100 mit einer modifizierten Lagerung der Aktuatoreinrichtung 50 in bestromtem Zustand.
Dabei wird auf das als Linearlager ausgebildete Lager 90 der bisher dargestellten Ausführungsformen verzichtet und lediglich eine Kugellagereinheit 99 verwendet, welche mit dem als Membranfeder ausgebildeten elastischen Element 54 verbunden ist. Das elastische Element 54 ist wiederum an dem statorfesten Teil 55 abgestützt. Die Kugellagereinheit 99 ist andererseits mit der Halterung 44 der Aktuatoreinrichtung 50 verbunden. Auf diese Weise ist die Ventilatoreinrichtung 42 durch das elastische Element 54 linear in Richtung der Drehachse 12 geführt.
Das elastische Element 54 kann, wie dargestellt, mehrere Membranfedem aufweisen, welche parallel angeordnet sind, um die nötige Rückstellkraft aufzubringen. Optional ist möglich, dass die mehreren, parallel angeordneten Membranfedern so angeordnet werden, dass sie die Kugellagereinheit 99 einerseits umfassen, insbesondere einklemmen, sodass der eine Teil der Kugellagereinheit 99 fest mit dem elastischen Element 54 verbunden ist.
Die sonstigen Merkmale der Bremsvorrichtung 100 entsprechen den Merkmalen der in Figur 8 dargestellten Ausführungsform. Die Antriebseinrichtung 48 weist ebenso Bremselement 56 sowie Kupplungselemente 60 auf.
Figur 18 zeigt eine isometrische Darstellung einer Bremsvorrichtung 100 nach einer zu der in Figur 17 dargestellten ähnlichen Ausführungsform in unbestromtem Zustand.
In Figur 19 ist ein Detail B der isometrischen Darstellung von Figur 18 dargestellt. Figur 20 zeigt einen Längsschnitt durch die Bremsvorrichtung 100 entlang der Schnittlinie A-A nach Figur 18, während in Figur 21 ein Detail C des Längsschnitts von Figur 20 dargestellt ist.
Die in den Figuren 18 bis 21 dargestellte Ausführungsform weist im Wesentlichen dieselben Merkmale wie die in den Figuren 13 bis 16 dargestellten Ausführungsform auf, jedoch ohne das als Linearlager ausgebildete Lager 90.
Die Aktuatoreinrichtung 50 ist über die Kugellagereinheit 99 und das Verbindungselement 91, welches mit dem als Membranfeder ausgebildeten elastischen Element 54 verbunden ist, gelagert. Das elastische Element 54 wiederum ist am Endanschlag 57 des statorfesten Teils 55 abgestützt. Dadurch ist auch die Aktuatoreinrichtung 50 über die Kugellagereinheit 99 und das elastische Element 54 an dem statorfesten Teil 55 gelagert. Auf diese Weise ist auch die axiale Verschiebemöglichkeit der Aktuatoreinrichtung 50 entlang der Drehachse 12 begrenzt, bzw. wird die Rückstellkraft zur Bewegung der Antriebseinrichtung 48 zurück in die Ausgangslage bei Aufheben der Bestromung der Bremsvorrichtung 100 ausgeübt.
Die Antriebseinrichtung 48 kann in bestromtem Zustand über die als Reibelemente ausgebildeten Kupplungselemente 60 an das Rotorteil 16 gekoppelt werden. Bei Unterbrechen der Bestromung der Bremsvorrichtung 100 kann die Aktuatoreinrichtung 50 über das als Reibelemente ausgebildete Bremselement 56 abgebremst werden, sodass sich das Laufrad 46 nicht mehr mitdreht.
Figur 22 zeigt in schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsform einer Bremsvorrichtung 100 mit einer anders gearteten Lagerung der Aktuatoreinrichtung 50 in bestromtem Zustand.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Aktuatoreinrichtung 50 über ein als Linearlager ausgebildetes Lager 90 nicht auf der Welle 14, sondern an dem statorfesten Teil 55 gelagert.
Die Halterung 44 weist weiter eine Kugellagereinheit 99 zur Lagerung des elastischen Elements 54 der Rückstelleinrichtung 52 auf. Das elastische Element 54 kann beispielsweise als Membranfeder oder auch als Spiralfeder ausgebildet sein.
Die Aktuatoreinrichtung 50 umfasst weiter die Kupplungselemente 60 zum Ankoppeln der Aktuatoreinrichtung 50 an das Rotorteil 16 bei Bestromen der Bremsvorrichtung 100. Die Rückstelleinrichtung 52 weist das Bremselement 56 zum Abbremsen der Aktuatoreinrichtung 50 bei Unterbrechen der Bestromung der Bremsvorrichtung 100 auf. Figur 23 zeigt in schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsform der Bremsvorrichtung 100 mit einer als Radialventilator ausgeführten Ventilatoreinrichtung 112. Eine Luftströmung 114 wird durch das Laufrad 46, dessen Schaufeln 47 in axialer Richtung parallel zur Drehachse 12 ausgerichtet sind, erzeugt und strömt durch den Rotorteil 16.
Die Ausführungsform entspricht in ihren sonstigen Merkmalen, insbesondere der Antriebseinrichtung 48, dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel.
Die Bremsvorrichtung 100 kann vorteilhaft für Fahrzeuge oder statorfeste Maschinen, beispielsweise Hometrainer oder Motor- oder Maschinenprüfstände, verwendet werden. Die Bremsvorrichtung 100 kann günstigerweise in ein Fahrzeug eingebaut werden, wobei das Fahrzeug ein Kraftfahrzeug oder ein Schienenfahrzeug sein kann.
Bezugszeichen
10 Statorteil
12 Drehachse, Mittelachse
14 Welle
16 Rotorteil
17 radiale Richtung
18 Erregereinrichtung
20 Erregerpolelemente
22 El ektrobl echp aket
23 Erregergrundkörper
24 Erreger spule
26 Induktionseinrichtung
28 magnetisch und/oder elektrisch leitendes Element
30 zweites Elektroblechpaket
32 Einzelblech
34 Ansteuereinheit
35 Grundkörper
36 Polelement
40 Luftspalt
42 V entil atoreinri chtung
44 Halterung
46 Laufrad
47 Schaufel
48 Antri eb sei nri chtung
50 Aktuatoreinrichtung
52 Rückstelleinrichtung
54 elastisches Element
55 statorfestes Teil
56 Bremselement
57 Endanschlag
58 Luftstrom
60 Kupplungselement Aktuatorelement magnetisierbares Element magnetisierbares Element magnetisierbares Element
Feldlinien primäres Magnetfeld
Erregerstrom
Wirbelstrom sekundäres Magnetfeld
Bremsmoment
Luftströmung strömungsführendes Element
Aktuatorelement
Ausnehmung
Ausnehmung
Ausnehmung
Rückstellelement
Lager
Verbindungselement
Feldlinien
Rückstellelement
Kugellagereinheit
Bremsvorrichtung
Ventilatoreinrichtung, Radiallüfter
Luftströmung

Claims

Ansprüche
1. Bremsvorrichtung (100), insbesondere Wirbelstrombremsvorrichtung, die wenigstens umfasst einen Statorteil (10), einen relativ zu dem Statorteil (10) um eine Drehachse (12) drehbar angeordneten Rotorteil (16), mit einer in der Drehachse (12) angeordneten Welle (14), wobei der Rotorteil (16) und der Statorteil (10) konzentrisch zueinander mit einem Luftspalt (40) zueinander beab standet angeordnet sind, wobei der Statorteil (10) eine Erregereinrichtung (18) umfasst, welche zur Erzeugung eines in radialer Richtung (17) gerichteten primären Magnetfelds (68) ausgebildet ist, wobei der Rotorteil (16) eine Induktionseinrichtung (26) umfasst, welche zum Induzieren von Wirbelströmen durch das Magnetfeld (68) ausgebildet ist, wobei die Induktionseinrichtung (26) zur Erzeugung eines in radialer Richtung (17) dem primären Magnetfeld (68) infolge einer Rotation des Rotorteils (16) um die Drehachse (12) wenigstens bereichsweise entgegen gerichteten sekundären Magnetfelds (74) ausgebildet ist, wobei eine Ventilatoreinrichtung (42, 112) zur Erzeugung einer Luftströmung (78, 114) um die Drehachse (12) drehbar und entlang der Drehachse (12) verschiebbar angeordnet ist, wobei die Luftströmung (78, 114) zumindest durch das Rotorteil (16) geführt ist.
2. Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ventilatoreinrichtung (42, 112) ein die Luftströmung (78, 114) erzeugendes Laufrad (46) und eine das Laufrad (46) antreibende Antriebseinrichtung (48) aufweist.
3. Bremsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Antriebseinrichtung (48) eine Rückstelleinrichtung (52) und eine Aktuatoreinrichtung (50) aufweist.
4. Bremsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Rückstelleinrichtung (52) ein elastisches Element (54), insbesondere Federelement (54), beispielsweise eine Druckfeder oder eine Tellerfeder, aufweist.
5. Bremsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Rückstelleinrichtung (52) wenigstens zwei Rückstellelemente (88, 98) aufweist, insbesondere magnetische Rückstellelemente (98) und/oder elektromechanische und/oder piezoelektrische Rückstellelemente (88).
6. Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die
Rückstelleinrichtung (52) ein Bremselement (56) aufweist.
7. Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die
Rückstelleinrichtung (52), insbesondere das elastische Element (54), insbesondere Federelement, eine Kugellagereinheit (99) aufweist.
8. Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die Aktuatoreinrichtung (50) Aktuatorelemente (62, 82) aufweist, die eine magnetische Einrichtung und/oder eine elektromechanische Einrichtung und/oder eine piezoelektrische Einrichtung ausbilden, und wobei die Aktuatoreinrichtung (50) Kupplungselemente (60) aufweist, die kraftschlüssig und/oder formschlüssig ausgebildet sind.
9. Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erregereinrichtung (18) einen im Wesentlichen ringförmigen Erregergrundkörper (23) mit einer Mehrzahl Erregerpolelementen (20) umfasst, insbesondere von denen jedes Erregerpolelement (20) eine elektrische Erregerspule (24) umfasst.
10. Bremsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Erregergrundkörper (23) ein Elektroblechpaket (22) mit in axialer Richtung (12) gestapelten Einzelblechen umfasst.
11. Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Induktionseinrichtung (26) einen Grundkörper (35) mit einer Mehrzahl von in radialer Richtung (17) zum Rotorteil (16) gerichteten Polelementen (36) und ein elektrisch leitendes Element (28) umfasst, welches die Polelemente (36) wenigstens bereichsweise umschließt, wobei der Grundkörper (35) ein zweites Elektroblechpaket (30) mit in axialer Richtung (12) gestapelten Elektroblechen (32) umfasst, oder als zweites Elektroblechpaket (30) mit in axialer Richtung (12) gestapelten Elektroblechen (32) ausgebildet ist.
12. Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Aktuatorelemente (62, 82) mindestens ein magnetisierbares Element (63, 64, 65) und eine umlaufende Ausnehmung (83, 84, 85) in dem zweiten Elektroblechpaket (30) des Rotorteils (16) aufweist.
13. Bremsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei in einem Längsschnitt in axialer Richtung (12) die Ausnehmung (83, 85) im zweiten Elektroblechpaket (30) und das magnetisierbare Element (63, 65) rechteckförmig oder zumindest bereichsweise konisch ausgebildet sind.
14. Bremsvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Ausnehmung (85) eine geometrische Gestalt aufweist, die eingerichtet ist, ein Teilmagnetfeld des primären Magnetfeldes (68) außerhalb des zweiten Elektroblechpakets (30) zu erzeugen oder auszubilden.
15. Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das elektrisch leitende Element (28) elektrisch leitende Einzelbleche umfasst, welche in radialer Richtung (17) im Wesentlichen konzentrisch zueinander angeordnet sind.
16. Bremsvorrichtung nach Anspruch 15, wobei die elektrisch leitenden Einzelbleche ringförmig ausgebildet sind.
17. Bremsvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, wobei die elektrisch leitenden Einzelbleche als Blechstreifen ausgebildet sind, wobei jeweils benachbarte Blechstreifen, insbesondere an Stirnseiten, miteinander elektrisch leitend verbunden sind, insbesondere verlötet oder verschweißt sind.
18. Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das elektrisch leitende Element (28) wenigstens einen elektrisch leitenden Blechstreifen umfasst, welcher eine Mehrzahl von Durchführungsöffnungen für die Mehrzahl an Polelementen (36) aufweist, wobei der elektrisch leitende Blechstreifen um die Drehachse (12) mit mehreren Windungen spiralförmig auf die Mehrzahl von Polelementen (36) aufgebracht ist.
19. Bremsvorrichtung nach einem der 11 bis 14, wobei das elektrisch leitende Element (28) einen elektrisch leitenden Schaum aufweist, welcher die Mehrzahl an Polelementen (36) umschließt.
20. Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 19, wobei die elektrischen Erregerspulen (24) zur elektrischen Kopplung mit einer elektrischen Ansteuereinheit (34) ausgebildet sind.
21. Verwendung einer Bremsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Wirbelstrombremsvorrichtung in einem Straßenfahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug oder Lastkraftwagen, oder einem S chi enenfahrzeug .
22. Fahrzeug mit einer Bremsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 20.
23. Fahrzeugprüfstand mit einer Bremsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 20 zum Bereitstellen eines Bremsmoments (76).
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