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Kühleinrichtung für elektrische Apparate, insbesondere Wirbelstrombremsen
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Um die Erwärmung möglichst gering zu halten, besteht eine weitere Massnahme der
Erfindung darin, zwischen dem Teil des Rotors, der sich im Magnetfeld zwischen den Polschuhen befindet, und der Welle des Rotors Mittel vor- zusehen, die imstande sind, den Kalorienstrom abzubremsen, der insbesondere durch Wärme- leitung von letzterem auf die Rotorwelle über- tragen wird.
Eine weitere Massnahme der Erfindung bezieht sich auf Wirbelstrombremsen, bei denen der
Strom des Kühlmittels von einer Vorrichtung, insbesondere einem Ventilator, erzeugt wird, die nicht unmittelbar von der Welle des Bremsrotors angetrieben wird. Gemäss dieser weiteren Massnahme wird in dem Erregerstromkreis der
Elektromagneten der Bremse eine Sicherheits- vorrichtung angebracht, die das Erregen der
Elektromagnete so lange unmöglich macht als die zur Erzeugung des Kühlluftstroms dienende Vorrichtung nicht vorschriftsmässig arbeitet.
Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung unddenbeigefügtenZeichnungenanHandmehrerer Ausführungsbeispiele ausführlich erläutert.
Fig. 1 zeigt den schematischen Querschnitt, gemäss der Linie I-I der Fig. 2, einer Wirbelstrombremse mit ihrer der Erfindung entsprechend ausgeführten Kühlungseinrichtung, sowie zwei Ausführungsformen der Mittel zur Erzeugung des kühlenden Luftstroms, die ebenfalls gemäss der Erfindung ausgeführt sind, wobei die eine Ausführungsform mit vollen und die andere mit unterbrochenen Linien angedeutet sind.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt gemäss der Linie II-II der Fig. l derselben Wirbelstrombremse, die mit Mitteln entsprechend einer dritten Ausführungsform zur Erzeugung eines kühlenden Luftstroms ausgerüstet ist.
Fig. 3 zeigt schematisch, halb im Längsschnitt und halb im Aufriss, eine Wirbelstrombremse mit Kühlungseinrichtungen entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 4 zeigt halb im Längsschnitt, halb im Aufriss, eine Wirbelstrombremse, deren Kühlungseinrichtungen entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die ebenfalls halb im Schnitt, halb im Aufriss dargestellt ist, ausgebildet sind.
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Fig. 5, schliesslich, zeigt die in Fig. 4 dar- gestellte Bremse im Schnitt halb nach der
Linie Va-Va, halb nach der Linie Vb-Vb,
Linien, die in Fig. 4 angedeutet sind.
Was nun in erster Linie die Wirbelstrombremse als solche anbelangt, die beispielsweise zum
Bremsen von Kraftfahrzeugen, z. B. Lastwagen, dienen soll, so kann man diese, abgesehen von den Kühleinrichtungen, auf irgendeine passende
Weise ausbilden, wie es z. B. in den Zeichnungen veranschaulicht ist.
Entsprechend dieser letzteren, besteht die
Bremse aus einem Rotor 1 aus magnetischem
Metall, z. B. aus weichem Stahl, der vorzugs- weise Scheibenform aufweist und auf einer
Welle 2 befestigt ist, die beiderseits des Rotors 1 in Kugellagern 2 und 4 läuft, die in den Wänden 5 eines Gehäuses befestigt sind, das auf passende
Weise an dem Fahrgestell eines Lastwagens oder anderen Fahrzeuges angebracht ist. Fernerhin befestigt man beiderseits des Rotors 1 an den
Seiten 5 des Gehäuses Polschuhe 6, die mit
Induktionswicklungen versehen sind.
Man schaltet die Induktionswicklungen 7 entweder hintereinander oder nebeneinander in einen elektrischen Stromkreis (hier nicht dar- gestellt), der mit elektrischen Einstell-und
Steuervorrichtungen (hier nicht dargestellt) ver- sehen ist und sorgt dafür, dass die Polarität der beiderseits des Rotors 1 gegeneinander gerichteten
Polschuhe entgegengesetzt ist, damit die Kraftlinien durch den Rotor 1 dringen, wenn die Windungen 7 unter Strom gesetzt werden.
Vorzugsweise verbreitert man die Kopfstücke 8 der Polschuhe 7 in Richtung auf die Drehachse der Bremse zu, um die Durchdringungsfläche der Kraftlinien auf diese Weise zu vergrössern.
Wenn die Windungen 7 unter Strom gesetzt werden, so durchdringen magnetische Kraftlinien den Rotor 1, der, wenn er sich dreht, sie schneidet und so einer starken Bremswirkung und Erwärmung unterworfen wird. Man muss also Massnahmen treffen, um die während des Bremsvorganges im Rotor erzeugte Wärme an die Aussenluft abzuführen, und so den Rotor vor seiner Vernichtung zu bewahren. Da nun meistens trotz Abkühlens des Rotors 1 ein Teil der von ihm erzeugten Wärme über die Achse nach den Kugellagern 3 und 4 geleitet wird, muss man ebenfalls die Kugellager abkühlen, um ein gutes Arbeiten der Bremse zu erhalten.
Entsprechend der Erfindung lässt man nicht nacheinander denselben Luftstrom zuerst über die Kugellager, die Achse 2 und schliesslich über den Rotor 1 streichen, sondern sieht zwei getrennte Kühlströme vor : einen für den Rotor 1 und einen für seine Kugellager 3, 4. Man erhält auf diese Weise eine besonders wirkungsvolle Kühlung, da der Kühlungsstrom noch keine Wärme der Kugellager aufgenommen hat, wenn er den Rotor erreicht. Diese getrennten Kühlungsströme können von verschiedener Natur sein, und der eine für die Kühlung der Kugellager 3, 4 aus einer Flüssigkeit, z. B. Wasser, der andere für den Rotor 1 bestimmte, aus Luft bestehen. Man kann auch zwei Kühlungsströme von gleicher Natur anwenden, insbesondere zwei Luftströme.
Im letzteren Falle kann man die beiden Kühlströme mit einer gemeinsamen Vorrichtung, z. B. einem gemeinsamen Ventilator, dessen Fördermenge in zwei oder mehrere Ströme geteilt wird, oder mit verschiedenen Vorrichtungen erzeugen.
Die Zeichnungen zeigen verschiedene, besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Gemäss der Fig. 1 befestigt man beiderseits und in unmittelbarer Nähe des Rotors 1 vorzugsweise aus nicht magnetischem Stoff bestehende Wandungen 9, 10, die zweckmässigerweise so mit Bezug auf die Polschuhe angeordnet sind, dass deren erweiterte Kopfstücke 8 sich im Raum zwischen den Wandungen 9, 10 einerseits und dem Rotor 1 anderseits befinden.
Man erhält so zwei enge Kanäle beiderseits des Rotors 1 im Innern des Gehäuses 5, 11, in die man Kühlluft einbläst, um den drehenden Rotor 1 und die erweiterten Kopfstücke 8 der Polschuhe zu kühlen, wobei die Kühlluft besonders durch den Raum zwischen den erweiterten Kopfstücken der Polschuhe dringt (s. Richtungspfeile Fig. 2). Fernerhin sorgt man dafür, dass ebenfalls Kühlungsluft in die beiden Räume zwischen' den Wandungen 9, 10 und der einen und anderen der sich gegenüberstehenden Seitenwände 5 des Bremsgehäuses geblasen wird. Die in diese letzteren Räume eingeblasene Luft kühlt die Induktionswicklungen 7, die Wellenstücke zwischen dem Rotor 1 und den Kugellagern 3 und 4 und diese Kugellager selbst.
Zum Ein-und Austritt der Kühlungsluft in diese drei oben erwähnten Räume versieht man die runde Wandung 11 des Gehäuses mit sich gegenüberliegenden Ein-und Auslassöffnungen, die man vorteilhaft in der Achsenrichtung so weit ausdehnt, dass sie sich beiderseits über den von den Wandungen 9 und 10 begrenzten Raum hinaus erstrecken und ihre Enden ebenfalls mit den beiden Räumen in Verbindung stehen, die einerseits von den Wandungen 9 und 10 und anderseits von den ihnen entsprechenden Seitenwänden 5 des Gehäuses begrenzt werden ; es versteht sich, dass man für jeden der drei Räume im Innern des Bremsgehäuses auch getrennte Ein-und Auslassöffnungen für die Kühlluft vorsehen könnte.
Entsprechend der zuerst angedeuteten Ausführungsform, sieht man vorteilhafterweise in der runden Wandung 11 des Bremsgehäuses mindestens eine längliche Einlassöffnung 12 vor, durch die gleichzeitig die drei oben erwähnten Räume mit Kühlluft versorgt werden. In einem der Einlassöffnung 12 vorzugsweise diametral gegenüberliegenden Gebiet der Wandung 11 sieht man eine oder mehrere längliche, ebenfalls den oben erwähnten Räumen gleichzeitig dienende Auslassöffnungen 13 vor..
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drei getrennte Kühlströme, die beiderseits des
Rotors die Spulen, Achsenstücke und Kugel- lager, sowie die Ober-und die beiden Seiten- flächen des Rotors umstreichen und sich nach ihrem Austritt aus dem Bremsgehäuse durch die gemeinsamen Auslassöffnungen 13 wieder vereinen.
Man erzielt so eine wirkungsvolle Kühlung aller oben erwähnten Teilstücke, des Rotors einerseits und der Induktionswicklungen, der
Achsenstücke und der Kugellager anderseits, durch frische Kühlluft, die zuvor noch keinerlei
Wärme aufgenommen hat.
Was nun den Ventilator anbelangt, der die gemeinsame Quelle der getrennt durch das
Bremsgehäuse getriebene Kühlströme bildet, so kann man diesen auf irgendeine passende Weise ausbilden und z. B. als Zentrifugalventilator 14 auf dem Ein-oder Ausgangsteil der Bremswelle befestigen. Nach der Zeichnung ist der Ventilator auf dem die Räder des Fahrzeuges antreibenden Wellenteil 15 angebracht, von wo ein Rohr 16 die geförderte Kühlluft in die Einlassöffnungen 12 der Kühlanlage des Bremsgehäuses leitet.
Gemäss einer anderen Ausführungsform gestaltet man den Ventilator folgendermassen : Im Innern eines festen Kastens 17 sind die
Schaufeln 17 a auf der Kupplungsmuffe 18 befestigt, welche zwischen der Achse 2 der Wirbelstrombremse und der Motorwelle 19 angeordnet ist (s. den mittels unterbrochenen Linien auf der rechten Seite der Fig. l dargestellten Ventilator). Man verbindet dann die fördernde Seite dieses Ventilators durch eine Leitung 20 mit den für die Kühlluft auf der runden Wandung 11 des Bremsgehäuses vorgesehenen Einlassöffnung 12.
Schliesslich speist man in einer weiteren der Erfindung gemässen Anlage die Eintrittsöffnung 12 mittels eines Ventilators 21 (mit unterbrochenen Linien in Fig. 2 gezeigt), der entweder von einem elektrischen Motor oder einem auf der Welle der Bremse laufenden Riemen angetrieben wird.
In der Ausführungsform, die in Fig. 3 gezeigt ist, erzeugt man die Kühlung der verschiedenen abzukühlenden Teile ebenfalls durch Einblasen von Luft, wobei die verschiedenen Luftströme von demselben Ventilator 21 erzeugt werden, der z. B. von einem Elektromotor 22 angetrieben wird.
Nach dieser letzeren Anlage dienen ein oder
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um schliesslich das Rotorgehäuse durch die auf der runden Gehäusewandung 11 verteilten Öffnungen 13 a zu verlassen, während ein weiterer Luftstrom ausschliesslich für die Kühlung der Kugellager 3 und 4 sorgt.
Zu diesem Zweck bringt man laut Fig. 3 beiderseits des Bremsgehäuses ringförmige Sammelkammern 23 an, die durch die Förderleitung 24 vom Ventilator 21 gespeist werden.
Fernerhin verbindet man das Innere dieser Sammelräume 23 einerseits mit den axial durch die Polschuhe 6 führenden Kanäle 25, die gegen- über dem Rotor 1 ins Gehäuseinnere münden, anderseits mit den Kanälen 26, die jeweils das Innere einer der Sammelkammern 23 mit einem der beiden im Bremsinnem unmittelbar die Kugellager 3 und 4 umgebenden Räume 27 verbinden, die vom Hauptteil des Bremsinnern durch die Scheidewände 28 getrennt sind, welche den Austritt der Kühlluft aus den Räumen 27 nach dem Rotor und dessen Magnetfelderzeuger verhindern.
Ferner verbindet man die Räume 27 mit der Aussenluft durch die Kanäle 29, wobei man diese so anbringt, dass die durch die Kanäle 26 in die Räume 27 geblasene Luft vor ihrem Auslassen durch die Kanäle 29 die Kugellager 3 und 4 kühlend umstreicht.
Schliesslich verbindet man zweckmässigerweise die Sammelkammern 23 durch Kanäle 30 mit demjenigen Innenteil des Gehäuses, der sich zwischen den Polschuhen und der Bremswelle 2 befindet, wobei man auf den Seitenflächen des Rotors 1 noch Flügel 31 anbringen kann, vorzugsweise in Kegelstumpfform mit Öffnungen 32 an ihrer Fusslinie.
Die Wirkungsweise der in Fig. 3 veranschaulichten Kühlanlage ist folgende : Die vom Ventilator 21 in jede der beiden Sammelkammern 23 geblasene Luft teilt sich in drei Kühlströme, wobei der erste die axialen Kanäle 25 der verschiedenen Polschuhe durchdringt, nach Abkühlen dieser gegen den Rotor 1 prallt, seine
Seitenwände kühlend umstreicht und schliesslich das Bremsgehäuse durch die an seiner runden Wandung 11 angebrachten Öffnungen 13a verlässt.
Der zweite Luftstrom dringt durch die Öffnungen 30 ins Gehäuseinnere, umstreicht kühlend den unmittelbar neben dem Rotor 1 befindlichen Teil 2 der Welle, dann den Rotor selbst, um ebenfalls durch die Öffnungen 13 a das Gehäuse zu verlassen. Diese beiden Luftströme werden durch die Ventilationswirkung des Rotors 1 beschleunigt, wobei diese Ventilationswirkung in gewissen Fällen den besonderen Kühlventilator ersetzen kann.
Der dritte Luftstrom schliesslich dringt durch die Kanäle 26 in den Raum 27, den er durch die Öffnungen 29 verlässt, wobei er kühlend das entsprechende Kugellager umstreicht und von der inneren Aussenseite der Sammelkammer 23 an der Oberfläche des Kugellagers entlang geleitet wird.
In dieser Ausführungsform der Erfindung erhält man so eine Kühlung aller lebenswichtigen Teile, insbesondere des Rotors 1 und der Kugellager 3, 4 durch frische Luftströme, die noch keineswegs vorgewärmt sind, so dass eine äusserst wirkungsvolle Kühlung aller dieser Teile gesichert ist.
In der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform erzeugt man den Luftstrom, der den Rotor 1 und vorzugsweise gleichzeitig die Polschuhe 6 mit ihren Induktionswicklungen 7 kühlt, mit dem Rotor 1 selbst, der so als Ventilator wirkt,
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während der Kühlstrom der Kugellager 3,4 und der Welle 2 axial das ganze Bremsgehäuse durchdringt.
Um den ersteren Luftstrom zu erhalten, sieht man Lufteinlassöffnungen 33 in den Seitenwänden 5 und auf der ganzen runden Wandung 11 des Bremsgehäuses verteilte Auslassöffnungen 13b vor. Der drehende Rotor 1 saugt auf beiden Seiten durch die Öffnungen 33 Luft an, die nacheinander die Polschuhe mit ihren Wicklungen und ihn selbst kühlend überstreichen, um dann durch die Öffnungen 13 b ausgestossen zu werden, wobei die Ventilationswirkung des Rotors 1 noch durch kleine, an seiner Peripherie angebrachte Schaufeln 34 verstärkt werden kann.
Was den axialen Strom betrifft, der die Kugellager 3 und 4 und die Welle 2 der Wirbelstrombremse kühlen soll, so lässt man ihn durch unmittelbar um das eine Kugellager (z. B. 4) angebrachte Öffnungen 35, die durch die Stege 36 von den ausserhalb um sie angebrachten Öffnungen 33 getrennt sind, eindringen. Im Gehäuseinnern dringt der Kühlstrom durch einen die Welle 2 koaxial umschliessenden Rohransatz 37, der auf dem Innenteil der Stege 36 befestigt ist, dann durch zwei mit dem Rotor 1 umlaufende Zylinderteile 38, wobei er den Rotor in dafür vorgesehenen Öffnungen 39 durchquert, um schliesslich das Gehäuse durch den Rohransatz 40, der symmetrisch zu 37 auf den Stegen 42 angebracht ist, zu verlassen.
Zur besseren Abdichtung lässt man die vorzugsweise aus magnetischem Metall bestehenden Zylinderteile 38 möglichst weit über die Bohransätze 37 und 40 greifen.
Der Rohransatz 40 steht durch Öffnungen 41 mit der Aussenwelt in Verbindung, wobei er so auf den Stegen 42 an der Gehäusewand 5 angebracht ist, dass der von den Öffnungen 33 getrennte Kühlstrom in unmittelbarer Nähe an dem Kugellager 3 vorbeistreicht.
Ein durch die Öffnungen 35 eintretender Luftstrom umstreicht somit nacheinander das Kugellager 4, die im Gehäuseinnem laufenden Welle 2 und schliesslich das Kugellager 3, wobei dieser Luftstrom vollkommen durch die Rohransätze 37 und 40 und durch die Zylinderteile 38 von denjenigen Luftströmen getrennt ist, die in die beiden Seitenwände 5 durch die Öffnungen 33 einströmen und das Gehäuse durch die Öffnungen 13 b verlassen.
Um den Kühlluftstrom zu erzeugen, der im Innern der Leitung 37,38, 39, 40 das Bremsgehäuse durchquert, kann man sich irgendeiner passenden Vorrichtung bedienen, die durch die Öffnungen 35 Luft in die Leitung einbläst, wobei das Gebläse von der Welle neben diesen Öffnungen angetrieben werden kann.
Bei der durch Fig. 4 dargestellten Ausführungsform saugt man Luft durch das Bremsgehäuse mittels auf der Verbindungsmuffe der Wirbelstrombremse angebrachten Schaufeln 43, die im Kasten 44 laufen, wobei es vorteilhaft ist, diesen Kasten 44 auf der Aussenseite der Gehäusewand 5 anzubringen, um die Auslassöffnungen 41 an den Zwischenstegen 42 zu befestigen.
Ob nun die Luft ins Gehäuseinnere geblasen oder gesaugt wird, es ist immer von Vorteil, oberhalb der Einlassöffnungen 35 ein Führungsorgan 45 vorzusehen.
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung erzeugt man den Luftstrom in der rohrförmigen Leitung 37, 38, 39, 40 durch Schaufeln 46 (mit unterbrochenen Linien angedeutet), die auf der Innenwand der Zylinderstücke 38 befestigt sind und vorzugsweise aus einem nichtmagnetischen Stoff bestehen. Natürlich könnte man auch diese Schaufeln zugleich mit einem ausserhalb des Bremsgehäuses blasenden oder saugenden Ventilator versehen.
Man kann sich damit begnügen, eine Anlage so zu gestalten, wie obig ausgeführt, oder aber man greift noch vorzugsweise zu mindestens einer der im weiteren beschriebenen Massnahmen.
Gemäss einer dieser Massnahmen trifft man zwischen dem unmittelbar im Magnetfeld der Polschuhe 6, 7 drehenden Rotorteil 1 und der Welle 2 passende Vorkehrungen, um die Übertragung der im oben erwähnten Rotorteil erzeugten Kalorienmenge durch Wärmeleitung auf die Welle 2 und von da zu den Kugellagern zu hemmen. Diese Verminderung der Wärme- übertragung kann durch eine Verminderung der Berührungsfläche zwischen dem in Frage stehenden Rotorteil und der Welle 2 erzielt werden. Man kann diese Verminderung der Wärmeübertragung aber auch durch Einschalten von schlechten Wärmeleitern zwischen den Rotor 1 und die Welle 2 erreichen.
In der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform bedient man sich der ersteren der beiden oben erwähnten Massnahmen. Der ringförmige Rotor ist auf der Nabe 47 durch eine gewisse Anzahl Speichen 48 befestigt, deren Zwischenräume die Durchlassöffnungen 39 für das in der Achsenrichtung längs der Welle 2 strömende Kühlmittel bilden. Da die Berührungsfläche zwischen den Speichenenden und dem Rotor 1 verhältnismässig klein ist, ist die Wärmeübertragung vom Rotor 1 auf die Nabe 47 und von da nach der Welle 2 und den Kugellagern 3 und 4 wirkungsvoll verringert. Anderseits ist die Wärmeübertragung durch Strahlung vom Rotor auf die Kugellager praktisch durch die rohrförmige Leitung 37, 38, 39, 40 unmöglich gemacht. Man erhält so eine gute Wärmeisolation der Kugellager, so dass man in gewissen Fällen auf einen Kühlstrom für diese verzichten kann.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung betrifft den Fall, wo der Kühlstrom von einer nicht unmittelbar mit dem Rotor 1 oder seiner Welle 2 in Verbindung stehenden Vorrichtung (Ventilator oder Pumpe) erzeugt wird und diese beispielsweise durch einen Elektromotor oder über einen Riemen, eine Kette, eine Kupplung oder ein anderes Übertragungsorgan angetrieben wird. Um in diesem Falle das Einschalten der Wirbelstrombremse so lange zu vermeiden, als
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ihre Kühlung nicht sicher ist, schaltet man gemäss einer letzten Massnahme der Erfindung in den
Erregungskreis der Polschuhe Sicherungsvor- richtungen ein, die das Erregen des Magnetfeldes so lange unmöglich machen, als die Kühlanlage nicht vorschriftsmässig arbeitet.
Diese Sicherungsvorrichtungen können bei- spielsweise aus einem Fliehkraftregler bestehen, der vom Kühlstromerzeuger (Ventilator oder
Pumpe) oder dem ihn treibenden Elektromotor getrieben werden kann und der derartig auf einen den Induktionskreis unterbrechenden Schalter wirkt, dass dieser Erregungskreis erst dann geschlossen wird, wenn der Ventilator oder die
Pumpe eine für die Kühlung ausreichende
Winkelgeschwindigkeit erreicht hat.
Gemäss einer anderen Ausführungsform dieser
Sicherungsvorrichtung, die besonders dann Anwendung findet, wenn der Ventilator oder die Pumpe von einem Elektromotor getrieben wird, werden im Erregungskreis der Induktionswicklungen der Wirbelstrombremse zwei Relais hintereinander geschaltet, die in Funktion der von dem oben erwähnten Elektromotor aufgenommenen
Stromstärke wirken, und von denen das eine den erregenden Stromkreis dann unterbricht, wenn ein zu grosser Strom durch den Motor läuft, im Falle dieser mechanisch blockiert wäre.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kühleinrichtung für elektrische Apparate, insbesondere Wirbelstrombremsen, mit Luftkühlung für den zwischen Elektromagneten umlaufenden Rotor und die Lager der Rotorwelle, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung derart ausgebildet ist, dass der oder die an dem Rotor entlang streichenden Kühlluftströme von dem oder den Kühlluftströmen, die zur Kühlung der Lager der Rotorwelle dienen, getrennt sind.