Wirbelstrombremse Die Erfindung betrifft Wirbelstrombremsen jener Art, in denen ein an einer zu bremsenden Welle be festigter Läufer in einem Magnetfeld drehbar ist, das bei der Drehung des Läufers in dem Läufer Wirbel ströme erzeugt, die eine Bremswirkung auf den Läufer ausüben.
In Wirbelstrom'bremsen der genannten Art ist es üblich, das erforderliche Magnetfeld mit Hilfe von mehreren getrennten elektromagnetischen Polschuhen von entgegengesetzter Polarität zu erzeugen, die der zu der Läuferachse normalen Fläche einer Läufer scheibe zugekehrt und so angeordnet sind, dass ihre Achsen auf einem mit der Achse des Läufers kon zentrischen Kreis liegen. Diese Ausbildung erfordert die Anordnung mehrerer Spulen zur Magnetisierung je eines der Polschuhe.
In der Beschreibung des schweizerischen Patentes Nr. 364 549 ist gezeigt wor den, dass dies vermieden werden und eine einzige Spule zum Magnetisieren eines Magnetfelderzeugungs- organs verwendet werden kann, wenn eine homopo- lare Ausbildung mit konzentrischen Polschuhen ent gegengesetzter Polarität angewendet wird, die der Fläche einer Läuferscheibe zugekehrt sind.
Für manche Zwecke ist jedoch die Verwendung einer homopolaren Ausbildung weniger vorteilhaft als eine, in der miteinander abwechselnde Pole ent gegengesetzter Polarität der Fläche einer Läufer scheibe zugekehrt sind. Dagegen :ist es stets wün schenswert, nur eine einzige Erregerspule zu verwen den.
Die Erfindung ermöglicht die Vereinigung dieser wünschenswerten Eigenschaften.
Erfindungsgemäss besteht in einer Wirbelstrom bremse der vorgenannten Art ein mit dem Läufer zu- sammenwirkendes Magnetfelderzeugungsorgan aus einem Innen- und einem Aussenring, zwischen denen eine Erregerspule angeordnet ist, wobei der Aussen ring mit Polschuhen versehen ist, die von ihm auf beiden Seiten der Spule einwärts vorstehen, und der Innenring mit Polschuhen versehen ist, die von ihm auf beiden Seiten der Spule auswärts vorstehen,
und wobei die Polschuhe des Innenringes mit denen des Aussenringes derart abwechseln, dass bei einem Stromdurchfluss durch die Spule auf beiden Seiten der Spule Polschuhe mit entgegengesetzten Polaritä ten miteinander abwechseln. Vorzugsweise ist jeder zweite der von dem Aus sen- und dem Innenring auf der einen bzw. der an deren Seite der Spule vorstehenden Polschuhe mit dem betreffenden Ring einstückig, während die übri gen Polschuhe in jeder geeigneten Weise an den Rin- gen befestigt sein können.
Dies erleichtert den Zu sammenbau des Magnetfelderzeugungsorgans, da die Ringe leicht mit der Spule zusammengebaut werden können, die zwischen den mit den Ringen einstücki- gen, vorstehenden Polschuhen angeordnet ist. Dann werden die übrigen Polschuhe mit Hilfe von Schrau ben an den Ringen befestigt, so dass das Magnetfeld erzeugungsorgan eine Baueinheit bildet.
Zweckmässig erstrecken sich die Polschuhe von den Rändern der Ringe weg und sind zwischen auf einanderfoIgenden Polschuhen auf entgegengesetzten Seiten des Aussenringes Vertiefungen vorgesehen, so dass zwischen dem Aussenring und dem von dem In nenring auswärts vorstehenden Polschuhen Luftspalte vorhanden sind, während die von dem Aussenring einwärts vorstehenden Polschuhe an ihren dem In- nenring benachbarten Enden mit -nichtmagnetischen Abstandshaltern versehen sind.
Vorzugsweise sind die von jedem Ring auf einer Seite der Spule vorstehenden Polschuhe gegenüber den auf der anderen Seite der Spule von dem Ring vorstehenden versetzt angeordnet.
Die Polschuhe sind vorzugsweise so geformt, dass zwischen einander benachbarten Polschuhen beträcht- liche radiale Luftspalte vorhanden sind, welche Durchlässe für eine Kühlluftströmung bilden, die durch die Drehung des Läufers gegenüber dem die Magnetfelderzeugungsorgane aufweisenden Ständer erzeugt wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der bei gefügten, ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt Fig. 1 teilweise im Querschnitt eine erfindungsge- mäss ausgebildete Wirbelstrombremse, wobei der Schnitt in einer die Läuferachse enthaltenden Ebene geführt ist.
Fig. 2 zeigt teilweise im Querschnitt eine Stirn ansicht von der in Fig. 1 rechten Seite gesehen.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt nach der Linie 3 - 3 der Fig. 2.
Fig. 4 zeigt eine Stirnansicht einer Hälfte eines ein Magnetfeld erzeugenden Organs, von der in Fig. 1 linken Seite gesehen.
Fig. 5 zeigt schaubildlich einen Teil eines ein Ma gnetfeld erzeugenden Organs mit Angabe der Rich tung der magnetischen Kraftlinien.
Die in den Zeichnungen dargestellte Wirbelstrom- bremse weist einen Ständer auf, der durch zwei Ma- gnetfelderzeugungsorgane gebildet wird, sowie einen gegenüber dem Ständer drehbar gelagerten Läufer. Die beiden Magnetfelderzeugungsorgane sind von der gleichen Konstruktion und in der Achsialrichtung der Läuferwelle .im Abstand voneinander angeordnet.
Je des Magnetfelderzeugungso.rgan besteht aus einem Aussenring 1 und einem Innenring 2 aus magneti schem Material, beispielsweise Weicheisen, von de nen sich vorspringende Polschuhe 3 bzw. 4 radial er strecken. Die Polschuhe 3 stehen von dem Aussen ring 1 einwärts vor, und die Polschuhe 4 stehen von dem Innenring 2 auswärts vor. Die Polschuhe sind so geformt, dass zwischen ihnen im wesentlichen ra diale Schlitze vorhanden sind. Die Ausbildung der Magnetfelderzeugungsorgane wird nachstehend aus führlicher beschrieben. Zunächst sei auf die Ausbil dung der Bremse im allgemeinen eingegangen.
In dem Ringraum zwischen den Ringen 1, 2 und den Polschuhen 3,-4 ist eine Erregerwicklung 8 an geordnet. Die Erregerwicklung kann an einer Quelle einer Erregerspannung angeschlossen werden, die der geforderten Erregung entspricht. Eine Klemme jeder Erregerwicklung ist am Gehäuse an Masse gelegt; die anderen Enden sind an die Klemmen 9 und 10 ange schlossen (siehe Fig. 2). Die Klemmen sind an einem Aussengehäuse 11 angebracht, das mittels Stellschrau ben 12 an dem Aussenring befestigt ist.
Das Gehäuse > .ist mit Rippen .13 versehen, welche die Klemmen 9, 10 vor einer Beschädigung schützen und die Steifig- keit des Gehäuses erhöhen. Das dargestellte Gehäuse ,ist mit vorspringenden Ösen 14 ausgebildet, an denen es mit Hilfe einer elastischen Hülse 16 an einer orts festen Halterung 15 befestigt werden kann.
In dem Ständer ist ein Läufer gelagert, der eine Welle 17 und zwei drehfest mit der Welle verbundene Läuferscheibenpaare 18, 19 und 20, 21 aufweist. Die Welle ist in Lagern 22 gelagert, die hier als Kugel lager dargestellt sind. Jedes Lager ist in einer Vertie fung 23 angeordnet, die am Innenumfang des Innen ringes 2 ausgebildet ist. Die Vertiefungen für die La ger können mit einer Büchse aus Stahl oder Messing versehen sein, die in die Endplatten eingegossen ist.
Jedem der Magnetfelderzeugungsorgane ist ein Läuferscheibenpaar zugeordnet, und zwar sind die Läuferscheiben 18, 19 dem linken und die Läufer scheiben 20, 21 dem rechten Organ zugeordnet. Die Läuferscheiben 19, 20 der beiden Paare sind nahe beieinander angeordnet. Die Innenseite der Läufer scheibe 19 ist mit radialen Rippen 25 versehen, die zwischen die entsprechenden Rippen 26 auf der be nachbarten Scheibe 20 eingreifen. Die Läuferschei ben 19, 20 sind im Bereich ihres Innenumfanges mit Ausnehmungen 27 versehen, durch die Kühlluft in den Raum zwischen den Läuferscheiben eintreten kann, in dem die Rippen der Läuferscheibe eine aus wärtsgerichtete Luftströmung erzeugen.
Die Öffnun gen 27 führen aus dem Inneren der Magnetfelderzeu- gungsorgane heraus.
Die Läuferscheiben 19, 20 sind an der Welle 17 wie folgt befestigt: Die Welle ist mit einem ringför migen Vorsprung 28 versehen, der einander entge gengesetzte Schultern bildet, an denen die Scheiben 19, 20 anliegen. Der Vorsprung kann mit der Welle einstückig sein oder aus einem auf sie aufgeschrumpf ten Bund bestehen. Zur drehfesten Anordnung der Scheiben auf der Welle ist diese mit im Abstand an geordneten ringförmigen Ausnehmungen 29 ausge bildet, von denen jede eine Ringfeder 30 bildet, an der ein Rand des Innenumfanges der Scheiben 19, 20 angeschweisst wird.
Die andere, äussere Scheibe 18 des dem linken Magnetfelderzeugungsorgane zuge ordneten Läuferscheibenpaares 18, 19 ist an der Welle 17 mittels eines Kupplungsorgans 31 befestigt, das bei 32 mit der Welle 17 keilverzahnt ist. Das Kupp lungsorgan 31 wird auf der Welle durch eine Mutter 33 gehalten, die auf das Wellenende aufgeschraubt ist. Ein ähnliches Mittel dient zur Befestigung der äusseren Läuferscheibe 21 auf der Welle 17. Die Kupplungsorgane sind mit den benachbarten Enden einer zu bremsenden Welle verbunden.
Zum leichteren Verständnis der Ausbildung der Magnetfelderzeugungsorgane sei die in Fig. 5 gege bene schaubildliche Darstellung eines der Organe un ter Hinzuziehung der Fig. 2, 3 und 4 betrachtet. Der Aussenring 1 ist mit einwärtsgerichteten Polschuhen versehen, die sich auf beiden Seiten der Erregerwick lung 8 von den Rändern des Ringes weg erstrecken. Die auf der in Fig. 5 rechten Seite der Spule liegenden, einwärtsgerichteten Polschuhe 3 sind mit dem Aus senring einstickig..
Die auf der anderen Seite der Er regerwicklung 8 liegenden Polschuhe 4, die sich von dem Innenring 2 auswärts erstrecken, sind mit diesem einstickig ausgebildet. Zwischen den Polschuhen 3 sind Polschuhe 35 angeordnet, die abnehmbar an dem Innenring befestigt sind und somit mit den an den Aussenring vorgesehenen abwechseln. Ebenso sind zwischen den an dem Innenring befestigten Polschu hen 4 Polschuhe 36 vorgesehen, die an den Aussen ring befestigt sind und sich von ihm einwärts er strecken.
Die von dem Aussenring einwärts vorstehen den Polschuhe auf der einen Seite der Erregerwick lung 8 sind daher gegenüber den auf der anderen Seite der Spule befindlichen versetzt angeordnet. Die von dem Innenring auswärts vorstehenden Polschuhe sind ähnlich versetzt. Die Versetzung der Polschuhe ist jedoch nicht wesentlich.
Die Polschuhe erstrecken sich von den Rändern der Ringe. Der Aussenring ist nut Vertiefungen 37 ausgebildet, in welche sich die Polschuhe 4 und 35 des Innenringes erstrecken. Auf diese Weise werden Luftspalte 38 gebildet, die einen hohen magnetischen Widerstand in dem sie durchsetzenden Kraftlinien weg bilden. Die inneren Enden der von dem Aussen ring vorstehenden Polschuhe 3 und 36 sind in ähn licher Weise im Abstand von dem Innenring 2 ange ordnet, so dass an den inneren Enden dieser Pol schuhe Luftspalte vorhanden sind.
Wenn durch die Erregerwicklung 8 ein Strom fliesst, sind magnetische Kraftlinien vorhanden, die durch die mit Pfeilen versehen strichlierten Linien angedeutet sind. Infolge des Vorhandenseins der Luft spalte 38 verlaufen die magnetischen Kraftlinien ab wechselnd zwischen auf einander entgegengesetzten Seiten der Erregerwicklung liegenden Polschuhen, so dass diese einander entgegengesetzte Polaritäten ha ben.
Da die Polschuhe den Flächen der einander be nachbarten Läuferscheiben zugeordnet sind, verläuft der in die Läuferscheiben eintretende magnetische Fluss im wesentlichen wie in Fig. 5 dargestellt, ob wohl zur Erzeugung des Kraftflusses in jedem Ma gnetfelderzeugungsorgan nur eine einzige Erreger wicklung erforderlich ist. Die Polschuhe sind so geformt, dass zwischen ein ander benachbarten Polschuhen im wesentlichen ra diale Luftspalte vorhanden sind, zwischen denen bei sich .drehendem Läufer eine Kühlluftströmung vor handen ist. Diese Kühlluftströmung wird durch die an den Läuferscheiben vorgesehenen radialen Rippen er zeugt.
Zu diesem Zweck kann man die von dem In nenring 2 vorstehenden Polschuhe 4 mit parallelen Seiten und die von dem Aussenring einwärts vorste henden so ausbilden, dass ihre Seiten von der Rich tung der Läuferachse divergieren.
Die Erregerwicklung 8 kann aus einem ununter brochenen Leiter bestehen. Sie kann aber auch in Form von gleichzeitig gewickelten parallelen Leitern bestehen, die an ihren äusseren Enden mit einzelnen Klemmen versehen und deren innere Enden an der Scheibe 2 an Masse gelegt sind.
Wenn eine aus einem einzelnen Leiter bestehende Wicklung verwendet wird, ist die Stromstärke im all gemeinen so gross, dass zum Schliessen des Stromkrei ses ein durch einen Schalter betätigtes elektromagne tisches Schütz erforderlich ist. Die aus mehreren Lei tern bestehende Spule ermöglicht die Verwendung von einfachen Schaltern und eine direkte Betätigung. Wenn die Schalter nicht zur gleichzeitigen Betätigung mit einander gekuppelt sind, kann die Erregung und da mit auch das Drehmoment durch Betätigung einzel ner Schalter abgestuft werden..
Die Kühlung der Anordnung erfolgt wie folgt: Bei einer Drehung des Läufers gegenüber dem Ständer wird von den Rippen 25, 26 auf den einander benach barten Scheiben 19, 20 ein radial auswärts gerichteter Luftstrom erzeugt. Diese Luft tritt radial einwärts durch die Öffnungen 34 in das Gehäuse 11 ein. Diese Öffnungen 34 führen zu den Radialschlitzen, die zwi schen den in Winkelabständen voneinander angeord neten, vorspringenden Polschuhen 3, 4 dieser Organe vorhanden sind. Die einwärtsströmende Luft tritt durch die Ausnehmungen 27 in den Läuferscheiben 19, 20 und strömt dann aus dem Gehäuse heraus.
Die dargestellte Konstruktion weist zwei Läufer scheibenpaare auf, denen je ein einziges Magnetfeld erzeugungsorgan zugeordnet ist. Man kann natürlich gegebenenfalls auf der Welle 17 noch ein weiteres Magnetfelderzeugungsorgan anordnen und das Ge häuse so verlängern, dass es das zusätzliche Ma gnetfelderzeugungsorgan mit dem ihm zugeordneten Läuferscheibenpaar trägt. Auf diese Weise erhält man eine Konstruktion mit sechs Scheiben und kann man auch eine Konstruktion mit acht Scheiben erhalten, wenn dies notwendig ist, um die gewünschte Leistungs vernichtung zu erzielen. Bei geringeren Bremsmomen ten kann dagegen eine Anordnung mit zwei Scheiben und einem einzelnen Magnetfelderzeugungsorgan An wendung finden.
Da der von jedem der Magnetfelderzeugungsorgane erzeugte Kraftfluss über die Luftspalte zwischen dem Läuferscheibenpaar und dem ihm zugeordneten Ma gnetfelderzeugungsorgan tritt, ist der Kraftfluss über die beiden Luftspalte gleich, so dass die Möglichkeit, dass eine Ungleichheit der von den auf Magnetfeld erzeugungsorganen auf die Scheiben ausgeübten ma gnetischen Anziehungskräfte zu einer Unsymmetrie oder einer auf den Läufer einwirkenden resultieren den Axialkraft führt, auf ein Minimum herabgesetzt wird.