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Wirbelstromgerät, insbesondere Wirbelstrombremse Die Erfindung betrifft
ein Wirbelstromgerät mit. wenigstens einer Scheibe aus einem magnetisierbaren Werkstoff,
welche sich in einem Magnetfeld dreht, welches durch einen elektromagnetischen Induktor
erzeugt wird, welcher nur auf einer Seite dieser sich drehenden Scheibe liegt und
in dieser bei der Drehung derselben Wirbelströme erzeugt. Das betreffende Gerät
weist zweckmäßig zwei Scheiben auf, welche auf der Welle des Gerätes in einem gewissen
Abstand voneinander befestigt sind, wobei dann das Induktorsystem in dem Zwischenrauen
zwischen diesen beiden Scheiben liegt. Die sich drehenden Scheiben bilden den Rotor
des Gerätes, während das Induktorsystem seinen Stator bildet.
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Die Erfindung betrifft von diesen Geräten insbesondere, jedoch nicht
ausschließlich, diejenigen, welche als Bremsen dienen, z. B. für ein Fahrzeug, ein
Hebezeug, ein Grubenbohrgerät usw.
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Die Erfindung bezweckt, derartige Geräte so auszubilden, daß sie besser
als bisher den verschieden Erfardernissen der Praxis entsprechen und daß insbesondere
die Kühlung der sich drehenden Scheiben, in welchen Wirbelströme erzeugt
werden,
durch einfache und gleichzeitig sehr wirksame Mittel erfolgt.
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Hierfür werden erfindungsgemäß, in der Scheibe oder in jeder Scheibe
des Rotors Löcher angebracht, welche diese durchdringen, wobei auf der Außenseite
der Scheibe in der Nähe ihres Umfanges dünne Lüfterflügel geringer Höhe vorgesehen
werden, welche sich im wesentlichen in der Richtung der Drehachse erstrecken, wobei
eine ringförmige Wand, welche vorzugsweise im Querschnitt die Form eines Kreissektors
hat, die Außenenden der Lüfterflügel mit dem Innenrand der Scheibe oder der Zone
der Schieibe, in welcher sich die Löcher befinden, verbindet.
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Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung werden in der Scheibe
oder in jeder Scheibe des Rotors Löcher angebracht, welche die Scheibe durchdringen
und in mehreren konzentrischen Reihen angeordnet sind, wobei auf der Außenseite
der Scheibe zwischen je zwei Lochreihen und gegehenenfalls noch jenseits der äußersten
Lochreihe kegelstumpfförmige Wände angebracht werden, welche sich von ihrem freien
Rand aus bis zu ihrem an der Scheibe befestigten Rand so erweitern, daß sie jeder
Löschreihe die Luftströme zuführen, welche durch Lüfterflügel unter Druck gesetzt
werden, welche sich :ebenfalls auf der Außenseite der Scheibe befinden und zweckmäßig
die die Scheibe mit ihrer auf der Welle befestigten Nabe verbündende Arme bilden,
wobei noch zweckmäßig Fliehkraftflügel an dem Umfang der Scheibe derart vorgesehen
sind, daß sie über die Innenfläche derselben hinausragen, so daß sie auf dieser
Seite eine Ansaugewirkung ausüben.
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Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung wird mit einem Fliehkraftlüfter,
welcher durch' sich längs der Außenfläche der Scheibe oder der Scheiben des Rotors
erstreckende Flügel gebildet wird, ein Axiallüfter kombiniert, so daß, der von dem
Fliehkraftlüfter erzeugte radiale Luftstrom durch die Wirkung des Axiallüfters in
der Nähe oder an der Außenfläche der Scheibe oder der Scheiben aufrechterhalten
wird.
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Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielsweise
erläutert.
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Fig.I zeigt schematisch die erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Bremse in einer axial geschnittenen Halbansicht; Fig.2 zeigt in größerem Maßstab
in gleicher Weise wie Fig. I einen gemäß einer anderen Ausführung ausgebildeten
Teil der Bremse; Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linie IIl-III der Fig. 2; Fig.4
zeigt in einer der Fig. 2 entsprechenden Weise eine weitere Ausführungsform der
Erfindung; Fig. 5 zeigt schematisch eine axial geschnittene Halbansicht einer weiteren
erfindungsgemäßen Bremse; Fig. 6 ist eine längs der Linie VI-VI der Fig. 5 geschnittene
Teilansicht.
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Die Bremse hat einen Rotor mit zwei Scheiben I aus einem magnetisierbaren
Werkstoff, welche auf der mit dem zu bremsenden Teil verbundenen Welle 2 der Bremse
befestigt sind. Außerdem weist die Bremse ein elektromagnetisches gleichpoliges
oder ungleichpoliges Induktorsystem auf, welches in dem Zwischenraum zwischen den
Scheiben I des Rotors angeordnet ist und bei seiner Erregung durch einen elektrischen
Strom einen Magnetfluß erzeugt, welcher sich über die sich drehenden Scheiben I
schließt und so in diesen Wirbelströme erzeugt. Die Scheiben werden hierdurch einer
Bremswirkung und gleichzeitig einer kräftigen Erwärmung unterworfen. Die Scheiben
müssen daher gekühlt werden, uni die in ihnen durch die Wirbelströme erzeugte Wärme
an die umgebende Luft abzuführen.
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Hierfür werden erfindungsgemäß in jeder Scheibe I Löcher oder Kanäle
4 angeordnet, welche die Scheibe vollständig durchdringen. Außerdem wird auf der
Außenseite der Scheibe, d. h. auf der dem Induktorsystem 3 abgewandten Seite, in
der Nähe des Umfanges der Scheibe eine große Zahl von dünnen Lüfterflügeln 5 befestigt,
welche gegenüber dem Halbmesser der Scheibe eine geringe Höhe haben und deren größere
Abmessung im wesentlichen in Richtung der Welle 2 liegt. Die Flügel s, welche radial
liegen können, aber vorzugsweise schräg gegenüber einer Radialebene liegen (s. Fig.
3), sind miteinander an ihrem Ende durch innene und äußere Seitenflansche 5a und
5b vereinigt. Der Innenflansch 5, ist an der Scheibe zweckmäßig in dem jenseits
der Löcher 4 liegenden Umfangsgebiet durch geeignete Mittel befestigt, wie Schweißung,
Nieten, Schrauben, und kann im Querschnitt die Form eines Winkels haben (Fig. 2).
Der Außenflansch 5b wird durch eine ringförmige Wand 6 gehalten, welche zweckmäßig
im Querschnitt die Form eines Kreissektors hat und sich an den inneren Rand der
Scheibe I anschließt, wenn diese die auf Fig.2 und 3 dargestellte ringförmige Form
hat. Die Scheibe ist mit den Flügeln 5 und der Wand 6 an ihrer auf der Welle 2 befestigten
Nabe 7 durch eine gewisse Zahl von radialen Armen 8 befestigt, welche durch in der
Wand 6 angebrachte Schlitze treten und :ebenfalls als Schraubenlüfter und/oder Fliehkraftlüfter
wirken.
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Die Flügel 5 bilden einen Lüfter bekannter Bauart, welcher eine .sehr
große Luftmenge durch die Löcher 4 ansaugt, wie dies auf Fig. I und 2 durch den
Pfeil f1 angedeutet ist. Diese große durch die Flügel 5 in Umlauf gesetzte Luftmenge
bewirkt eine sehr kräftige Kühlung der Scheibe I. Die durch die Flügel 5 in Umlauf
gesetzte Luft bestreicht bereits vor ihrem Durchtritt durch die Löcher 4 der Scheibe
I einen Teil des Induktorsystems 3 und bewirkt so auch die Kühlung desselben, welche
noch durch die Wirkung der Lüfterflügel 8 verbessert wird, welche Luft durch die
Löcher 9 in den durch die Pfeile f2 angegebenen Richtungen ansaugen.
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Um zu verhindern, daß ein Teil des in Richtung des Pfeils f1 strömenden
Kühlluftstroms sich mit dem Luftstrom f2 vermischen kann, anstatt durch die Löcher
q. der Scheibe t zu gehen, wird zweckmäßig, wie auf Fig. 2 dargestellt, eine ringförmige
Wand 3" vorgesehen, welche mit dem das InduktorsYstem 3 tragenden Halter 3b fest
verbunden ist
und sich koaxial zu der Welle 2 bis in die Nähe des
Innenrandes der Scheibe I erstreckt.
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Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung (Fig. 4) wird wiederum
in jeder Scheibe I eine gewisse Zahl von Löchern oder Kanälen 4 angebracht, welche
die Scheibe durchdringen und in mehreren kreisförmigen zueinander konzentrischen
Reihen angeordnet sind, wobei außerdem auf der Außenseite der Scheibe zwischen den
Lochreihen 4 und selbst jenseits der äußersten Lochreihe kegelstumpfförmige Wände
IO vorgesehen werden, welche sich von ihrem freien Rand aus zu dem an der Scheibe
I befestigten Rand erweitern und zur jeder Lochreihe die Luftströme leiten, welche
von den Flügeln II eines Fliehkraftlüfters gefördert werden, welche an der Nabe
7 einer jeden Scheibe angebracht sind und gleichzeitig die Tragarme dieser Scheibe
bilden.
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Die Außenkanten der Flügel II werden von einer Wand 12 umgeben, welche
in der Nähe der Nabe 7 eine Lufteintrittsöffnung 13 freiläßt. 12a bezeichnet eine
rechtwinklig gebogene Innenwand. Außerdem wird am Umfang der Scheibe I eine gewisse
Zahl vom Flügeln 14 vorgesehen, welche über die Innenfläche der Scheibe I hinausragen
und bei der Drehung derselben die aus den Löchern 4 auf der Innenseite der Scheibe
I austretende Luft zu dem Umfang derselben saugen. Schließlich wird noch zweckmäßig
zwischen dem Induktorsystem 3 und der Welle 2 in der Nähe der die mittlere Öffnung
der Scheibe I verschließenden Wand 12a ein Schraubenlüfter 15 vorgesehen.
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Bei der Drehung der Welle 2 und des mit den Scheiben I versehenen
Rotors wird die Außenluft durch die Öffnungen 13 angesaugt und durch die Flügel
II unter Druck gesetzt, worauf sie durch die kegelstumpfförmigen Wände IO zu dem
konzentrischen Lochreihen 4 geleitet wird. Nach Durchströmung dieser Löcher wird
die Luft durch die Flügel 14 angesaugt und radial nach außen ausgeworfen, nachdem
sie die Scheibe I sehr wirksam gekühlt hat. Der Weg dieser Luftströme ist in Fig.
I durch die Pfeile f3 dargestellt.
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Ein durch Pfeil f4 angegebener Hilfsluftstrom wird durch den Schraubenlüfter
15 erzeugt. Dieser Luftstrom tritt durch das Innere des Gerätes, wobei er an den
Spulen des Induktorsystems vorbeistreicht, welche hierdurch gekühlt werden. Dieser
Luftstrom wird hierauf ebenfalls durch die Saugwirkung der Flügel 14 nach außen
ausgeworfen.
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Bei den in Fig. I bis 4 dargestellten Ausführungsformen der Erfindung
sind die Scheiben I verhältnismäßig dick, wodurch unter anderem die Löcher oder
Kanäle 4 eine große zylindrische Innenfläche erhalten, was ihre Wirksamkeit zur
Kühhung der Scheibe noch vergrößert.
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Gemäß einem weiteren in Fig. 5 und 6 dargestellten Kennzeichen der
Erfindung wird auf die Außenseite der Scheibe I eine gewisse Zahl von Flügeln 16
und 17 aufgesetzt, deren jeder etwa radial liegt, und die in ihrer Gesamtheit nicht
nur die Kühlfläche vergrößern, sondern auch einen Fliehkraftlüfter bilden. Die Flügel
17 sind nach der Mitte zu verlängert und werden von einer auf der Welle 2 befestigten
gemeinsamen Nabe 7a getragen, so daß :sie auch die Scheibe I halten. Zur weiteren
Vergrößerung der Berührungsfläche mit der Kühlluft worden zweckmäßig in der Außenseite
der Scheibe I radiale Riefen 25 (Fig. 6) od. dgl. angebracht. Wenn die zwischen
den die Flügel des Fliehkraftlüfters bildenden Rippen gebildeten radialen Kanäle
seitlich durch eine Außenwand geschlossen werden, welche die Luft nur in der Nähe
der Welle 2 eintreten läßt und den Austritt der Luft nur am Umfang gestattet, erhält
man eine gute Führung der Kühlluft längs der Außenfläche der Scheibe I ; hierdurch
wird jedoch eine keineswegs vernachlässigbare zusätzliche Kühlung verhindert, nämlich
die Kühlung durch Strahlung.
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Zur Vermeidung dieses Nachteils wird erfindungsgemäß mit dem durch
die Flügel I6 und 17 gebildeten Fliehkraftlüfter wenigstens ein Axiallüfter kombiniert,
welcher mit dem ersteren so zusammenwirkt, daß der durch den Fliehkraftlüfter erzeugte
zentrifugale radiale Luftstrom durch die Wirkung des Axiallüfters in der Nähe der
Außenfläche der Scheibe I und an derselben aufrechterhalten wird.
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Dieser Axiallüfter spielt sozusagen die gleiche Rolle wie die obenerwähnte
Wand, die dann fortfallen kann. Infolge des Fortfalls von die Abstrahlung verhindernden
Abschirmungen können so die heißen Flächen, insbesondere die Außenfläche der Scheibe
I, ihre Wärme frei abstrahlen.
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Der Axiallüfter wird zweckmäßig durch schraubenförmige Flügel 26 gebildet,
welche vorzugsweise mit einer rohrförmigen Nabe 27 ein Stück bilden, welche auf
der Außenseite der Flügel 16 und 17 konzentrisch zu der Nabe 7a angeordnet ist.
Die Nabe 27 kann durch Schweißung oder Hartlötung an der Außenkante der Flügel 16
und 17 befestigt werden. Der innere Teil 28 an der Nabe 27 ist zweckmäßig erweitert,
so daß er die Luftströmung begünstigt.
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In dem erfindungsgemäßen Gerät treten bei der Drehung des Rotors schematisch
durch die Pfeile f5 und f6 dargestellte Kühlluftströme auf. Die Luft wird gemäß
dem Pfeil f5 von dem Fliehkraftlüfter in das Innere der Bremse gesaugt. Sie kühlt
zunächst das Induktorsystem 3, durchströmt den freien Ringraum zwischen der Innenkante
der Scheibe I und der Welle 2, worauf sie einen Richtungswechsel von 18o' erfährt
und in der Richtung vom. innen nach außen ins Freie austritt; nachdem sie die Außenseite
der Scheibe i und der Flügel 16 und 17 bestrichen hat. Der Luftstrom gemäß
dem Pfeil /s tritt in die Nabe 27 .ein und dient insbesondere zur Kühlung der Nabe
und der Lager des' Rotors. Ein schematisch :durch den Pfeil f7 dargestellter Luftstrom
verläuft außerhalb der Nabe 27.
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Zur besseren Führung des in Richtung des Pfeils f5 angesaugten Luftstroms
an der Außenseite der Scheibe i und zur Vermeidung einer Störung dies in Richtung
des Pfeilfis f 6 angesaugten Luftstronz@s :durch den ersteren wird zweckmäßig ein
Schirm 29 an der Stelle der ringförmigen Öffnung
zwischen der Welle
2 und der Scheibe I in einer gewissen Entfernung vom der Außenseite der letzteren
vorgesehen. Dieser Schirm 29 kann an die Nabe 7a angeschweißt und an der Stelle
der Flügel I6 und 17 ausgeschnitten sein. Der Außendurchmesser des Schirms 29 erhält
natürlich den mit seiner Wirksamkeit verträglichen )kleinsten Wert, damit er nicht
die Strahlung der Scheibe I behindert.
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Die durch die Scheibe I und die Lüfter gebildete Anordnung kann aus
bearbeiteten oder gepreßten, durch Schweißung oder Hartlötung miteinander vereinigten
Teilen bestehen. Sie kann jedoch auch in einem Stück gegossen werden.