DE1946569A1 - Eddy current brake - Google Patents
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Description
R.9595
3-9.1969 Gl/GrR.9595
3-9.1969 Gl / Gr
Anlage zurAttachment to
Patent- undPatent and
GebrauchsmusterhilfsanmeldungUtility model registration
Die Erfindung bezieht sich auf eine Wirbelstrombremse, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit zwei relativ zueinander um eine gemeinsame Achse umlaufenden Teilen, von denen in dem einen, induzierten Teil bei Erregung des anderen, induzierenden,, ein Magnetfeld aufbauenden Teils Wirbel3trüme erzeugt werden, und mit einem mit dem umlaufenden Teil rotierenden. Kühlluft fördernden Ventilator.The invention relates to an eddy current brake, in particular for Motor vehicles with two revolving around a common axis relative to one another Parts, of which in one, induced part when the other is excited, inducing, part of which a magnetic field is built up, vortices are generated, and with a rotating with the rotating part. Promoting cooling air Fan.
Bei Wirbelstrombremsen wird die Bremsenergie in Wärme umgesetzt, die insbe-With eddy current brakes, the braking energy is converted into heat, which in particular
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sondere bei in Fahrzeugen eingebauten Wirbelstrombremsen hauptsächlich durch Konvektion an die vorbeistreichende Luft abgegeben wird. Die bisher eingesetzten Wirbelstrombremsen ha^bengur besseren Wärmeableitung am umlaufenden, induzierten Teil Kühlrippen und Lüfterschaufeln, die den Kühlluftdurchsatz erhöhen. Da Pahrzeugwirbelstrombremsen aber dauernd mit der Antriebseinrichtung des Fahrzeugs fest verbunden sind, geht daher bei nicht eingeschalteter Bremse von der Antriebsleistung des Fahrzeugs ein gewisser Teil als Lüfterverlust verloren. Um den Lüfterverlust klein zu halten, hat man daher versucht, einen Kompromiß zwischen Lüfterleistung und Kühlleistung einzugehen. Dies hat jedoch zur Folge, daß bei starkem und lang anhaltendem Bremsen die induzierten Teile sich bis zur Rotglut erwärmen. Dabei erhöht sich deren elektrischer Widerstand, so daß sich das Bremsmoment infolge Verringerung der Induktion verkleinert. Dazu trägt ferner die durch Wärmedehnung bedingte Luftspalterweiterung bei. Außerdem erhöht sich bei Erwärmung der Erregerwicklung auch deren Widerstand, so daß der Erregerstrom sinkt.especially with eddy current brakes built into vehicles Convection is given off to the passing air. The previously used Eddy current brakes have better heat dissipation on the rotating, induced part cooling fins and fan blades that increase the cooling air flow. Since Eddy Current Brakes but continuously with the drive device of the vehicle are firmly connected, therefore, when the brake is not switched on, a certain part of the drive power of the vehicle is lost as a fan lost. In order to keep the fan loss small, attempts have been made to to make a compromise between fan performance and cooling performance. However, this has the consequence that with strong and long-lasting braking, the induced Parts heat up until they burn red. This increases their electrical power Resistance, so that the braking torque as a result of reducing the induction scaled down. The expansion of the air gap caused by thermal expansion also contributes to this at. In addition, when the excitation winding is heated, its resistance also increases, so that the excitation current decreases.
Auch wurde zum Vermindern der Lüferverluste beispielsweise durch die französische Patentschrift 1 174 03^ schon vorgeschlagen, die Lufteintrittscffnungen des Ventilators durch einen Schieber zu verschließen, wenn die Bremse nicht eingeschaltet ist, und durch die Wirkung des Magnetfeldes zu öffnen, wenn die Bremse eingeschaltet wird. Durch die bei dieser Ausfuhrungsform bedingten scharfen Kanten an den Lufteinlässen und an der Schieberkante, die eine Umlenkfläche bildet, ist zu befürchten, daß sich Luftwirbel bilden, an deren Randbereich sich Staub ablagert, der bei bestimmter· Ansammlung die Funktionsfähigkeit der Kühlluftsteuerung beeinträchtigen kann. The French, for example, also helped to reduce fan losses Patent specification 1 174 03 ^ already proposed the air inlet openings of the fan to be closed by a slide when the brake is not switched on, and opened by the effect of the magnetic field when the Brake is switched on. Due to the sharpness required in this embodiment Edges on the air inlets and on the edge of the slide, which have a deflection surface it is to be feared that air eddies will form, at the edge of which dust is deposited, which if certain accumulations can impair the functionality of the cooling air control.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wirbelstrombremse zu schaffen, die nur während ihrer Einschaltdauer gekühlt und zwar sehr intensiv gekühlt wird und die betriebssicher ist«The object of the invention is to create an eddy current brake that only is cooled during its duty cycle and is cooled very intensively and is operationally safe «
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ventilator ein von dem induzierenden und dem induzierten Teil getrenntes Lüfterrad hat, das mit dem umlaufenden Teil kuppelbar i3t.This object is achieved in that the fan is one of has a separate fan wheel for the inducing and the induced part, which can be coupled to the rotating part.
Die Wirbelstrombremse nach der Erfindung1 hat in nicht eingeschaltetem ZustandThe eddy current brake according to the invention 1 is not switched on
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in Bezug zur Antriebsleistung des Fahrzeugs, in dem sie eingebaut ist, vernachlässigbare schädliche Lüfterverluste. Durch die erreichbare große Wärmeabfuhr erhöht sich ihre Dauerbremsleistung erheblich. Femer wird durch die hohe Lüfterleistung auch die Bremsleistung erhöht. Schließlich hat die erfindungsgemäße Wirbelstrombremse auch ein sehr günstiges Bremsleistungsgewicht.negligible in relation to the drive power of the vehicle in which it is installed harmful fan losses. Due to the large heat dissipation that can be achieved their continuous braking performance increases considerably. Furthermore, through the high fan power also increases braking power. Finally, the invention has Eddy current brake is also a very cheap braking power weight.
Eine sehr einfach aufgebaute Wirbelstrombremse mit ein- und abschaltbarem Lüfterrad erhält man, wenn das Lüfterrad ganz oder teilweise aus ferromagnetischem Werkstoff besieht und im Streufeld des induzierenden Teils angeordnet ist. Hierdurch wird erreicht, daß gleichzeitig mit dem Erregen des induzierenden Teils das Lüfterrad mit dem getriebenen, umlaufenden Teil gekuppelt wird. Diese Wirkung tritt auch ein, wenn das Lüfterrad über eine Magnetpulverkupplung mit dem umlaufenden Teil in Verbindung steht.A very simple eddy current brake with an on and off switch Fan wheel is obtained when the fan wheel is made entirely or partially of ferromagnetic Material and arranged in the stray field of the inducing part is. This ensures that simultaneously with the excitation of the inducing Part of the fan wheel is coupled with the driven, rotating part. This effect also occurs when the fan wheel is connected to the rotating part via a magnetic particle coupling.
Die LufterIeistung des Ventilators wird bedeutend erhöht, wenn das Lüfterrad über ein ein- und abschaltbares Übersetzungsgetriebe mit dem umlaufenden Teil verbindbar ist. Vorzugsweise wird das Getriebe vom Streufeld des induzierenden Teils eingeschaltet.The fan output is significantly increased when the fan wheel Via a transmission gear that can be switched on and off with the rotating part is connectable. The transmission is preferably switched on by the stray field of the inducing part.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:Two embodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail below. Show it:
Fig. 1 eine Wirbelstrombremse der Klauenbauart im Längsschnitt und Fig. 2 eine Wirbelstrombremse der Klauenbauart mit Übersetzungsgetriebe im Längsschnitt .Fig. 1 shows an eddy current brake of the claw type in longitudinal section and 2 shows an eddy current brake of the claw type with a transmission gear in longitudinal section.
Zwei aneinander befestigte Polringe 11, 12 haben klauenartig ineinandergreifende Polschuhe 13, 14, deren Polflächenfln einer Zylinderflache liegen. Die Polringe 11, 12 umschließen zusammen mit den Polschuhen 13, 14 eine gleichachsig angeordnete Erregerspule 15· Im axialen Hohlraum der Polringe 11, 12 , die an einem Träger 44 eines Fahrzeugs gehalten werden, ist eine zeitweise abzubremsende Welle 16 auf zwei Kugellagern 17* 18 gelagert.Two pole rings 11, 12 attached to one another have claw-like interlocking Pole shoes 13, 14, the pole faces of which lie on a cylinder face. the Pole rings 11, 12, together with the pole pieces 13, 14, enclose an equiaxed one arranged excitation coil 15 in the axial cavity of the pole rings 11, 12, that are held on a carrier 44 of a vehicle is temporary Shaft 16 to be braked is mounted on two ball bearings 17 * 18.
Auf dem mit Längsnuten 19 versehenen Ende der Welle 16 sind ein Anschlagring 20 mit einer radialen Reibfläche 21 und eine einseitig offene Trommel 22 mit einer Nabe 23 aufgesteckt und mit einer Mutter 24 gesichert. Der zylindrischeOn the end of the shaft 16 provided with longitudinal grooves 19 are a stop ring 20 with a radial friction surface 21 and a drum 22 open on one side a hub 23 and secured with a nut 24. The cylindrical one
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Mantel 25 der Trommel 22 greift über die Polschuhe 13* 14 > wobei er zwischen sich und den Polschuhen einen Luftspalt beläßt. Zwischen der Stirnwand 26 der Trommel 22 und dem benachbarten Polring 12 ist ein Ringraum, in dem ein " Lüfterrad 30 auf einem auf der Nabe 23 sitzenden Rollenlager 27 frei drehbar und um ein geringes Maß axial verschiebbar gelagert ist.Jacket 25 of drum 22 engages over pole pieces 13 * 14 > leaving an air gap between itself and the pole pieces. Between the end wall 26 of the drum 22 and the adjacent pole ring 12 is an annular space in which a "fan wheel 30 is freely rotatable on a roller bearing 27 seated on the hub 23 and axially displaceable by a small amount.
Die Beschaufelung 31 des nach der Radiallüfterbauart ausgebildeten Lüfterrades 30 hat nahezu axial sich öffnende, der Stirnwand 26 der Trommel 22 zugewandte Einlasse 32 und radial in den äußeren Teil des Ringraumes geöffnete Auslässe 33· Die der bogenförmigen Vorderseite des Lüfterrades 30 angeglichene Stirnwand 26 der Trommel 22 hat den Einlassen 32 des Lüfterrades 30 gegenüberliegende Durchbräche 34. Ebenfalls sind im Zylindermantel 25 radial über den Auslassen 33 des Lüfterrades 30 Durchbrüche 35· Auf seiner Außenseite hat der Zylindermantel 25 radiale Rippen 36> die von einem Blechmantel 37 größtenteils abgedeckt sind.The blades 31 of the fan wheel designed according to the radial fan design 30 has inlets 32 that open almost axially, facing the end wall 26 of the drum 22, and outlets that open radially into the outer part of the annular space 33 · The end wall adapted to the arched front of the fan wheel 30 26 of the drum 22 has the inlets 32 of the fan wheel 30 opposite one another Breakthroughs 34. Also in the cylinder jacket 25 are radially above the outlets 33 of the fan wheel 30 has openings 35 · The cylinder jacket has on its outside 25 radial ribs 36> which are largely covered by a sheet metal jacket 37 are.
Auf dem dem Anschlagring 20 zugewandten Teil trägt das Lüfterrad 30 eine Reibscheibe 40, die mit der Reibfläche 21 des Anschlagringes 20 eine gute Reibpaarung zum Kuppeln der beiden Teile ergibt. Auf der gegenüberliegenden Seite hat das Lüfterrad 30 eine schmale, ringförmige Gleitfläche 41., der eine Gleitscheibe 42 in der Stirnwand 26 der Trommel 22 gegenüberliegt. Wenn das Lüfterrad 30 nicht aus ferromagnetisehern Werkstoff besteht, trägt es auf seiner dem Polring 12 zugewandten Seite einen Ring 43 aus ferromagnetischem Werkstoff.On the part facing the stop ring 20, the fan wheel 30 carries a friction disk 40, which is a good friction pairing with the friction surface 21 of the stop ring 20 for coupling the two parts. On the opposite side, the fan wheel 30 has a narrow, annular sliding surface 41, which is a sliding washer 42 in the end wall 26 of the drum 22 is opposite. If the fan wheel 30 is not made of ferromagnetic material, it carries on its Pole ring 12 facing side a ring 43 made of ferromagnetic material.
Die beschriebene, in einem Fahrzeug eingebaute Wirbelstrombremse wirkt wie folgt:The described eddy current brake installed in a vehicle acts like follows:
Bei fahrendem Fahrzeug dreht die Welle 16 die Trommel 22 mit einer der Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechenden Umlaufgeschwindigkeit, Das frei zur Trommel 22 drehbare Lüfterrad 30 gleitet mit seiner Gleitfläche 41 auf der Gleitfläche 42 der Trommel 22. Es wird durch die Reibung zwischen den beiden Teilen mit- " genommen, wobei es beim Ansaugen von Luft gegen die Gleitscheibe 42 gezogen wird. Das von der Trommel 22 auf das Lüfterrad 30 übertragene Drehmoment hängt von der Größe der Reibung zwischen der Gleitfläche 41 und der Gleitscheibe 42 ab.. Da diese Reibung sehr gering ist, bewegt sich die Lüfterleistung in vernach-When the vehicle is moving, the shaft 16 rotates the drum 22 at one of the vehicle speed The fan wheel 30, which is freely rotatable relative to the drum 22, slides with its sliding surface 41 on the sliding surface 42 of the drum 22. It is due to the friction between the two parts with- " taken, wherein it is drawn against the sliding disk 42 when air is sucked in. The torque transmitted from the drum 22 to the fan wheel 30 depends on the size of the friction between the sliding surface 41 and the sliding washer 42 from .. Since this friction is very low, the fan power is negligible.
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lässigbaren Grenzen.permissible limits.
Wird zum Bremsen die Spule 15 erregt, so daß der von den Polringen 11, 12 und den Polschuhen 13» 14 über den Luftspalt auf den zylindrischen Mantel 25 der Trommel übergehende Magnetfluß in dem Mantel 25 Wirbelströme erzeugt, die mit ihrer elektromotorischen Kraftwirkung ein Bremsmoment erzeugen, greift das magnetische Streufeld auch auf das Lüfterrad 30 bzw. dessen ferromagnetischen Ring 43 über und zieht das Lüfterrad 30 gegen den Polring 12. Bevor dieses Jedoch am Polring 12 zur Anlage kommt, wird es mit seiner Reibscheibe 40 gegen die Reibfläche 21 des mit der Welle 16 umlaufenden Anschlagringes 20 gezogen. Die hohe Reibwirkung zwischen der Reibfläche 21 und der Reibscheibe 40 bewirkt ein Mitnehmen des Lüfterrades 30, und zwar beim Beschleunigen unter gleitender und dann unter ruhender Reibung. Dabei saugt das stromungstechnisch günstig ausgelegte Lüfterrad 30 große Luftmengen durch die Durchbrüche 34 der Trommel 22 an unä schleudert sie radial nach außen durch die Durchbrüche 35 im Trommelmantel 25. Am Blechmantel 37 wird die geförderte Luft axial umgelenkt und streicht dann an der Außenseite des Trommelmantels 25 und dessen Rippen 36 vorbei ins Freie. Dabei wird der durch die Wirbelströme erwärmte Trommelmantel 25 intensiv gekühlt. Ein Teil der vom Lüfterrad 30 geförderten Luft wird durch den Stau an der Umlenkstelle zwischen die Polschuhe 13» 14 hindurchgedrückt, wobei diese und die Erregerspule 15 ebenfalls gekühlt werden.If the coil 15 is energized for braking, so that of the pole rings 11, 12 and the Pole shoes 13 »14 over the air gap on the cylindrical jacket 25 of the drum transient magnetic flux in the jacket 25 generates eddy currents with their If the electromotive force generates a braking torque, the magnetic one takes effect Stray field also on the fan wheel 30 or its ferromagnetic ring 43 over and pulls the fan wheel 30 against the pole ring 12. Before this, however comes to rest on the pole ring 12, it is with its friction disk 40 against the Friction surface 21 of the stop ring 20 rotating with the shaft 16 is drawn. The high frictional effect between the friction surface 21 and the friction disk 40 causes a Taking along the fan wheel 30, namely when accelerating with sliding and then with static friction. In terms of electricity, this sucks in a favorable way designed fan wheel 30 large amounts of air through the openings 34 of the drum 22 at unä flings them radially outward through the openings 35 in the drum shell 25. The conveyed air is deflected axially at the sheet metal jacket 37 and then brushes the outside of the drum jacket 25 and its ribs 36 over into the open. The drum shell heated by the eddy currents is thereby 25 intensely chilled. Part of the air conveyed by the fan wheel 30 is pressed through the jam at the deflection point between the pole shoes 13 »14, this and the excitation coil 15 are also cooled.
Beim Abschalten des Erregerstromes verschwindet das Magnetfeld, so daß die angesaugte Luft das Lüfterrad 30 mit seiner Gleitfläche 4l wieder gegen die Gleitscheibe 42 zieht, worauf die Luftförderung wieder unterbrochen wird.When the excitation current is switched off, the magnetic field disappears, so that the sucked air the fan wheel 30 with its sliding surface 4l again against the Sliding disk 42 pulls, whereupon the air supply is interrupted again.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist im wesentlichen genau so aufgebaut wie das nach Fig. 1. Es·unterscheidet sich lediglich im Antrieb des Lüfterrades 30, das in diesem Fall zum Fördern größerer Fördermengen mit gegenüber der Trommeldrehzahl erhöhter Drehzahl angetrieben wird. Dazu hat das Llifterrad 30, das hier nicht auf dor Nabe 23 axial verschiebbar, sondern auf zwei Kugellagern 50, 51 nur drehbar ist, an seiner Nabe 30' eine Außenverzahnung 52. Mit dieser Außenverzahnung 52 kämmen mehrere, auf exzentrischen Zapfen 53 der Anschlagscheibe 20 mit Kugellagern 54 gelagerte Zahnräder 55. die als Planetenräder umlaufen können. Die Zahnräder 55 kämmen außerdem mit einer zur Außenverzahnung 52 gleichachslgen Innenverzahnung 57 an einem Hing 5^Ί dor aufThe embodiment of FIG. 2 is essentially constructed in exactly the same way like that according to FIG. 1. It differs only in the drive of the fan wheel 30, which in this case is used for conveying larger delivery quantities the drum speed is driven at increased speed. The lift wheel also has 30, which is not axially displaceable here on the hub 23, but on two Ball bearings 50, 51 is only rotatable, on its hub 30 'an external toothing 52. With this external toothing 52 mesh several, on eccentric pins 53 of the stop plate 20 with ball bearings 54 mounted gears 55. as Planet gears can rotate. The gears 55 also mesh with a External toothing 52 equiaxed internal toothing 57 on a Hing 5 ^ Ί dor
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der Nabe 30' des Lüfterrades 30 über ein Rollenlager 58 frei drehbar und um ein kleines Maß axial verschiebbar ist. Auf seiner dem Polring 12 zugewandten Seite trägt der Ring 56 einen Reibring 59» der am Polring 12 anliegend den Ring 56 bremst. Dagegen hat der Ring 56 auf seiner dem Lüfterrad j50 zugewandten Seite eine Ringfläche 60, die mit einer im Lüfterrad 30 eingesetzten Gleitscheibe 6l ein gut gleitendes Axiallager bildet.the hub 30 'of the fan wheel 30 via a roller bearing 58 freely rotatable and around a small amount is axially displaceable. On its side facing the pole ring 12, the ring 56 carries a friction ring 59 which rests on the pole ring 12 Ring 56 brakes. In contrast, the ring 56 has on its side facing the fan wheel j50 Side an annular surface 60 with a sliding washer inserted in the fan wheel 30 6l forms a well-sliding axial bearing.
Wenn die Erregerspule 15 ein Magnetfeld aufbaut, zieht das gegen den Ring 56 gerichtete Streufeld den aus ferromagnetische!« Werkstoff bestehenden Ring 56 gegen den Polring 12, so daß dieser mit seinem Reibring 58 am Polring 12 anliegt. Dadurch rollen die Zahnräder 55 bei umlaufender· Welle 16 auf der Innenverzahnung 57 des gebremsten, stillstehenden Rings 56 ab, so daß das Lüfterrad 30 mit seiner Außen verzahnung 52 in Drehung versetzt wirdj und zwar mit einer vom Wälzkreisdurchmesser der Innenverzahnung 52 und der .Außenverzahnung 57 abhängigen Übersetzung. Das Lüfterrad 30 dreht sich daher mit einer höheren Drehzahl als die Trommel 22 bzw. die Welle 26,When the excitation coil 15 builds up a magnetic field, it pulls against the ring 56 directed stray field the ring 56, which is made of ferromagnetic! «material against the pole ring 12 so that it rests with its friction ring 58 on the pole ring 12. As a result, the toothed wheels 55 roll on the internal toothing while the shaft 16 is rotating 57 of the braked, stationary ring 56, so that the fan wheel 30 with its outer toothing 52 is set in rotation with one of the The pitch circle diameter of the internal toothing 52 and the external toothing 57 are dependent Translation. The fan wheel 30 therefore rotates at a higher speed than the drum 22 or the shaft 26,
Beim Abbauen des Magnetfeldes hebt sich die zwischen dem Polring 12 und dem Reibring 58 erzeugte Bremskraft auf. Dadurch, daß nun der Ring 56 mit den Zahnrädern 55 frei umlaufen kann, entfällt das auf dem Ring 56 ausgeübte Drehmoment. Auf das Lüfterrad 30 wird keine nennenswerte Leistung mehr übertragen.When the magnetic field is reduced, the between the pole ring 12 and the Friction ring 58 generated braking force. The fact that now the ring 56 with the gears 55 can rotate freely, the torque exerted on the ring 56 does not apply. No more significant power is transmitted to the fan wheel 30.
Ergänzend wird bemerkt, daß zum Einschalten des absehaltbaren Lüfterrades anstelle der Reibungskupplung mit Vorteil auch eine Magnetpulverkupplung verwendbar ist, die vom Streufeld des Induktors der Wirbelstormbremse geschaltet wird.In addition, it is noted that to switch on the lockable fan wheel Instead of the friction clutch, a magnetic particle clutch can advantageously also be used, which is switched by the stray field of the inductor of the eddy current brake will.
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