DE1946569A1

DE1946569A1 - Wirbelstrombremse

Info

Publication number: DE1946569A1
Application number: DE19691946569
Authority: DE
Inventors: Hans Dr-Ing Aichert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1969-09-13
Filing date: 1969-09-13
Publication date: 1971-03-18
Also published as: JPS4749730B1; FR2030860A5; CH514249A; AT304288B; ES383578A1

Description

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3-9.1969 Gl/Gr

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

ROBERT BOSCH GNSH, 7 Stuttgart W, Breitscheidstrasse 4 Wirbelstrombremse

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.

Bei Wirbelstrombremsen wird die Bremsenergie in Wärme umgesetzt, die insbe-

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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.

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.

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«

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.

Die Wirbelstrombremse nach der Erfindung¹ hat in nicht eingeschaltetem Zustand

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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.

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.

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.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Wirbelstrombremse der Klauenbauart im Längsschnitt und Fig. 2 eine Wirbelstrombremse der Klauenbauart mit Übersetzungsgetriebe im Längsschnitt .

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.

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 zylindrische

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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.

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.

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.

Die beschriebene, in einem Fahrzeug eingebaute Wirbelstrombremse wirkt wie folgt:

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-

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lässigbaren Grenzen.

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.

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.

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 auf

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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.

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,

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.

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.

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Claims

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Ansprüche

' 1./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 Magnet-" feld aufbauenden Teils Wirbelströme erzeugt werden, und mit einem mit dem umlaufenden Teil rotierenden, Kühlluft fördernden Ventilator, dadurch gekennzeichnet, daß der. Ventilator ein von dem induzierenden (11 - 14) und dem induzierten Teil (22) getrenntes Lüfterrad (30) hat, .das mit dem umlaufenden Teil (22) kuppelbar ist.

2. Wirbelstrombremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens ; teilweise aus ferromagnetischem Werkstoff bestehende Lüfterrad (30) im

magnetischen Streufeld des induzierenden Teils (11 - 14) angeordnet ist, derart, daß. es bei Erregung des induzierenden Teils mit dem umlaufenden Teil (22) gekuppelt wird. .- '

3. Wirbelstrombremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lüfterrad (30) mit dem umlaufenden Teil (22) über eine ffeignetpulverkupplung verbindbar ist, die im Streufeld des induzierenden Teils (11 - 14) liegt.

4. Wirbelstrombremse nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Lüfterrad (30) zwischen dem induzierten (22) und dem induzierenden Teil ClI τ 14) gleichachsig und frei drehbar angeordnet ist.

5· Wirbelstrombremse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Lüfterrad (30) eine Reibscheibe (40) trägt, mit der es mit dem umlaufenden Teil

(20, 22) kuppelbar ist. ,„««wren

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64 Wirbelstrombremse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Lüfterrad .(50) über ein abschaltbares Übersetzungsgetriebe (52, 55» 57) mit dem umlaufenden Teil (20, 22) kuppelbar ist.

7· WjLtbelstrombremse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsgetriebe ein Planetenrädergetriebe (52, 55* 57) ist.

8. Wirbelstrombremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der induzierende« Teil die·Form eines Ringes mit in der Umfangsflache liegenden Polflächen (15, 14) hat und der induzierte Teil die Form einer Trommel (22) hat, die mit ihrem zylindrischen Mantel (25) über die Polflächen greift, dadurch gekennzeichnet, daß das Lüfterrad (20) zwischen der Stirnwand (26) der Trommel (22) und dem Induktorring (12, 13) angeordnet ist. h

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