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Wirbelstrom-Bremsen, -Dynamometer und -Kupplungen Die vorliegende
Erfindung bezi,ebt sich auf Verbesserungen an Wirbelstrom-Bremsen, -Dynamolnetern
und -Kuppl,ungen., bei denen Kraft von einem treibenden Teil auf einen getriebeirn
Teil mittels Wirbelströme übertragen wird, die unter diem Einfluß der Relativbewegung
zwischen den treibenden tiind den getriebenen; Teilen von einem magnetischen Kraftlinienstromkreis
erzeugt -,\-er-,den, der mit lidleer Konzentration von einem der Teile austritt
und in den anderen Teil eintritt.
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Bei Vorrichtun en dieser Art kann, wie bekannt, ,der getriebene Teil
durch geeignete Vorrichtungen von einer Drehung a'bge'halten w-erd@en, während'
der treibende Teil in seiner Drehung fortfährt und den Widerstand gegen Umlauf Überwindet,
der durch die elektromagnetische Kopplung geschaffen wird. Die Kraft, die beim Überwinden
des Widerstandes gegen UlnIauf entwickelt wird', erzeugt Wirbelströme in der Oberfläche
des Ankerringes, der e:inien Teil der Maschine bildet. Die als Folge der Wirbelströme
auftretende Wärme in der Ankerringoberfläche wird durch den Umlauf von Luft, Wasser
oder einer anderen Flüssigkeit um den Ankerring 'herum abgeleitet.
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Die für diese Zwecke bisher verwendeten Kü'hlsysteme 'haben die Luft
oder die Kü'hl'flüssig!keit der Oberfläche des Arukereinges in einer Entfernung
von derjenigen Oberfläche zugefiihnt,, in welcher die Winbel-ströme erzeugt werden.
In einigen Fälilen ist einte zusätzliche Lufttkühllung auf der Wirbel,stromfläche
vorgesehen worden.
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Für gewöhnlich; wenn auch nicht notwendig, erfolgt die Wirbelstromerzeugung
an der inneren Umfangsfläche des Ankerringes, und die Kühlflüssigkeit
zirkuliert
um die äußere Umfangsfläche des Ringes 'herum. Infolge dieser Ausführung is-t eine
Eis,;rr- oder Stallstärke zwischen der Wirbelstronioberfläche und der Oberfläche,
die der Kühlflüssigkeit ausgesetzt ist, vorhanden, die für gewöhnlich nicht weniger
als 6 mm und bei großen Maschinen etwa 24 mm beträgt. Diese Metallstärke wird bestimmt
durch a) den kreisringförmigen Raum, d.er für den Durchgang des magnetischen Kraftlinienstromes
erforderlich ist, und b) durch die mechanische Festigkeit, so daß im allgemeinen
die vorhandene Stärke nur innerhalb geringer Grenzen geändert werden kann. Da die
erzeugten Wirbelströme eine Frequenz haben,, die eine Funktion der Anzahl der Pole
auf dem einen umlaufenden Teil und ihrer Umlaufgeschwindigkeit relativ zu dein anderen
Teil is,t, ist erkenntlich, daß diese Frequenz hoch ist und daß inifolged'essen
die Wirbelstrom-(oder Wärme-)erzeugung in einem dünnen Abschnitt des Ankers nächst
dem die Pole tragenden timlatifenden Teil stattfindet. Es wurde beispielsweise gefunden,
daß im wesentlichen 95% der erzeugten Wärme innerhalb einer dünnen @I:talh schickt
erzeugt werden, in die der Kraftlinienstroni eintritt und die nur 1,5 mm
oder ähnlich tief ist. Die Kühlflüssigkeit oder der größereTeil derselben ist auf
diese Weise von dl--m Bereich getrennt, in dem die Wirbelströme (und infolgedessen
diie Wärme) erzeugt werden. Dieser Bereich erreicht deshalb eine Temperatur, die
wesentlich über chrjenigen liegt, die auf der mit der Kühlflüssigkeit in Berührung
stehenden Oberfläche gemessen wird. Der Ternperaturabfa11 oder der Temperattirtint,erschi@ed
zwischen den beiden Oberflächen ist groß, da Eisen oder Stah11. aus dem der Ring
notwendigerweise bestehen muß; ein verhältnismäßig schlechter Wärmeleiter ist.
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Eine hohe Temperatur an einer Oberfläche des Ringes (für gewöhnlich
der inneren Oberfläche) und eine sehr viel tiefere Temperatur an der anderen Oberfläche
ist unvorteilhaft, weil a) das Material des Ringes hohen Temperaturbeanspruchungen
unterworfen wird, b) der elektrische Widerstand des Ringes mit der Temperatur ansteigt
und die Wirbelstromerzeugung vermindert, wodurch die Leistungsfähigkeit der Maschine
'herabgesetzt wird, und c) der Luftspalt zwischen,dem treibenden und dem getriebenenTeil
mit steigender Temperatur sich erhöht und die Kraftlinienstronikonzentration vermindert,
was wieder die Leistung der Maschine 'herabsetzt. Um diese Nachteile auf annehmbaren
Größen zu halten, ist es bisher notwendig ,gewesen, in .dem Aufbau genügend Fläche
an der \Virbals,tromoberfläche des Ankerringes vorzusehen, so daß ein geringer Temperaturabfall
zwischen den warmen unddenkalten Oberflächen gesichert ist. Hierdurch wird aber
die ganze Maschine größer, als sonst notwendig sein müßte. Jede Vergrößerung ist
jedoch unerwünscht wegen der erhöhten Kosten und des erhöhten Trä@glieitsmoments
der umlaufenden Teile.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt eine Ausführung einer Wirbelstromanlage
der in Frage stehenden Art, die eine schnellere Ableitung der erzeugten Wärme gestattet,
wodurch die Wirbelstromo,berfläche des Antkerringes auf sehr viel niedrigeren Temperaturen
als bisher gehalten werden kann. Ferner sollen Teml)eraturlaeansprucliungen im wesentlichen
ausgeschaltet und gleichzeitig die Wirbelstromerzeugung verbessert werden. Die _1usfü'hrung
ermöglicht es auch, daß die Ringoberfläche für eine bestimmte Leistung wesentlich
vermindert wird, so daß Größe und Kosten verkleinert werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist bei Wirbelstromeinrichtungen
der eingangs erwähnten Art, bei denen der eine Teil eine den Kraftlinienstrom aufnehmende
Oberfläche uiid der andere Teil eine den Kraftlinienstrom verdichtende Oberfläche
'hat, eine Einrichtung vorgesehen, um eine Kühlflüssigkeit in Form eines dünnen
Films zwischen den beiden Teilen in Umlauf zu setzen, und zwar in Berührung mit
der den Kraftliiiienstrom aufnefhinenden Oberfläche.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen veranschaulicht, in denen verschiedene
Durchführungen bei einer Wirbelstroni-13r-:inse oder einem Wirbelstram-Dvnatnometerdargestellt
sind. Die Erfindung kann aber natürlich auch 1>e1 Wirl>elstroin-Kupphingen, Kupplungen
od. dgl. verwendet werden, bei denen eine Übertragung einer Kraft von einem treibenden
Teil auf einen getriebenen Teil erfolgt. In den Zeichnungen ist Fig. i ein Längsschnitt
durch eine Ausführungsform der Erfindung Fig. 2 ein Querschnitt mach Linie 2-2 der
Fig. t, Fig. 3 ein Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung.
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F g. 4 ein senkrechter Schnitt nach Linie 4-4 der ib Fig. 3,
Fig. 5 ein Querschnitt nach Linie 5-5 der Fig. 3. aus dem verschiedene Strömungsrichtungen
erkenntlich sind, Fig. 6 ein Schnitt ähnlich Fig. 3, jedoch nur teil-,weise und,
vergrößert. aus dein eine abgeänderte Form der Spulenlagerung ersichtlich ist, Fig.
7 eine Teilansicht ähnlich dem unteren Teil von Fig. i mit einer abgeiinclerten
Wasserzuführtln:g. Fig. 8 ein senkrechter Schnitt nach Linie 8-8 der Fig. 7 und
Fig. 9 ein senkrechter Teilschnitt einer weiteren AbwandIung der Erfindung.
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Entsprechende Teile in den verschiedenen :1nsichten der Zeichnungen
sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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In der nachstehenden Beschreibung der verschiedenen Formen der Vorrichtung
wird die Kühlflüssigkeit durchweg mit Wasser bezeichnet, das in den meisten Fä'flen
die am besten zu verwendend" Flüssigkeit ist. Es 'können aber auch andere FI'üssigkeiten
mit oder ohne bauliche Änderungen der Vorrichtung verwendet werden.
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Bei der in den Fig. i und 2 dargestellt°n Durchführungsform sitzt
ein nach Art der Leistlungswaagen beschränkt verdrehbarer Stator S, der der getriebene
Teil i,st, in \-rni den Ständern P getragenen
Lagern B und wird
außer an einer kleinen, in bekannter Weise erfolgenden. Schwing- oder Pendelbewegung
an einer anderen Bewegung durch einen eicht dargestellten Drehkraftarm verhindert,
der mit dem einen oder dem anderen Punkt T auf der Oberfläche des Stators verbunden
ist. Der Dreh-,kraftarm steht in bekannter Weise mit einer Waage in Verbindung,
um die Kraft festzustellen, die notwendig ist, um die Bewegung des Stators zu verhüten,
zum Zweck, das Drehmoment zu berechnen.
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Der Rotor, der der treibende Teil ist, ist allgemein mit D bezeichnet
und besteht aus ,einem magnetischen Rotor 2, der auf einer Welle i aufgekeilt ist,
die sich in innerhalb des Stators S befindlichen Lagern RB dreht. Der Rotor 2 ist
in bekannter Weise lan seiner Außenumfangsfläche mit zwei Sätzen von, den Kraftlinienstrom
verdichtenden Zähnen 3 und 4 versehen, die durch eine in Umfangsrichtung verlaufende
Vertiefung G getrennt sind. Die Zähne verlaufen ü'1>liclierweise parallel zur Achse
der Welle, jedoch ist dies nicht unbedingt tiotw-end@ig.
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Der Stator S besteht vorzugsweise aus zwei Hal,l>teilen 9, die bei
A miteinander verbunden sind und die zwischen sich einen in Umfangsrichtung verlaufenden
Kanal C bilden, in welchem Abstandsstücke 8 zur Aufnähme einer in Umfangsrichtung
gewickelten Spule 5 liegen, deren Kraftlinienfeld bei W dargestellt ist.
Die Spule ist in einer dichten b-letallumhüllung untergebracht (Hülle I-), :so daß
Kühlwasser um die Spule'herumströmen kann, dline sie zu beschädigen. Die Enden der
Spule 5 führen durch Metallrohre F_ 'hindurch, die an der Metallumhüllung Y angelötet
oder anderweitig befestigt sind. Ein Kiihlwassereinlaß ist bei 28 :dargestellt.
Selbstverständlich können ähnliche Einlässe um den Umfang der Spule 5 'herum verwendet
werde.ti, um, falls gewünscht wird, die Wassereinlaßkapazität zu vergrößern.
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Eine endlose, kreisringförmige, unmagnetisch° und vorzugsweise aus
Bronze bestehende Rinne 6 von 'kanalförmiger Ausbildung liegt zwischen den beiden
Halbteilen 9 des Stators, um das Wasser rings um den Spu.lenraum zu führen, wobei
Packungsringe X an jeder Kante der Rinne 6 vorgesehen sind:. Die Rinne 6 weist eine
Anzahl Öffnungeti 7 auf, die in Abständen um die Rinne 'herum verteilt Biegen. Die
öffnungen 7 können aber auch nur in einem Teil der Rinne vorgesehen sein, oder es
kann nur eine einzige Öffnung vorhanden sein.
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Wirbelstromzylinder i i und; 12 aus weichem Eisen oder Stähl sind
an der Innenfläche des Stators S befestigt. Die Befestigung erfolgt vorzugsweise
,durch Anschweißen der Endflansche 16 derselben an dem Stator. Die Zylinder i i
und 12 können natürlich auch ohne Flansche eingesetzt und unmittelbar auf den Stator
aufgekeilt werd@:n, jedoch ermöglichen die Flansche 16 ein leichteres Herausnehmen
der Zylinder, falls diese durch Abnutzung, Korrosion od. d g1. beschädigt sind.
Um die Zylinder i i und 12 herauszunehmen, ist lediglich notwendig, die Abschnitte
der angeschweißten Flansche in einer Dreh- oder Bohrbank wegzuschneiden. Die Zvlüeder
11 11n(1 12 könn:n auch vollständig weggelassen werden, wie dies bei der in Fig.
3 dargestellten zweiten Ausführungsform beschrieben ist; und die Innenflächen der
Statorhälften 'können direkt für Induktive Wirbelstromzwecke benutzt werden. Die
schmalen Luftspalte 13 (Fig. i) zwischen den Zylinderre i i und 12 und der Oberfläche
des Stators haben: nur einen geringen Widerstand und vermindern nicht wesentlich
den magneti,sc'hen Wirkungsgrad der Maschine. Kleine Innenflansche 17 sind an .den
Außenenden der Zylinder i i und 12 jerneeits der Enden der Zähne 3 und 4-des Rotors
zu Zwecken vorgesehen, diie später noch beschrieben werden. Hohle, kreisringförmige
Kopfstücke 2o sind mittels Balzen 23 an den Enden der Stator-'hälften 9 befestigt.
Die Kopfstücke 20 sitzen an den Itlittellträgern 21, die in,den Lagern B gelagert
sind. Wasserausläsee 24 liegen in den unteren Teilen der Kopfstücke 2o. Prallplatten
26 'liegen oberhalb der Auslässe, um :das Wasser nach den Auslässen hin, zuleiten.
Ein Was,serabschluß gegen die Lager B und, RB erfolgt durch packungslose Labyrinthdichtungen,
die durch axiale Flansche 18 an,den Gegenenden des Rotors 2 und radiale Flansche
i9 auf den Kopfstücken sowie durch Diaphragmen 219.ge-:bildet werden, die die Innenfläche
-der Kopfstücke bilden.
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Kühlwasser wird unter Druck beim Eindaß 28 eingeführt und strömt in
radialer Richtung durch die Öffnungen 7 in Rinne 6 .in die Vertiefung G hinein und
wird um den Rotor herum verteilt. Sobald der Rotor sich dreht, was üblicherweise
der Fall ist, wenn Wasser zugeführt wird, erfassen die Zähne 1,4 das Wasser und
werfen es kräftig gegen die Innenflächen der beiden Wirbelstromzylinder i i und
12. Da das Wasser unter Druck am Einlaß 28 eingeführt wird, strömt es in axialer
Richtung ,gegen die Kopfstücke 2o, wiedies . d'urch die Pfeile in Fig. i angedeutet
ist. Die Zähne 3 und .4 wirken al,s Schaufeln, schleudern das Wasser in radialer
Richtung nach außen und 'halten es an den inneren Wirbelstromflächen des Stators.
Die Innenflansche 17 an den Außenenden der Wirbelstromzylinder i r und 12 sorgen
dafür, daßeinziemlich tiefer Wasserfilm von mehr oder weniger gleichmäßiger Stärke
an den inneren Oberflächen der Zylinder i i und 12 aufrechterhalten: wird. Die Enden
der Zähne 3 und 4 tauchen in diesen Film 'hinein und schieben das Wasser um den
Umfang der Zylinder i i :und 12, wobei gleichzeitig das Wasser aus den Enden,, wie
bei 25 dargestellt, 'hera:usgedriickt wird. Hier trifft es auf die Prallplatten
2'6, die dem Wasser die Tangentialkräfte nehmen und sie auf :den Stator übertragen.
Die dem Wasser in tangentialer Richtung gegebene Energie wird also aufgenommen und
erscheint als Drehmoment :in der Maschine. Da das Wasser sehr schnell durch den
Kraft:linienstromspalt G strömt, erfolgt eine sehr wirksame Kühlung, und die Wärme
wird von der den Kraftliniensbrom aufnehmenden Oberfläche der Wirbelstromringe i
i und 12 abgeleitet, an deren Spitzen die Oberflächentemperatur am 'höchst"en ist.
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Die Kopfstücke 2o leiten das Wasser von dem Scheitel um :die Maschine
'herum zu den Wasserauslässen
24 am Boden. Die Flansche 18 schleudern
das Wasser nach auswärts und verhindern auf diese Weise, d'aß sich das Wasser auf
einer größeren Tiefe an den Flanschen i9 sammelt. Es kann also kein Wasser die Welle
i der Maschine erreichen. Die Diaphragmen 290 wirken in der Hauptsache als Väkuurnschutzwände
für die Lager B und RB.
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Fig. 7 und 8 zeigen eine Ausführung der Rinne 6, bei welcher das Wasser
näher zur Mitte der Maschine geleitet wird. Aus Fig. i ist erkenntlich,, daß der
,innerste Durchmesser der Rinne 6 gezwungenerweise gröffle@r ist al-s der äußerste
Durchmesser des Rotors 2 an den Zähnen 3 und 4. Bei der in den Fig. 7 und 8 dargestellten
Ausführung wird eine Rinne 92 verwendet, die nach einwärts gerichtete Tüllen 93
mit Auslaßöffnungen 94 hat. Die Tüllen sind schmal genug, um beim Zusammenbau in
den zwischen zwei nebene'inanderliegenden Zähnen des Rotors bestehenden Raum eingeführt
werden zu können. Der Vorteill d'i,ciser Abänderung besteht darin, daß das Wasser
auf der Innenseite der Zen trifugaleinwirkun.g des Rotors und in einer Zone geringen
Druckes in die Vertiefung G hineingeführt wird. Der Druck zum Eindrücken von, Wasser
in die Apparatur hinein braucht also nicht einen Druck zu üherwindi@m, der infolge
der Zentrifugalkraft auftritt;er kann sogar noch durch d'ieseKraft unterstützt werden,
wobei der Rotor selbst die I-lauptl>uinl>w-irkuiig erzeugt.
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Bei der in den Fig. 3, 4 und 5 dargestelIten Ausfiilirtiiugsfiorin
tritt des Kühlwasser an einem Ende der Maschine ein wund strömt,an dem anderen Eudie,
aus. Bei dieser Ausführung wird der Sta-tor S aus zwei 'kreisförinia n Halbteilen
43 mit Trägern io, 14, 15 und 21 für die den Kraftl'inienstrom erregende Spule 45
gebildet. Diese Träger bestehen aus einem Stück mit den Hallbteil,en 43 oder sind
mit denselben verschweißt oder anderweitiig ;befestigt. Die Spule ist luftgekühlt,
wobei Luft diem Eimaß 47 durch die Düse 49 des Luftgebläses 51 zugeführt wind. Die
Düse 49 liegt konzentrisch um den Einlaß 47, uni eine genügende Bewegungsfreiheit
für die erforderlichen Schwing- und Schwenkbewegungen des Stators S zu geben. Eine
Pra11platte 53 ist an der Oberseite des Einliasse's 47 vorgrsehen, um die Luft in
zwei Ströme zu unterteilen, dlie nach aufwärts in den Durchlässen um die Spule 45
'herum an, gegenständigen Seiten des Stators zti, dem Auslaß 3o am Scheitel des
Stators strömen.
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Das Kühlwasser für die Wirbetstromflächen strömt bei 220 in das kreisförmige
Kopfstück 52 an einem Ende des Startors S ein. Das einströmende Wasser wird -durch
die Pralilplatte 95 geteilt, die bewirkt, daß das Wasser die beiden halbkreilsförmigen
Kanäle 115 an je einer Seite des Kopfstückes nach aufwärts strömt. Ein kreisringförmiger
Flansch, der sich nach einwärts erstreckt, ragt von dem Ende des Stators S vor.
Die innere Kante dieses Flansches endet eine 'kurze Entfernung von einer Schulter
des Stators, so,daß ein ringförmiger Durclilaß zwischen diesen beiden Teilen verbleibt.
Der Flansch 116 ,liil-det ein Wehr, über welches das in dien Kanälen ii5 ,befintdliche
`'Wasser indieRäume 118 hinein zwischen den Rotor 2 und die Wirbelstromfläche des
Stators strömt. Das Wasser fließt längs des Luftspakes auf der ganzen Länge der
den Kraftl,inie,nstroin aufnehmenden Fläche 119 entlang und fällt in@ einen kreisringförmigen
Kanal 127, der in einem Kopfstück 55 an dem dein Kopfstück 52 gegenüberdi.egenden
Ende des Stators S vorgesehen ist. Das Kopfstück 55 ist an seinem unteren Teil mit
einem Auslaß 126 versehen, durch welchen das Wasser abströmt.
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Das kreisringförmige Wehr ist wichtig, @da das Wasser in Berührung
mit dem Rotor 2 an einem kleineren Radius in einer Zone niederen Druckes gebracht
und deshalb das Wasser radial nach außen durch die Zähne des sich drehenden Rotors
D gegen die Innenfläche i i9 des Stators S und quer durch die! Maschine hindurch
gegen den Auslaß'kanal 12e7 geleitet wird.
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Wenn auch das 'hreisringförm,i,ge Wehr eine Druckdifferenz erzeugt,
so kann es doch weggelassen werden, -sobald @in dein Eimaß 220 ein die gleiche Aufgabe
erfüllendes Druckwasser eingeführt wird.
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Dichtungen 34 auf einem Schutzring 140 verhindern, d@aß Wasser nach
abwärts in die Innenseite der Maschine hineinfli'eßt, und eine kredsrin:gförmige
Kammer ioo ilei,tot das ganze Wasser in den Kanal 127. Der Überschuß sammelt sich
auf diem Boden 28o der Kammer ioo, von wo es durch die Zentrifugalkraft in den unteren
Teil ,der Kammer 127 hinein gedrückt wird, uni endgültig aus ,dem AuslaB abgeführt
zu werden.
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Die Rotorzähne 9o verlaufen ohne Unterbrechung über die ganze- Länge
des RotorS 2. Sie sind, wie bei 8o ersichtlich, am Auslaßende verlängert, um in
Längsrichtung sich erstreckende Flügel 128 zu bilden., die dazu dienen, das Wasser
in die Kammer 127 hinein über eine Kante 129 des Kopfstückes 55 zu leihen. Auf dle@r
Innenseite der Kante 129 weist der Rotor eine Dichtungsleiste 132 auf.
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Diaphragmen 29o sind @in jedem Kopfstück vorgesehen, um Aals Vakuumschutz
für die Lager RB dies Rotors zu dienen. Selbstverständlich 'können die Schutzringe
140 und die Di@alitungen 34, wenn notwendig, an der Wassereinlaßseite der Maschine
verdoppe'lt werden, um zti verhüten, d'@aß Wasser von der Kammer i 15 leer eintritt.
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Aus Fig. 3 ist deutlich erkenntlich, daß die.in den Lagern B gehaltenen
Stirnwände 210 den Träger für den ganzen Stator S bilden und diaß die Antriebswelle
i den Träger (in den Lagern RB) für den. Rotor 2 'bindet. Stützen P tragen wieder
die Lager B. Eine Anzahl entsprechender Augen T ist zwecks Befes,tigun:g
des Drehmomientanzeigearmes (nicht, dargestellt) auch hier vorgesehen.
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Die Spule 45 ist vom Wasser durch den schmalen Teil der @beiden Hauptteile
des Stators, der diie Spulenträger io und 14 trägt, getrennt. Wenn auch dieserTei,l
aus Stahl ergesteflt wird, so verursacht er einen magnetischen Verlust. Die Teile
werden deshalb so dünn gemacht, daß sie magnetisch gesättigt sind. Wird jedoch ein
'höherer m.agnet,ischer Wirkungsgrad' gewünscht. sn wird ein unmagnetisches
Band,
wie z. B. das Bronzeband 211 (Fig.6), pnwischen, die beiden Statorhälften
in Schlitze eingesteckt, in deren Boden die Dichtungen 44 eingelegt sind,, so daß
ein Abschluß gegen dim Eintritt von Wasser zur Spule geschaffen ist.
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Während die auf ,diese Weise auf der inneren Fläche des. Stators S
befindliche Vertiefung ini wesentlichen den Wasserstrom nicht stört, ist es erwünscht,
die Zentrifugalwirbel.ung des Wassers in dieser Vertiefung zu vermeiden. Dies wird
dadurch erreicht, daß die gegenüberliegenden Teile der Rotorzghne weggeschnitten
werden, so daß zwei Sätze von. Zähnen 9i (Fi-g. 6) entstehen. GewüxrscL-te-nIfalls
'kann dieses Merkmal auch gegenüber den Trägern io und 14 bei der in Fig. 3 dargestellten
Ausführungsforfm der Erfindung ,angewendet werden, wenn diese Träger .in eine Vertiefung
eingeschweißt sind.
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Wenn auch früher dargelegt worden ist, daß die den KraftLinienstrom
ver,dichternden Zähne 3 und 4 parallel zur Achse des Rotors verlaufen, ist dies
nicht unbedingt notwendig. Die Erfindung ist auch bei Vorrichtungen verwendbar,
bei denen die Zähne anders angeordnet sind. So 'können die Zähne schraubenförmig
um den Umfang des Rotors 'hierum verlaufen, so daß sie den Durchfluß des Kühlwassers
längs der warmen Wirbelstromfläche ;in axialer Richtung begünstigen.
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Bei der in Fig. 9 dargestelLten weiteren Ahänderumg hat der Rotor
D eine abgeschrägte Außenfläche, und der Stator S hat eine entsprechend abgeschrägte
Bohrung. Die Zähne 3 verlaufen ebenfalgls gbgeschrägt. Das Kühlwasser wind! an einer
Stelle oder an mehreren Stellen des im Kopfstück 52 befindlichen Ringkanals i 15
an demjenigen Ende des Rotors zugeführt, das den kleineren Durchmesser aufweist,
und wird von einer Stelle oder von mehreren Stellen aus dem im Kopfstück 55 befindlichen
Ringkanal 127 an demjenigen Ende des Rotors abgeleitet, das den größeren Durchmesser,
hat. Bei .dieser Ausführung unterstützt die Zentrifugalkraft das Fließen des Kühlwassers
in axialer Richtung längs der warmen Wirbelstrornfläche.
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Die Kopfstücke 52 und 55 in Fig. 3 und 9 oder das Kopfstück 2o in
Fig. i, die die Wasiserkanäle enthalten, können aus unmagnetische:m Material, wie
Messing oder Bronze, oder gewünschteafal'ls aus u.nmgagnetischem Eisen bestehen.
Die Verwendung von unmagnetischem Material erhöht den magnetischen Wirkungsgrad
der Maschine.
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Wenn auch .in der vorstehenden Beschreibung die den Kraftlinienstrom
aufnehmende glatte Oberfläche als an der Innenseite des Stators liegend und die
den Kraftliinienstrom verdichtenden Zähne als an der Umfangsfläche des Rotors liegend
beschrieben sind, kann, natürlich auch die Erfindung bei Wirbelstromvorrichtungen
angewendet wepdg°n, bei denen die die Kraftlinien verdichtenden Zähne auf der Innenfläche
des Stators und ,die den Kraft,-linienstrom aufnehmende glatte Oberfläche sich auf
der Umfangsfläche des Rotors befindet. Jedoch ist die Ausführungsform mit Zähnen
auf dem Rotor die vorteilhaftere für die Führung edier Kü'hl;fl.üssigkeit, wie sich
aus den folgenden Betrachtungen ergibt.
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Bei allen Ausführungsformen, der Erfindung ist es erwünscht, d@aß
die Größe des Wasserstromes derart ist, daß die Spitzen der auf dem Rotor befind,Licben
Zähne gerade in den vonderZentrifugalkraft gebildeten Was-serzy4inder auf dien inneren
Wirbelstromflächen des Stators eintauchen. Dadurch wird vermieden, daß,die Zwischenräume
zwischen den Rotorzähnen sich mdt Wasser anfüllen und Ea:@r.gie verbraucht wird,
um das Wasser zu lgew.gen, wodurch die Mindestleistung der Vorrichtung heraufgese.tzt
wird.
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Die Drehmomentwirkung des Wassers auf die Maschine ist sehr klein,
da gerade nur die äußersten Spitzen der Rotorzähme in den Wasserfilm hineintauchen,
der die Wirbelstromfläche des Stators bedeckt. Beiho@hen Umfangsgeschwindig'keitenJ:st
der Drellmomenteffekt der Flüssigkeit ziemlich, konstant, d. h. er ändert sich .nicht
bei Erhöhung der Geschwindigkeit. Wenn hierdurch fauch das Drehmoment der Maschine
beeinfhußt wird, so isst dieser Einfluß ein verhältnismäßig stabiller und konstanter
Teil der Messung. Sein, Vorhandensein beeindlußt also nicht die Genauigkeit der
Drehmomentablesung bei ihrer Anwendung bei einem Dynamometer.
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Diejenigen Oberflächen der Maschine, die der Korrosion durch Wasser
ausgesetzt sind, können durch Galvanisieren., Plattieren oder Anstreichen mit nichtkorrosivem
Material werden.
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Während die meisten Vorteile ider Erfindung sich aus den vorstehenden
Ausführungen deutlich ergeben, sind- d ie folgenden Vorteile ebenfalls wichtig.
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Beim Arbeiten älterer Wirbelstromvorrichtungen ist eine ernste Schwierigkeit,
,die @du,rdh das durch relativ dickes Eisen hinrurch erfolgende Abkühlen verursacht
wird, di2-r plötzliche Wechsel im Drehmoment, und zwar infolge,der Träglheit., mit
der die Wärme bei einer Änderung .der Zufuhr an Kühlflüssigkeit durch das Eisen
hindurchgeleitet wird. Dies 'kommt daher, weil der Wirbel'stromwiderstand des Eisens
sich mit der Temperatur ändert. Sobald der Widerstand mit Bezug auf dien Durchgang
dler Wirbelströme steigt, sinkt @&r Strom ab, und da. das Drehmoment proportiongal
:der Stärke der Wirbeilströme ist, fällt -das Drehmoment ab, sobald das Eisen sich
erwärmt, und erh,öht ,sich, sobald. das Eisen sich abkühlt. Die Schwierigkeit hierbei
'kann aus dem folgenden Beispiel ers-,hen werden.
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Wenn ein Flugzeugmotor mit zieantich geringer Geschwindigkeit umläuft,
so ist -de durch das Dynamometer aufgenommene PS-Zahl verhältnismäßig niedrig, und
wenn einschnelleres Ansteigen in Geschwindigkeit und Kraft gewünscht wird, wie dies
allgemein in der Flugzeugmotoren;iadüstrie für Versuchszwecke der Fall ist, um dias
sogenannte Aufdrehen nachzumachen, steigt die Wärme ,in: dem Eisen plötzlich sehr
schnell an. Wenn auf Temperaturänd'eriungen ansprechende VmÜle zur Regelung der
Wasserzufuhr verwendet werden, so besteht doch immer eine Verzögerung, trotz allem,
was in bezug auf das öffnen der Ventile getan wirdi, um mehr Wasser zuzuführen.
In der Zwischenzeit wird
das Eisen warm, und das aufgenommene Drehmoment
fällt ab. Wenn der Einlauf von Kaltwasser schließlich :das Eisenerreicht, ist eine
weitere Zeitspanne erforderlich, um die Wärme auf das kältere Wasser zu übertragen,
und nachdem eine ziemliche Zeit vergangen ist, stoigt das Drehmoment plötizlich,
an.
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Ferner tritt hei Versuchen mit konstanter GeschwIndi,gkeit diegleicheSchwierigkeit
auf,;die sich in einem Pendeln des Drehmoments äußert, das von dem Öffnen und( Schließen
des Wasserregel-%1,.titi@ls oder der Regelventile 'herrührt. Zur Behebung dieser
Schwierigkeit mußten zusätzliche Ausgaben für eine notwendige Sondenausrüsturng
gemacht werden.
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Bei der hier beschriebenen neuen Kühlart wirkt der t)ynamomet:errotor
buchstäblich wie eine Um-]aufpumpe, die Wassi:-r unmittelbar zu, den eri en Oberflächen
fördert. Ferner überträgt der v iirint Rotor des Dynamometers eine ho7Te
GesclT@vindigke it auf das, Wasser, so daß ideale Kfihill>Od@iingungeti Lrreicltt
werden. Ein Teil der Energie ch",r Maschine wird zwar zum Umil,auf des Wassers verbraucht,
zu gl;eiclr°r Zeit wird jedoch dias dazu erforderliche Drehmoment an der Drehmomentmeßvorrichtung
@tTLes # e tT.
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1)<1s Gesamtvolumen.ati- Wasser, das sich auf (Lm Umfang um die
Maschine herum an irgendeinem Zeitl>ttttlkt bewegt, .ist kleiner a,ls @dias Ge.sa:mtvolumen,
das durch die Kanäle der älteren Ausführungsart mit Kühlringen geleitet wurde. Da
dlas (:j-esamtvolumen an zu erwärmendem Wassi-r an irgendeinem Zeitpunktkleiner
ist al:s bei den älteren Ausführungen, ;und da das Wasser in-einer dünnen Fläche
ausgebreitet wird, erfolgt diie Wärmeübertragung wesi:-nbl.ic'h schneller (in Wirklichkeit
fast augenblicklich), und deshalb wechselt die Temperatur des Eisens nicht so stark,
wie es bei den älteren Maschinentypen der Fall ist.
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Es wird auf diese Weise eine :hohe Geschwindigkeit und' schnelle Verteilung
des Wassie-rs auf der ganzen Oberfläche des Dynamometers erreicht. Da das Wasser
in direkter Berührung -mit der erwärmter Oberfläche steht, in welcher Wirbelströme
erzeugt werden, wi@@rden Schwankungen im Drehmoment ausgeschaltet oder wenigstens
gemindert. Dies ist ein Vorteil vom Standpunkt der Genauigkeit der Prüfung und auch
vom Standpunkt der Wirtschaftlichkeit.
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Es wurde auch gefunden, diaß bei der neuen Vorrichtung das Eisen -im
Durchschnitt wahrscheinlich um 1o bis 93°' C kühler gehaltfan wird als bei den älteren
Systemen, und zwar infolge der innigeren Berührung des Wassers mit der warmen Oberfläche.
Die durchschnittlicheDrehmomentkapazität der Maschine wird über die durchschnittliche
Drehmomentkapazität, die mit,den älterenTypen erreicht werden konnte, um io bis
30°/o erhöht. Dadurch wird die Leisttung der Maschine für ein, gegebenes Gewicht
erhöht und mit Bezug auf Wirtschaftlichkeit verbessert, da 'kleinere Maschinengrößen
für höhere Kräfte verwendet werd-In 'können, als dies jetzt möglich ist. Tatsächlich
kann diePS-Kapazität eines Dynamometers von gegebenen Abmessungen und Gewicht im
wesentlichen gegenüber den älteren Größen, verdoppelt werden.