Unter einem"Retarder"soll im folgenden eine elektrische Wirbelstrombremse verstanden werden, die die Betriebsbremse, von bspw. Schienen-, Nutzfahrzeugen o. dgl. in bestimmten Situationen unterstützen oder ersetzen soll. Die Bremswirkung eines Retarders entsteht durch Aufbau eines magnetischen Feldes, das der Drehung eines Rotors aufgrund der Induktion von Wirbelströmen in dem Rotor entgegenwirkt. Der Rotor ist dabei drehfest bspw. mit der Kardanwelle des Fahrzeugs verbunden. Das Magnetfeld kann bspw. durch vier Magnetspulen oder auch Magnetspulenpaare erzeugt werden, die je nach individuell benötigter Bremsleistung nacheinander zugeschaltet werden können. Ein derartiger Retarder ist im einzelnen bspw. in der DE 39 08 234 A1 beschrieben, welche mittels ausdrücklichem Verweis vollinhaltlich zum Gegenstand der Offenbarung der vorliegenden Anmeldung aufgenommen wird.

Aus der JP 61266064 ist bereits ein Rotor mit den eingangs genannten Merkmalen bekannt Danach ist vorgesehen, eine Wirbelstrombremse bei einem Schienenfahrzeug einzusetzen, wobei der Rotor drehfest mit der Radachse verbunden ist und der Stator aus zu beiden Seiten des Rotors angeordneten Spulen besteht. Nachteilig bei der bekannten Vorrichtung ist die geringe Bremswirkung, was u. a. darauf zurückzuführen ist, daß die Spulen nur über etwa einen Halbkreis des Rotors verteilt angeordnet sind.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Wirbelstrombremse der eingangs genannten Art anzugeben, welche sich durch eine hohe Bremswirkung, kompakte Bauweise und hohe Laufleistung auszeichnet. Zudem soll die erfindungsgemäße Wirbelstrombremse insbesondere für Schienenfahrzeuge geeignet sein.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei dem Retarder mit den eingangs genannten Merkmalen i. w. dadurch gelöst, daß der Rotor durch wenigstens eine zweigeteilte Rotorscheibe bestehend aus zwei benachbarten Rotorhälften gebildet ist, die in einem radial inneren der Achse oder Welle zugewandten Ringbereich, insbesondere mittels Verschraubung oder dergleichen Verbindungsmittel miteinander verbunden sind und in einem radial äußeren Ringabschnitt, der im wesentlichen den Magnetfeldspulen des Stators benachbart ist, mit lichtem axialen Abstand zueinander angeordnet sind.

Aufgrund dieser Maßnahmen wird ein Retarder mit einer hohen Bremswirkung, kompakter Bauweise und hoher Laufleistung zur Verfügung gestellt, der insbesondere für Schienenfahrzeuge geeignet ist. Durch den besonderen Aufbau des Rotors als zweigeteilte Rotorscheibe, wobei die äußeren Ringabschnitte mit lichtem axialem Abstand zueinander angeordnet sind, wird gewährleistet, daß der Rotor den aufgrund der Wärmeentwicklung während der Aktivierung des Retarders entstehenden thermischen Beanspruchung standhalten kann. Durch diese Maßnahme der axialen Beabstandung der äußeren Ringabschnitte der beiden Rotorhälften ist die Möglichkeit gegeben, daß eine Relativbewegung dieser Rotorhälften zueinander möglich ist, die aufgrund unterschiedlicher thermischer Wärmeausdehnung insbesondere bei großen Bremsleistungen auftritt. Darüber hinaus kann der Rotor im Bereich des zwischen den Rotorhälften befindlichen lichten Abstandes eine zusätzliche Kühlung erfahren. Durch die Erfindung ist gewährleistet, daß die Rotorhälften des Rotors eine gewisse Flexibilität in axialer Richtung besitzen, so daß Schwerkräften oder dergleichen, die aufgrund der thermischen Beanspruchung auftreten können, Rechnung getragen ist.

Nach einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist an einer äußeren Seite des im wesentlichen ringförmigen Stators beziehungsweise der jeweiligen äußeren Statorhälfte jeweils eine weitere äußere, bevorzugt einteilige Rotorscheibe angeordnet, die mit der Achse oder Welle ebenfalls drehfest verbunden ist. Insoweit werden die seitlich nach außen gerichteten Magnetfelder des Stators beziehungsweise der benachbarten Statorhälften ebenfalls zur Erzeugung eines Bremsmomentes ausgenutzt, da in diesen äußeren Bereichen des Stators beziehungsweise der Statorhälften weitere Rotorscheiben, die bevorzugt einteilig ausgebildet sind, positioniert sind. Insgesamt wird hierdurch das Bremsmoment des erfindungsgemäßen Retarders weiter erhöht, ohne wesentlich die Bauform zu vergrößern.

Nach einem anderen Aspekt sind dem Stator beziehungsweise den beiden Statorhälften ein weiterer Statorabschnitt, der in Form und Aufbau vergleichbar zu den Statorhälften ist, axial beabstandet zugeordnet, so daß in einem durch eine Statorhälfte und den weiteren Statorabschnitt gebildeten Spalt eine zweite zweigeteilte und drehfest mit der Achse oder Welle verbundene Rotorscheibe angeordnet werden kann. Nach dieser Ausführungsform sind also mittlere, zweigeteilte Rotorscheiben vorgesehen, die im inneren eines dreigeteilten Stators angeordnet sind. Zusätzlich besteht auch die Möglichkeit, zwei weitere, äußere Rotorscheiben an der Außenseite der beiden äußeren Statorabschnitt des dreigeteilten Stators vorzusehen.

Insgesamt kann hierdurch das Bremsmoment des Retarders erheblich erhöht werden, wobei sich die Baugröße nur unwesentlich erhöht.

Zur mechanischen Stabilisierung der beiden Rotorhälften der wenigstens zweigeteilten Rotorscheibe im Bereich der radial äußeren, einander zugewandten Ringabschnitte bietet es sich nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung an, eine Verzahnungsgeometrie, insbesondere eine korrespondierende und teilweise ineinander eingreifende Verzahnung und Gegenverzahnung an den beiden Rotorhälften vorzusehen, die bevorzugt eine Kreisringstruktur besitzen. Aufgrund dieser Maßnahme wird die mechanische Stabilität des zweigeteilten Rotors erheblich erhöht, wobei zusätzlich die Oberfläche zwischen den beiden Rotorhälften aufgrund der vorgesehenen Verzahnungsstruktur vergrößert wird.

Weiterhin bietet es sich von besonderem Vorteil an, daß der Rotor, insbesondere die Rotorscheiben beziehungsweise die Rotorhälften und/oder auch der Stator, insbesondere die Statorhälften beziehungsweise der weitere Statorabschnitt durch in radialer Richtung geteilte Bauteile gebildet sind, die nach dem Einbau mittels Verbindungsmittel fest miteinander verbunden sind. Aufgrund dieser Maßnahme kann der Retarder beispielsweise an der Achse eines Schienenfahrzeuges angebaut werden, ohne daß die Radsätze hierzu abgenommen werden müssten.

Von Vorteil ist der Stator, insbesondere sind die Statorhälften beziehungsweise der Statorabschnitt, über verstellbare Halterungen mit dem Fahrzeug oder dergleichen oder beispielsweise dessen Fahrgestell verbunden.

Auch empfiehlt es sich, daß der Stator über ein-oder nachstellbare Spannelemente mit einer Radaufhängung verbunden beziehungsweise an dieser fixiert ist. Diese Maßnahme erweist sich insbesondere in Verbindung mit dem Einsatz des Retarders bei Schienenfahrzeugen insoweit als vorteilhaft, als die Achsen beispielsweise bei Güterzügen sich um einige Dezimeter in axialer Richtung relativ zu dem Fahrgestell beziehungsweise dem Wagon verschieben können. Aufgrund dieser Maßnahme ist daher keine Anordnung vorzusehen, mit der der Stator derartigen Relativverschiebungen folgen kann. Vielmehr ist der Stator aufgrund der Anbindung an die Radaufhängung den gleichen Verschiebungen wie der Rotor unterworfen.

Insbesondere bei einem Eisenbahnwagon bietet es sich an, daß dem Retarder eine eigene Stromversorgung zur Versorgung der Magnetfeldspulen und ggf. der Elektroniksteuerung des Retarders zugeordnet sind, die bevorzugt durch einen Generator, ggf. mit nachgeschalteten Akkumulator gebildet ist, da diese Wagons in der Regel keine eigene Stromversorgung besitzen. Dabei kann der Generator beispielsweise über die Achse oder Welle angetrieben werden.

Insbesondere dann, wenn der Retarder in einer Lokomotive zum Einsatz kommt, bietet es sich an, daß zwischen der Achse beziehungsweise Welle und dem Retarder ein Zwischengetriebe angeordnet ist. In solchen Lokomotiven ist ein Generator für die Stromversorgung ohnehin vorhanden, so daß dieser nicht gesondert bereitgestellt werden muß.

Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Retarder in einem Gehäuse, bevorzugt bestehend aus Aluminium oder dergleichen, gekapselt, wobei die Rotorscheiben von einem Flüssigkeitsbad, insbesondere von einer Kühlflüssigkeit beaufschlagt sind. Aufgrund dieser Maßnahme kann die beim Bremsvorgang auftretende Wärmebelastung des Retarders minimiert werden, da mittels der Kühlflüssigkeit eine besondere Kühlung der Rotorscheiben ermöglicht ist.

Dabei wird nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Kühlflüssigkeit mittels einer Pumpe, zum Beispiel einer Elektropumpe, in einem geschlossenen Kreislauf zwischen dem Gehäuse und einem Wärmetauscher umgewandelt, über den die Wärmeenergie sicher und rasch dem Retarder entzogen werden kann.

Nach einer konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung erweist es sich als vorteilhaft, daß die Rotorscheiben mittels Spannelementen an der Achse oder Welle befestigt sind, wobei innere und äußere Ringelemente vorgesehen sind, die bevorzugt über korrespondierende Schrägflächen oder konische Flächen, insbesondere mittels Schrauben oder dergleichen, miteinander in axialer Richtung verkeilbar sind. Durch Anziehen beispielsweise dieser Schrauben wird in Verbindung mit den konischen äußeren Mantelflächen des inneren und äußeren Ringelements auf das äußere Ringelement eine Anpresskraft in Richtung der Achse oder Welle ausgeübt. Die Rotorscheiben sind an den jeweiligen äußeren Ringelementen mittels Verschraubung oder dergleichen befestigt.

Es hat sich ebenfalls als vorteilhaft erwiesen, daß zwischen dem äußeren Ringelement und dem ringförmig ausgebildeten Stator ein Nadellager oder dergleichen Lager angebracht ist.

Weitere Ziele, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen.

Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

Es zeigen : Figur 1 eine Ansicht einer möglichen Ausführungsform einer Wirbelstrombremse nach der Erfindung in Anordnung an einer Achse eines Schienenfahrzeuges, Figur 2 eine Seitenansicht der Wirbelstrombremse gemäß Figur 1, Figur 3 eine Draufsicht auf die Wirbelstrombremse, Figur 4 einen Längsschnitt durch die Wirbelstrombremse gemäß Figur 1, Figur 5 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Wirbelstrombremse nach der Erfindung in Anordnung an einer Achse eines Schienenfahrzeugs, Figur 6 einen Längsschnitt durch eine Wirbelstrombremse nach der Erfindung mit integrierter Kühlung, Figur 7 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wirbelstrombremse, Figur 8 eine schematische Darstellung einer am Fahrgestell einer Lokomotive angeordneten Wirbelstrombremse nach der Erfindung und Figur 9 eine mittlere Rotorscheibe im Schnitt mit Verzahnungsgeometrie.

Der Retarder gemäß Figur 1 weist eine Anzahl von Magnetspulen auf, welche konzentrisch um eine Welle oder bspw. eine Achse 5 eines Schienenfahrzeuges an ringförmigen Spulenkörpern bzw.

Statoren 3 montiert sind. Im geringen Abstand vor den Polen der Spulen befindet sich auf den äußeren beiden Seiten des Stators 3 jeweils eine äußere Rotorscheibe 2, welche drehfest mit der Achse 6 verbunden ist. Das Statorengehäuse ist zweigeteilt, so daß zwischen den beiden Statorhälften 3a, 3b eine mittlere Rotorscheibe 1 angeordnet ist, welcher ebenfalls drehfest mit der Achse 5 verbunden ist.

Bei Stromerregung der Spulen ergeben sich an den auf jeweils gleichen Stirnseiten der Spulenpakete gelegenen Polen magnetische Felder mit alternierenden Feldrichtungen. Beim Bremsvorgang werden dann in den sich in diesen inhomogen Magnetfeldern drehenden Rotorscheiben 1, 2 Wirbelströme induziert, welche ein sich auf die Achse 5 übertragendes Bremsmoment auf die Rotorscheiben 1, 2 ausüben.

Die Befestigung der Statorhälften 3a, 3b des Stators erfolgt mittels einer Halterung 4, bspw. an dem Chassis eines Schienen-oder Kraftfahrzeuges.

Aus Figur 4 ist zu erkennen, daß der mittlere Rotor 1 zweigeteilt ausgebildet ist mit einer Rotorhälfte la und einer zweiten Rotorhälfte lb. Die beiden Rotorhälften la, 1b sind im radial inneren Bereich mittels Verschraubungen 6 miteinander verbunden. An ihren radial äußeren Enden, im Bereich des den Polplatten der Spulen gegenüberstehenden Ringabschnitten 7a, 7b sind die beiden Rotorhälften la, lb in axialer Richtung beweglich, was bspw. durch eine besondere Verzahnungsgeometrie 20 der aneinanderliegenden Teile der Rotorhälften la, 1b erzielt werden kann. Selbstverständlich weisen die mittlere Rotorscheibe 1 wie auch die äußere Rotorscheibe 2 Kühlkanäle zum Ansaugen von Kühlluft auf.

Durch die axiale Beweglichkeit der Rotorhälften la, lb der mittleren Rotorscheibe 1 ist erreicht, daß im Betrieb des Retarders und der sich dabei einstellenden hohen Temperaturen zwischen den Polplatten des Stators 3 und der angrenzenden Ringfläche der jeweiligen Rotorscheiben 1, 2 bzw. Rotorhälfte la, b gleiche geometrische Verhältnisse einstellen können, so daß insgesamt von jedem Rotor 1, 2 bzw. jeder Rotorhälfte la, 1b die gleiche Bremswirkung ausgeht.

Die Variante gemäß Figur 5 unterscheidet sich von der Version gemäß Figur 1 bis 4 dadurch, daß die Rotorscheiben la, lb, 2 über Spannringe auf der Achse 5 des Schienenfahrzeuges angebracht sind. Den einzelnen Rotoren la, lb, 2 und den Statoren 3 sind Ringelemente zugeordnet, welche aus einem äußeren Ringelement 9 und einem inneren Ringelement 10 bestehen. Der Außenmantel des inneren Ringelementes 10 ist konisch ausgebildet. Das äußere Ringelement 9 besteht aus Halbschalen, welche mittels einer Verzahnung und einem in Axialrichtung verlaufenden Halteelement fixiert sind. Durch Anziehen einer jeweiligen Schraube 8 wird in Verbindung mit der konischen äußeren Mantelfläche des inneren Ringelementes 10 auf das äußere Ringelement 9 eine Anpreßkraft auf die Achse 5 ausgeübt. Die Befestigung der Rotoren 2 an den jeweiligen äußeren Ringelementen 9 erfolgt mittels Verschraubung 6.

Zusätzlich befindet sich zwischen dem äußeren Ringelement 9 und den Statoren 3 ein Lager, vorzugsweise ein Nadellager 11.

Die Halterung der Statoren 3 erfolgt nicht am Chassis, da sich die Achsen 5 bei Güterzügen um mehr als um etwa 42 mm in axialer Richtung verschieben können. Vielmehr sind Spannelemente vorgesehen, welche an der Radaufhängung fixiert und auch nachgespannt werden können.

Da bei Eisenbahnwagen, sowohl bei Güter-als auch in der Regel bei Personenwagen keine eigene Stromversorgung vorhanden ist, empfiehlt es sich nach der Erfindung, zusätzlich einen elektrischen Generator zur Versorgung der Spulen des Retarders und der Elektronik zur Steuerung des Retarders mit zugeordnetem Akkumulator vorzusehen.

Die Variante gemäß Figur 6 unterscheidet sich von der Variante gemäß Figur 5 i. w. dadurch, daß der Retarder mittels eines Gehäuses 21 gekapselt ist und die Rotorscheiben la, lb, 2 in einem Flüssigkeitsbad 12 zur Kühlung laufen. Eine Kühlflüssigkeit 13 dient dabei nicht zum Abbremsen der Rotoren, wie bei hydrodynamischen Retardern, sondern allein zur Kühlung der Rotorscheiben la, Ib, 2. Für die Kapselung kommt als Werkstoff Aluminium oder dergleichen in Frage, um zusätzlich eine gute Wärmeabstrahlung zu ermöglichen. Die Kühlflüssigkeit 13 wird mittels einer Elektropumpe 14 zur Zirkulation gebracht und einem Wärmetauscher 15 zugeführt.

Ersichtlich müssen für die Rotation der Rotoren la, lb, 2 in dem Flüssigkeitsbad 12 entsprechende Dichtungen an dem äußeren Gehäuse vorgesehen sind.

Die Aufhängung und ebenso die Energieversorgung erfolgt wieder wie bei der Variante gemäß Figur 5.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 sind zwei derartiger als Rotorpaare la, lb ausgebildete mittlere Rotorscheiben 1 im Inneren des Retarders angeordnet, wodurch sich bei vergleichbaren geometrischen Abmessungen die Bremskraft des Rotors und damit seine Leistungsfähigkeit nochmals erhöhen läßt.

Selbstverständlich ist es aber auch möglich, den Retarder 16, wie in Figur 8 schematisch dargestellt, am Fahrgestell 19 eines Schienenfahrzeuges, insbesondere eines Personenwaggons, anzuordnen, wobei dann ein Zwischengetriebe 17 zwischen Retarder 16 und der Achse 5 vorgesehen ist. Auf der dem Retarder 16 gegenüberliegenden Seite befindet sich der bereits jetzt bei derartigen Schienenfahrzeugen vorhandene Generator 18 für die Stromversorgung.

Bezugszeichenliste 1 - mittlere Rotorscheibe 1a - Rotorhälfte 1b - Rotorhälfte 2-äußere Rotorscheibe 3-Stator <BR> <BR> <BR> <BR> 3a-Statorhälfte<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> 3b-Statorhälfte 3c - Statorabschnitt 4-Halterung 5-Achse 6-Verschraubung 7a - Ringabschnitt 7b-Ringabschnitt 8-Scheibe 9-Ringnut 10-Ringnut 11-Nadellager 12-Flüssigkeitsbad 13-Kühlflüssigkeit 14-Elektropumpe 15-Wärmetauscher 16-Retarder 17-Zwischengetriebe 18-Generator 19 - Fahrgestell 20 - Verzahnungsgeometrie 21-Gehäuse