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Frein à écoulement et son application, en particulier pour .véhicules circulant sur rails et sur route.
L'invention due à Messieurs Kurt Friedrich et Ernst Seibold concerne un frein à écoulement, en particulier pour véhicules circulant sur rails et sur route, et son applica- tion en combinaison avec un frein à friction. Jusqu'ici les freins à écoulement ont été fréquemment utilisés pour mesurer la puissance fournie par des machines motrices à grande vitesse. Leurs avantages principaux sont les suivants : destruction avantageuse de l'énergie, facilité de réglage et impossibilité de bloquer par le frein à écoulement le dis- positif qu'il s'agit de freiner, car pour chaque frein à écoulement et pour un même degré d'admission , l'effort de freinage varie avec le carré de la vitesse de commande.
De
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tels freins à écoulement sont presque toujours constitués par un rotor muni d'aubesou de corps de résistance et par une contre-couronne fixe de construction analogue.
-Le principal inconvénient des freins à écoulement connue jusqu'ici, c'est que , lorsque les dispositifs à freiner tournent à de petites vitesses, le frein à écoulement a des dimensions très grandes, de sorte qu'il est peu écono- mique dans bien des cas.
Suivant l'invention, on évite cet inconvénient en faisant en sorte que le dispositif à freiner actionne simul- tanément, en les faisant tourner dans des sens opposés, aeux roues à aubes ou à palettes montées co-axiales et sur lesquelles agit un fluide en circulation. il est ainsi pos- sible d'augmentée sensiblement la vitesse relative entre les couronnes d'aubes, vitesse qui détermine seule l'action de freinage dans le liquide, et d'obtenir par conséquent aussi, pour les petites vitesses du dispositif à freiner, une action de freinage suffisante au moyen de freins à écou- lement de dimensions relativement petites.
Il est avantageux dans ces conditions de donner à la vitesse de l'une des roues à aubes qui tournent dans des sens opposés une valeur aussi grande que celle qui est possible en tenant compte des efforts mécaniques. En conséquence, les vitesses seront différentes entre les deux roues à aubes qui tournent dans des sens opposés, et la différence sera d'autant plus grande que la vitesse normale du dispositif à freiner est plus petite.
Or, on peut soit relier l'une des roues à aubes directement à l'arbre de commande et l'autre à ce même arbre par l'inter- médiaire d'organes d'entraînement de type connu, tels que des engrenages ou des mécanismes à friction, soit entrainer les deux roues à aubes par l'intermédiaire d'éléments de ce genre .
Cette dernière solution peut être envisagée lorsque, pour des raisons d'emplacement, le frein à écoulement ne peut pas être
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monté co-axial par rapport au dispositif à freiner. un obtient le frein à écoulement le plus simple et le plus efficace en faisant les roues à aubes dans le genre d'es accouplements à écoulement connus, en particulier lorsqu'il s'agit de freiner de la même façon, dans les deux sens de rotation, le dispositif que l'on veut freiner.
Dans des cas particuliers il peut aussi être avantageux d'uti- liser encore, en plus des deux roues à aubes rotatives, une ou plusieurs roues à aubes fixes, comme dans un turbo- transformateut. De tels freins donnent, dans l'un des sens de rotation, un effet de freinage considérablement plus é- nergique que dans l'autre sens. Si l'on veut , pour des raisons particulières, utiliser des roues à aubes fixes, tout en obtenant le même effet de freinage dans les deux sens de rotation, on monte de préférence dans le même axe, mais symétriquement, deux circuits d'écoulement à aubes de forme semblable. On obtient alors le même effet de freinage pour les deux sens de rotation du dispositif à freiner, cet effet étant la moyenne entre les effets de freinage des circuits individuels.
Le montage symétrique décrit des cir- cuits comportant des roues à aubes à aubages semblables à l'avantage que les roues à aubes peuvent être faites d'après -les mêmes modèles. Il importe essentiellement , pour permettre une construction économique, que pour de tels freins à écou- lement les parois des canaux d'écoulement n'aient pas besoin d'être usinées.
L'échauffement produit dans le liquide de freinage pendant le freinage peut être éliminé par des moyens connus pa,r exem ple par refroidissement au moyen de fortes ailettes ou par ventilation des parois extérieures, refroidissement au moyen de radiateurs particuliers ou encore par vaporisation pa,r- tielle du liquide de marche.
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On règle le frein à écoulement de façon connue en agissant sur le degré d'admission. Bans la plupart des cas cette action est arbitraire, mais elle peut avoir lieu aussi par des moyens connus, en fonction de la vitesse ou du couple de freinage d'après une loi désirée. Dans ces condi- tions ,la vitesse peut être mesurée de la façon la plus simple au moyen d'un tachymètre à liquide rempli par le li- quide de freinage lui-même. Le couple peut être mesuré de la façon la plus simple au moyen d'un didpesitif d'appui pour le couple de réaction, ce dispositif étant monté à ressort. La déviation de cet appui de couple est alors pro- portionnelle au couple de freinage exercé.
Lorsqu'il s'agit de régler le frein à écoulement en fonction commune de la vitesse et du couple, il est parti- culièrement avantageux d'agir sur la conduite d'arrivée ou sur la conduite d'écoulement, au moyen d'un organe de régla- ge commun aux deux valeurs à régler. On fait de préférence en sorte que cet organe de réglage soit actionné, dans le sens voulu au moment envisagé, par la pression de mesure du tachymètre à liquide mentionné plus haut, et en outre par la déviation, également mentionnée plus haut, de l'appui de couple. Dans des cas particuliers il est indispensable que l'on puisse agir arbitrairement aussi sur le degré d'admission en plus de l'action exercée en fonction de la vitesse et du couple de freinage.
Le remplissage et la vidange du frein sont parti- culièrement simples, lorsqu'on utilisà à cet effet un tuyau puiseur connu, qui est presque toujours fixe.
Les efforts modernes, qui visent à augmenter consi- dérablement les vitesses de marche des véhicules circulant sur rails aussi bien que des véhicules circulant sur route, ont donné naissance à des difficultés de freinage considéra- bles, parce que l'énergie de mouvement qu'il s'agit de dé-
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truire par le freinage d'un véhicule augmente avec le carré de la vitesse de ce véhicule. Un a constaté en particulier, lorsqu'il s'agit de véhicules circulant sur rails, que pour les vitesses de 140 à 160 Km à l'heure qui sont exigées aujourd'hui pour le trafic moderne, le frein à friction usité jusqu'ici, frein qui, pour des vitesses de marche al- lant jusqu'à 100 km. à l'heure, présente un degré de sûreté de marche extrêmement grand, ne suffit plus que difficile- ment pour répondre aux conditions exigées.
Les difficultés en question proviennent notamment de ce que toute l'énergie de mouvement doit être transformée en chaleur de frottement sur les patins de freins, ce qui entraîne un échauffement extrêmement énergique du dispositif de freinage. D'autres difficultés proviennent de ce que le coefficient de frot- tement dépend énormément de la vitesse de glissement , en ce sens qu'il diminue lorsque cette vitesse augmente.
Ceci a pour conséquence que, lorsque l'effort de frottement entre la, roue et le rail se trouve dépassé, par l'effort de freina- ge, le train de roues est immédiatement bloqué et ne se déga- ge que lorsque le mécanisme desserre les freins. un évite ces difficultés en complétant le disposi- tif existant de freinage par frottement par un frein à écoulement comme celui qui vient d'être décrit, de façon qu'aux vitesses de marche les plus grandes ce soit principa- lement le frein à écoulement, et aux vitesses plus basses, ainsi que pour l'arrêt,, ce soit le frein à friction qui exerce l'effort de freinage.
En faisant varier le degré de remplissage du frein à écoulement il est possible d'obtenir un effet de freinage quelconque pour chaque vitesse, jusqu', l'effet qu'il est en somme possible d'obtenir avec le frein.à écoulement. Un a ainsi les avantages suivants :
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1. L'effet de freinage ne se produit que dans le liquide : il n'y a donc aucune usure du dispositif de frei- nage.
2. L'énergie de freinage est transformée en chaleur dans le liquide, cette chaleur pouvant être enlevée au li- quide sans peine par des agents réfrigérants de type connu.
3.Le train de roues ne peut pas être bloqué. Si, par hasard, l'effort de freinage exercé était plus grand que le frottement entre la roue et la voie de roulement, la vitesse de la roue freinée diminuerait jusutàce qu'il y eût équi- libre entre l'effet de freinage et l'effort de frottement sur la voie de roulement. Cet équilibre se produit parce que, dans le frein à écoulement, l'effort de freinage diminue avec le carré de la vitesse du train de roues.
D'autre part, cetavantage extrêmement important a cette conséquence nuisible que le frein à écoulement ne per- met pas d'arrêter le véhicule ; c'est pourquoi ce frein ne peut servir qlue de ffein complémentaire, pouvant être combi- né avec le frein à friction qu' il fau@ de toute façon con- tinuer à utiliser. Mais alors le frein à friction lui-même n'a besoin d'être établi que pour de petites vitesses, et il n'est plus sujet à aucune usure appréciable.
Ceci permet de réduire très considérablement les frais d'entre- tien au dispositif de freinage , et par conséquent, aussi les frais de marche du véhicule, tandis que la sûreté de fonctionnement augmente à un haut degré. un tel dispositif de freinage est particulièrement précieux lorsqu'il peut être manoeuvré par les dispositifs usités jusqu'ici, tels que les leviers de fréin, soupapes de frein etc...pour que le conducteur puisse manoeuvrer le frein à écoulement exactement comme le simple frein à fric- tion usité jusqu'ici, et pour que des véhicules comportant un frein à écoulement, ou n'en comportant pas, puissent être utilisés directement dans le même train.
Avec les freins à air principalement utilisés, qu'il s'agisse de freins à @
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pression ou à vide, l'effort de freinage est produit par la différence entre les pressions exercées sur uu piston, et il est réglé par la variation de cette différence de pressions.
Quant au frein à écoulement, il doit être vidé et ne conte- nir aucun liquidependant la, marche, et pour le freinage il doit être rempli d'autant plus que l'effet de freinage doit être plus grand. Lorsque le frein à écoulement est vide, le liquide est conservé dans un réservoir. Suivant l'inven- tion , les mêmes opérations qui, autrement, provoquent une différence entre les pressions de l'air sur les deux faces du piston du frein à friction, provoquent aussi une diffé- rence entreles pressions de l'air dans le réservoir et dans le frein à écoulement , en ce sens que le frein à écoulement est rempli davantage si l'on veut obtenir un effetde frei- nage plus énergique, et réciproquement.
L'ensemble du dis- positif est conçu de façon que le frein à écoulement exerce d'abord seul l'effet de freinage et que le frein à friction n'intervienne pour compléter le freinage que lorsque le frein à écoulement est complètement rempli, à partir d'une certaine vitesse de marche.
Les pressions de liquide qui se produisent dans le frein à écoulement permettent de mesurer de façon simple la vitess.e et l'effort de freinage avec une précision suffisante pourls réglage du freinage, et de faire en sorte que ces deux grandeurs agissent automatiquement sur la répartition de l'effet de freinage sur le frein à écoulement et le frein à friction, de façon que la limite de frottement entre la roue et la voie de roulement ne soit dépassée sous aucun régime de marche.
Enfin, ]il est possible, sans dispositif complémen- taire particulier, et pour autant que cela est en somme encore indispensable, de refroidir le frein à friction au moyen du liquide de marche du frein à écoulement.
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Le dispositif de freinage est particulièrement avantageux en ce qui concerne la construction, lorsque le frein à écoulement est constitué par deux roues à aubes montées sur le même axe et sur lesquelles agit un fluide en circulation, ces roues étant entrainées simultanément dans des sens différents par le dispositif qu'il s'agit de freiner
Lorsqu'il s'agit d'automotrices comportant leur propre source de force motrice, et lorsque la puissance est transmise au moyen de mécanismes à écoulement, on obtient une disposition avantageuse en utilisant, pour le frein à écou- lement, un ou plusieurs des mécanismes à écoulement existants, En pareil cas le montage d'un frein à écoulement particulier se trouve supprimé.
Des exemples de réalisation de l'invention sont représentés schématiquement dans les dessins annexés :
Fig. I est une coupe d'un frein à écoulement à renvoi-s de mouvement à engrenages.
Fig.2 est une coupe d'un frein semblable à diffé- rentiel.
Fig.3 est une coupe d'un frein semblable dont les deux roues à aubes sont entraînées par l'arbre par l'inter- médiaire de roues droites.
Fig. 4 est une vue d'un frein à écoulement à deux roues à aubes rotatives et une roue directrice fixe compor- tant un différentiel.
Fig. 5 est une vue d'un dispositif de frein à é- coulement avec mesure des couples.
Fig. 6 est un schéma de manoeuvre du frein à écou- lement.
Fig.7 7 est une vue d'un dispositif de frein compor- tant un frein a écoulement combiné avec un frein à fric- tion.
Fig. 8 est un schéma du circuit de freinage compor- tant des tubes puiseurs.
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En fig. I, l'essieu porteur 1 sur lequel sont montées les roues porteuses 14 et 15 , est solidaire de la roue à aubes 2. une deuxième roue à aubes 3, montée sur l'arbre creux 11a est entraînée par l'intermédiaire des revois a engrenages 7,8, 9, 10 et .il, en sens inverse par rapport à la roue à aubes 2. Les deux roues à aubes 2 et 3 sont en- tourées par le bâti 6, qui comporte des ailettes de refroidis- sement servant à refroidir le liquide de marche contenu dans ce bâti. Les engrenages droits 7, 8, 9 sont entourés par un bâti 7a, et les engrenages droits 10 et il, par un bâti 10a.
Un cadre 13, pouvant osciller autour de l'axe I, transmet par l'intermédiaire d'un levier I2a au point 12 les couples qui se produisent pendant le freinage, et qui peuvent être utilisés à cet endroit par exemple pour commander le liquide de freinage.
Fig. 2 montre la construction d'un frein à écoule- ment entraîné, par l'intermédiaire de roues coniques 16, 17 par l'essieu porteur 1 qui porte les roues 14 et 15. La roue à aubes du circuit d'écoulement est entrainée dans un sens par l'intermédiaire de l'arbre 18, tandis que la roue à. au- bes 3 est entraînée par un différentiel 21, 22, 23 , en sens inverse de la roue à aubes 2. Les deux roues intermédiaires 22 tournent folles sur les arbres fixes 24 qui, de leur côté sont reliés à l'arbre creux fixe 20. Le couple produit pen- dant le freinage est transmis de son côté au point 12 de commande des couples, par 1'intermédiaire du bras de levier 12a, à partir de cet arbre creux 20. Le circuit d'écoulement et le différentiel sont entourés par un bâti commun 19.
Fig. 3 représente pour le frein à écoulement un dis- positif analogue à celui de fig. I, sauf que lesdeux roues à aubes spnt entrainées par l'essieu porteur 1 par l'inter- médiaire de roues planes 25, 26 et 27, 28, 29, respectivement.
Les roues porteuses 14 et 15 sont encore fixées de chaque côté sur l'essieu porteur!. Les roues à aubes 2 et 3, qui tournent
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dans des sens contraires, sont entourées par un bâti 6 muni d'ailettes réfrigérantes. La roue à aubes 3. est reliée à la roue droite 29 par l'intermédiaire de l'arbre creux 30, tandis que la roue à aubes 2 est fixée sur l'arbre continu la.
Les mécanismes à roues droites 25, 26 sont entourés par un bâti 32, tandiq que les mécanismes 27,28,29 sont renfermés dans un bâti 33. La transmission du couple est assurée au moyen d'un cadre 31 oscillant autour de l'axe 1 et compor- tant le bras de levier 12 a ainsi que le point 12 de commande @u couple .
Fig. 4 représente le même dispositif que fig. 2, sauf qu'une roue directrice fixe 40 est montée entre les deux roues à aubes rotatives 38 et 39.
Fig. 5 représente la transmission du couple au point 12 en vue de profil ; le cadre 13 oscillant autour de l'essieu 1 presse sur un ressort 34 qui est par exemple fixé au châs- sis du véhicule. une aiguille 12 b indique sur une échelle graduée 35 la déviation correspondant au couple de freinage.
La déviation du couple peut servir à commander le dis- positif de frein. Le mécanisme à roues droites 7,8,9 est représenté dans la figure.
Fig. 6 est un schéma de manoeuvre montrant comment le frein à écoulement est actionné, l'action exercée sur le remplissage du circuit d'écoulement pouvant dépendre de la vitesse de l'essieu porteur, de la pression qui règne dans e circuit d'écoulement, ou du couple produit au moment du freinage, ou bien cette action peut être exercée à la main.
Les deux roues 14 et 15 du véhicule sont encore moptées sur l'essieu porteur 1, La roue aubes 2 est solidaire de l'essieu I, tandis que la roue à aubes 3, qui tourne en sens contraire et le cas échéant aussi plus vite, est entraînée au moyen de renvois intermédiaires 7, 8, 9, 10 et II. Entre la roue droite il et la roue à aubes 3 est monté l'arbre creux la Le frein à écoulement lui-même est entouré par le bâti 42, taudis que les mécanismes à roues droites sont entourés par un
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bâti 41. A ce bâti 41 est fixé un levier 12 a qui agit sur le point 12 de commande du couple et actionne une soupape de réglage 44 à partir de ce point, par l'intermédiaire de la bielle 58.
On peut aussi agir sur la même soupape de réglage 44 à la main par l'intermédiaire des leviers 56 et 57, ainsi que par l'intermédiaire de la conduite de refou- lement 49 reliée au circuit de freinage, de la soupape in- termédiaire 50 et du levier de commande 55. Enfin, on peut encore agir sur la soupape de réglage 44 en fonction de la vitesse du régulateur à force centrifuge 53 , par l'inter- médiaire de la bielle 54. Le régulateur à force centrifuge 53 est actionné par l'essieu porteur 1 par l'intermédiaire des roues d'angle 51 et de l'axe 52.
Si le fluide de commande est par exemple de l'air comprimé,cet air comprima est envoyé à la soupape de réglage 44 par une conduite 462 une conduite de commande 43 partant de la soupape de régla- ge 44 aboutit alors au réservoir 45 , qui contiente liquide de marche, ce liquide étant envoyé dans le circuit de freina- ge 2 et 3 au moyen d'air comprimé, par la conduite 47, selon que les soupapes de réglage sont plus ou moins ouvertes2
Fig. 7 est un schéma montrant la combinaison d'un frein hydraulique à écoulement avec un frein à friction ser- vant de frein complémentaire. L'arbre 18 est entraîné à partir de l'essieu porteur 1, qui porte les roues porteuses 14 et 15 , par l'intermédiaire d'un engrenage d'angle 16,17.
La roue mobile 2 est encore solidaire de l'arbre 18, tandis que la roue mobile 3 est entraînée par l'intermédiaire de satellites 21, 22 et 23. Le circuit de freinage 2,3 est entouré par une enveloppe 59 entourée de son côté pa.r le bâti 60. Du liquide de refroidissement est envoyé dans la cavité ainsi formée ; ce liquide est amené et évacué par la pompe 62 et par les conduites 64 et 61, en passant par un radiateur ou réfrigérant 63. Pour le réglage de l'action de
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freinage on peut encore utiliser un levier 82 actionné mécaniquement, un régulateur à force centrifuge 53 ou un réglage du couple à partir du point 12. Le régulateur à force centrifuge 53 est entraîné par les arbres 18 et 88 et par l'intermédiaire des paires de roues coniques 89 et 90.
Les différentes actions de commande exercées sur le frein à écoulement s'exercent sur les soupapes de réglage 69 et 73, de façon qu'il soit possible de provoquer une action automa- tique ou d'exercer-une action à la main par les bielles 83, 84 et 85,86 respectivement. En admettant, comme on 1' a dit plus haut, que l'air serve de fluide de commande, de l'air comprimé est amené à la soupape de commande préalable 73 par la conduite 75. A partir de cette soupape une action peut être exercée sur le circuit d'écoulement Z, 3 ou sur le frein à friction 80, selon la vitesse de marche au moment du freinage . Lorsque la vitesse du véhicule est tombée au- dessous d'une certaine limite, le dispositif fait automatique- ment entrer le frein à friction en jeu pour compléter le freib à écoulement.
La conduite 74 introduit, dans le réservoir 72, de l'air comprimé qui, de son côté, envoie le liquide de marche au circuit d'écoulement par la conduite 70 .Une deuxième conduite 76 partant de la soupape 73 aboutit au piston de commande 77 qui agit sur le frein à friction 80 par l'intermédiaire des bielles 78, 79. Un ressort de trac- tion 81 sert à desserrer le frein à friction. Pour actionner la soupape de réglage 69 on peut encore faire intervenir la pression qui règne dans le circuit d'écoulement 2,3,Un dispo- sitif 67 entraîné par l'arbre 18 par l'intermédiaire de l'en- grenage d'angle 65 et de l'arbre 66, permet également d'agir sur les opérations de commande suivant la hautear de la pres- sion régnante, un organe ooturateur 68a, est monté dans la conduite 68.
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Enfin, fig. 8 représente un tube puiseur 92, Ge tube puiseur est monté dans le circuit drécoulement sous forme d'élément fixe et il envoie le liquide à la soupape de réglage 69 par la conduite 68,. sous la pression qui règne au moment envisagé.
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Flow brake and its application, in particular for vehicles traveling on rails and on roads.
The invention by Messrs Kurt Friedrich and Ernst Seibold relates to a flow brake, in particular for rail and road vehicles, and its application in combination with a friction brake. Hitherto flow brakes have been frequently used to measure the power supplied by high speed prime movers. Their main advantages are the following: advantageous destruction of energy, ease of adjustment and the impossibility of blocking by the flow brake the device to be braked, because for each flow brake and for the same degree intake, the braking force varies with the square of the control speed.
Of
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such flow brakes are almost always formed by a rotor provided with a blade or resistance body and by a fixed counter-crown of similar construction.
-The main disadvantage of the flow brakes known hitherto is that, when the devices to be braked rotate at low speeds, the flow brake has very large dimensions, so that it is not very economical in many cases.
According to the invention, this drawback is avoided by causing the device to be braked to actuate simultaneously, by causing them to rotate in opposite directions, two paddle wheels or paddle wheels mounted co-axially and on which a fluid acts. circulation. it is thus possible to substantially increase the relative speed between the vane rings, which speed alone determines the braking action in the liquid, and consequently also to obtain, for the low speeds of the device to be braked, sufficient braking action by means of flow brakes of relatively small dimensions.
It is advantageous under these conditions to give the speed of one of the paddle wheels which rotate in opposite directions a value as great as that which is possible taking into account the mechanical forces. Consequently, the speeds will be different between the two paddle wheels which turn in opposite directions, and the difference will be all the greater the smaller the normal speed of the device to be braked.
Now, one can either connect one of the paddle wheels directly to the control shaft and the other to this same shaft by means of drive members of known type, such as gears or gears. friction mechanisms, or drive the two paddle wheels by means of elements of this kind.
The latter solution can be considered when, for reasons of location, the flow brake cannot be
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mounted co-axial with respect to the device to be braked. One obtains the simplest and most efficient flow brake by making the paddle wheels in the kind of known flow couplings, especially when it comes to braking in the same way, in both directions of rotation, the device to be braked.
In special cases it may also be advantageous to use further, in addition to the two rotary impellers, one or more fixed impellers, as in a turbo-transformer. Such brakes give, in one direction of rotation, a braking effect which is considerably more energetic than in the other direction. If one wishes, for particular reasons, to use fixed paddle wheels, while obtaining the same braking effect in both directions of rotation, preferably two flow circuits are mounted in the same axis, but symmetrically. with blades of similar shape. The same braking effect is then obtained for both directions of rotation of the device to be braked, this effect being the average between the braking effects of the individual circuits.
The symmetrical arrangement describes circuits having similar bladed impellers with the advantage that the impellers can be made from the same designs. In order to allow economical construction, it is essential that for such flow brakes the walls of the flow channels do not need to be machined.
The heating produced in the brake fluid during braking can be eliminated by means known pa, for example by cooling by means of strong fins or by ventilation of the outer walls, cooling by means of special radiators or even by vaporization pa, rtial of the operating liquid.
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The flow brake is adjusted in a known manner by acting on the degree of admission. In most cases this action is arbitrary, but it can also take place by known means, depending on the speed or the braking torque according to a desired law. Under these conditions, the speed can be measured in the simplest way by means of a liquid tachometer filled with the brake fluid itself. The torque can be measured in the simplest way by means of a support device for the reaction torque, this device being spring-loaded. The deviation of this torque support is then proportional to the braking torque exerted.
When it comes to adjusting the flow brake to a common function of speed and torque, it is particularly advantageous to act on the inlet line or the flow line by means of a adjustment device common to the two values to be adjusted. This adjustment member is preferably made to be actuated, in the desired direction at the time envisaged, by the measuring pressure of the liquid tachometer mentioned above, and in addition by the deviation, also mentioned above, of the torque support. In particular cases, it is essential that we can also act arbitrarily on the degree of admission in addition to the action exerted as a function of the speed and the braking torque.
Filling and emptying the brake is particularly easy when a known suction hose is used for this purpose, which is almost always fixed.
Modern efforts aimed at considerably increasing the running speeds of vehicles traveling on rails as well as vehicles traveling on roads have given rise to considerable braking difficulties, because the energy of movement which it's about de-
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truction by braking a vehicle increases with the square of the speed of that vehicle. One has observed in particular, when it comes to vehicles traveling on rails, that for speeds of 140 to 160 km per hour which are required today for modern traffic, the friction brake used until now , brake which, for walking speeds of up to 100 km. on time, has an extremely high degree of safety, and is only difficult to meet the required conditions.
The difficulties in question arise in particular from the fact that all the energy of movement must be transformed into heat of friction on the brake pads, which leads to an extremely energetic heating of the braking device. Further difficulties arise from the fact that the coefficient of friction depends very much on the sliding speed, in that it decreases as this speed increases.
This has the consequence that, when the frictional force between the wheel and the rail is exceeded, by the braking force, the wheel set is immediately blocked and does not release until the mechanism releases. the brakes. one avoids these difficulties by supplementing the existing friction braking device with a flow brake like the one just described, so that at the highest operating speeds it is mainly the flow brake, and at lower speeds, as well as for stopping, it is the friction brake which exerts the braking force.
By varying the degree of filling of the flow brake it is possible to obtain any braking effect for each speed, up to the effect which is in fact possible to obtain with the flow brake. One thus has the following advantages:
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1. The braking effect only occurs in the fluid: there is therefore no wear of the braking device.
2. The braking energy is converted into heat in the liquid, this heat being easily removed from the liquid by refrigerants of known type.
3.The undercarriage cannot be blocked. If, by chance, the braking force exerted were greater than the friction between the wheel and the track, the speed of the braked wheel would decrease until there was a balance between the braking effect and the friction force on the track. This balance occurs because, in the flow brake, the braking force decreases with the square of the speed of the undercarriage.
On the other hand, this extremely important advantage has the detrimental consequence that the flow brake does not make it possible to stop the vehicle; this is why this brake can only serve as an additional brake, which can be combined with the friction brake, which must in any case continue to be used. But then the friction brake itself only needs to be established for low speeds, and it is no longer subject to any appreciable wear.
This makes it possible to very considerably reduce the maintenance costs of the braking device, and consequently also the running costs of the vehicle, while the operational reliability increases to a high degree. such a braking device is particularly valuable when it can be operated by the devices used hitherto, such as brake levers, brake valves etc ... so that the driver can operate the flow brake exactly like the simple one. friction brake used heretofore, and so that vehicles with or without a flow brake can be used directly in the same train.
With the air brakes mainly used, whether it is @
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pressure or vacuum, the braking force is produced by the difference between the pressures exerted on the piston, and it is regulated by the variation of this pressure difference.
As for the flow brake, it must be emptied and contain no fluid while driving, and for braking it must be filled more so as the braking effect must be greater. When the flow brake is empty, the fluid is kept in a reservoir. According to the invention, the same operations which otherwise cause a difference between the air pressures on the two faces of the friction brake piston, also cause a difference between the air pressures in the reservoir. and in the flow brake, in that the flow brake is filled more if a stronger braking effect is to be obtained, and vice versa.
The whole system is designed so that the flow brake alone first exerts the braking effect and the friction brake does not intervene to complete the braking until the flow brake is completely filled. from a certain walking speed.
The fluid pressures which occur in the flow brake make it possible to measure in a simple way the speed and the braking force with a sufficient precision for them adjustment of the braking, and to make so that these two quantities act automatically on the speed. distribution of the braking effect on the flow brake and the friction brake, so that the friction limit between the wheel and the track is not exceeded at any speed.
Finally, it is possible, without any particular additional device, and in so far as this is still essential, to cool the friction brake by means of the operating fluid of the flow brake.
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The braking device is particularly advantageous as regards construction, when the flow brake is constituted by two paddle wheels mounted on the same axis and on which a circulating fluid acts, these wheels being driven simultaneously in different directions by the device to be braked
In the case of rail cars having their own source of motive power, and when the power is transmitted by means of flow mechanisms, an advantageous arrangement is obtained by using, for the flow brake, one or more of the existing flow mechanisms. In such a case the fitting of a particular flow brake is omitted.
Examples of embodiment of the invention are shown schematically in the accompanying drawings:
Fig. I is a cross section of a geared motion deflection flow brake.
Fig. 2 is a cross section of a brake similar to differential.
Fig. 3 is a sectional view of a similar brake, the two paddle wheels of which are driven by the shaft via spur wheels.
Fig. 4 is a view of a flow brake with two rotatable paddle wheels and a fixed steer wheel having a differential.
Fig. 5 is a view of a flow brake device with torque measurement.
Fig. 6 is a flow brake operating diagram.
Fig. 77 is a view of a brake device comprising a flow brake combined with a friction brake.
Fig. 8 is a diagram of the braking circuit comprising pump tubes.
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In fig. I, the carrier axle 1 on which the carrier wheels 14 and 15 are mounted, is integral with the paddle wheel 2. a second paddle wheel 3, mounted on the hollow shaft 11a is driven by means of the bolts a gears 7,8, 9, 10 and .il, in the opposite direction with respect to the paddle wheel 2. The two paddle wheels 2 and 3 are surrounded by the frame 6, which has cooling fins serving in cooling the operating liquid contained in this frame. The spur gears 7, 8, 9 are surrounded by a frame 7a, and the spur gears 10 and 11, by a frame 10a.
A frame 13, which can oscillate around the axis I, transmits via a lever I2a to point 12 the torques which occur during braking, and which can be used there for example to control the brake fluid. braking.
Fig. 2 shows the construction of a flow brake driven, via bevel wheels 16, 17 by the carrier axle 1 which carries the wheels 14 and 15. The flow path impeller is driven in one direction through the shaft 18, while the wheel at. blades 3 is driven by a differential 21, 22, 23, in the opposite direction to the blade wheel 2. The two intermediate wheels 22 turn idle on the fixed shafts 24 which, for their part, are connected to the fixed hollow shaft 20. The torque produced during braking is transmitted on its side to the torque control point 12, via the lever arm 12a, from this hollow shaft 20. The flow circuit and the differential are surrounded by a common frame 19.
Fig. 3 shows for the flow brake a device similar to that of FIG. I, except that the two paddle wheels are driven by the carrier axle 1 by means of flat wheels 25, 26 and 27, 28, 29, respectively.
The load wheels 14 and 15 are still fixed on each side on the load axle !. Paddlewheels 2 and 3, which turn
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in opposite directions, are surrounded by a frame 6 provided with cooling fins. The paddle wheel 3 is connected to the right wheel 29 via the hollow shaft 30, while the paddle wheel 2 is fixed to the continuous shaft 1a.
The spur gear mechanisms 25, 26 are surrounded by a frame 32, so that the mechanisms 27,28,29 are enclosed in a frame 33. The torque transmission is provided by means of a frame 31 oscillating around the axis. 1 and comprising the lever arm 12 a as well as the torque control point 12.
Fig. 4 shows the same device as FIG. 2, except that a fixed steering wheel 40 is mounted between the two rotating impellers 38 and 39.
Fig. 5 shows the torque transmission at point 12 in side view; the frame 13 oscillating around the axle 1 presses on a spring 34 which is for example fixed to the frame of the vehicle. a needle 12 b indicates on a graduated scale 35 the deviation corresponding to the braking torque.
Torque deviation can be used to control the brake system. The spur gear 7,8,9 mechanism is shown in the figure.
Fig. 6 is an operating diagram showing how the flow brake is actuated, the action exerted on the filling of the flow circuit which may depend on the speed of the carrier axle, on the pressure which prevails in the flow circuit, or of the torque produced when braking, or else this action can be exerted by hand.
The two wheels 14 and 15 of the vehicle are still mopted on the carrier axle 1, The paddle wheel 2 is integral with the axle I, while the paddle wheel 3, which turns in the opposite direction and if necessary also faster , is driven by means of intermediate references 7, 8, 9, 10 and II. Between the right wheel it and the paddle wheel 3 is mounted the hollow shaft la The flow brake itself is surrounded by the frame 42, slum that the mechanisms with spur wheels are surrounded by a
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frame 41. To this frame 41 is fixed a lever 12 a which acts on the torque control point 12 and actuates an adjustment valve 44 from this point, via the connecting rod 58.
It is also possible to act on the same regulating valve 44 by hand via the levers 56 and 57, as well as via the delivery line 49 connected to the brake circuit, the intermediate valve 50 and the control lever 55. Finally, it is also possible to act on the adjustment valve 44 as a function of the speed of the centrifugal force regulator 53, through the intermediary of the connecting rod 54. The centrifugal force regulator 53 is actuated by the carrier axle 1 via the angle wheels 51 and the axle 52.
If the control fluid is, for example, compressed air, this compressed air is sent to the control valve 44 via a line 462; a control line 43 from the control valve 44 then ends in the reservoir 45, which contains operating liquid, this liquid being sent to the brake circuits 2 and 3 by means of compressed air, via line 47, depending on whether the regulating valves are more or less open2
Fig. 7 is a diagram showing the combination of a hydraulic flow brake with a friction brake serving as a complementary brake. The shaft 18 is driven from the carrier axle 1, which carries the carrier wheels 14 and 15, by means of an angle gear 16,17.
The movable wheel 2 is still integral with the shaft 18, while the movable wheel 3 is driven by means of satellites 21, 22 and 23. The braking circuit 2, 3 is surrounded by a casing 59 surrounded on its side by the frame 60. Cooling liquid is sent into the cavity thus formed; this liquid is brought and discharged by the pump 62 and by the pipes 64 and 61, passing through a radiator or coolant 63. For adjusting the action of
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braking it is also possible to use a mechanically actuated lever 82, a centrifugal force regulator 53 or a torque adjustment from point 12. The centrifugal force regulator 53 is driven by the shafts 18 and 88 and through the pairs of bevel wheels 89 and 90.
The various control actions exerted on the flow brake are exerted on the adjustment valves 69 and 73, so that it is possible to cause an automatic action or to exert a manual action by the connecting rods. 83, 84 and 85.86 respectively. Assuming, as stated above, that air serves as the control fluid, compressed air is supplied to the pre-control valve 73 through line 75. From this valve an action can be taken. exerted on the flow circuit Z, 3 or on the friction brake 80, depending on the walking speed when braking. When the vehicle speed has fallen below a certain limit, the device automatically puts the friction brake into play to supplement the flow freib.
Line 74 introduces compressed air into the reservoir 72 which, in turn, sends the operating liquid to the flow circuit via line 70. A second line 76 from valve 73 ends at the control piston 77 which acts on the friction brake 80 via the connecting rods 78, 79. A traction spring 81 serves to release the friction brake. In order to actuate the regulating valve 69, it is also possible to bring in the pressure which prevails in the flow circuit 2, 3. A device 67 driven by the shaft 18 via the angle gear 65 and of the shaft 66, also makes it possible to act on the control operations depending on the height of the prevailing pressure, an ooturator member 68a is mounted in the pipe 68.
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Finally, fig. 8 shows a siphon tube 92, the siphon tube is mounted in the flow circuit in the form of a fixed element and sends the liquid to the regulating valve 69 via the line 68 ,. under the pressure which reigns at the time envisaged.