BR0111972B1

BR0111972B1 - freio hidrodinÂmico.

Info

Publication number: BR0111972B1
Application number: BRPI0111972-9A
Authority: BR
Inventors: Hans Joensson
Priority date: 2000-07-07
Filing date: 2001-06-28
Publication date: 2010-02-23
Also published as: AU2001266529A1; JP2004502908A; ATE325959T1; US6923301B2; US20030188940A1; DE60119530D1; EP1305536A1; BR0111972A; WO2002004834A1; SE0002589L; DE60119530T2; SE516896C2; SE0002589D0; EP1305536B1

Description

"FREIO HIDRODINÂMICO"

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO E TÉCNICA ANTERIOR

A presente invenção refere-se a um freiohidrodinâmico de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1.

Em conexão com o emprego de freios hidrodinâmicos,tais como retardadores existentes em veículos, umadeterminada ação de frenagem sempre ocorre durante apropulsão do veiculo em conseqüência da rotação do rotor comum eixo de acionamento do veículo. Esta ação de frenagem écausada pelo ar, que é localizado no espaço em forma detoróide, ar este que é forçado a circular. O ar circulanteproporciona de uma maneira correspondente o meio passível deintrodução quando circula no espaço em forma de toróide umaação de frenagem. O meio fornecido é usualmente um óleo quetem propriedades adequadas. Entretanto, a densidade do ar éapenas uma fração da densidade do óleo, mas a ação defrenagem que surge assim não é inteiramente neglicenciável.O consumo de combustível de uma veículo que tem umretardador torna-se portanto desnecessariamente elevado.

Para se reduzir esta circulação de ar no espaço emforma de toróide entre o estator e o rotor, foi proposta umasérie de soluções diferentes. É usada, por exemplo, achamada tela de ofuscamento, que é projetada de modo a sermovida para dentro do intervalo entre o estator e o rotorpara prevenção da circulação do ar, quando nenhuma ação defrenagem é desejada. 0 emprego de telas de ofuscamentoinclui uma série de peças mecânicas móveis, o que resulta emurna construção complicada.A partir do documento EP 233 331, é conhecido oprocedimento pelo qual se fornece um meio bloqueador aoespaço em forma de toróide de um retardador, com afinalidade de se reduzir a circulação do ar e,consequentemente, a ação de frenagem obtida pelo arcirculante. 0 meio bloqueador é fornecido como um jatodirecionado em sentido radial no espaço em forma de toróide.

A intenção é que o meio bloqueador fornecido forme umacurtina de meio bloqueador na área entre o estator e orotor, de modo que a circulação do ar entre o estator e orotor seja reduzida. Se a inserção do meio aqui não ocorrercom uma velocidade suficientemente elevada, a circulaçãopesada de ar, que pode chegar a 100 m/s no espaço em formade toróide, moverá, com relativa rapidez, o meio bloqueadorfornecido na direção das paredes do espaço em forma detoróide.

SUMARIO DA INVENÇÃO

É o objeto da presente invenção apresentar umfreio hidrodinâmico que compreende um dispositivo, o qual,de maneira simples e eficaz, reduz a circulação de ar noespaço toroidal, que surge no freio hidrodinâmico quando édesejável que nenhuma ação de frenagem seja obtida.

Este objeto é alcançado pelo freio hidrodinâmicodo tipo mencionado inicialmente, que é caracteriZADO pelosaspectos mencionados na parte caracterizadora dareivindicação 1. Pelo fornecimento do segundo meio com umapressão elevada e em uma direção parcialmente no sentido dacorrente de ar circulante, ê obtido um retardamento davelocidade do fluxo de ar circulante, quando o meio atinge oar circulante. Pelo fornecimento do meio com uma pressãoadequadamente elevada, ele penetra através da camada de arlocalizada externamente no espaço toroidal, que tem avelocidade mais elevada. Isto é necessário para impedir queo meio, substancialmente logo em seguida ao seufornecimento, seja movido na direção das paredes do espaçotoroidal pela corrente de ar localizada externamente. 0segundo meio, que é fornecido com uma pressão, é finamentedispersado no espaço toroidal até uma camada muito fina demeio, que retarda a velocidade do ar circulante.

De acordo com uma modalidade preferida da presenteinvenção, o segundo meio é disposto de modo a ser fornecidoem forma de pelo menos um jato. O jato pode ter umaconformação adequada e uma pressão que reduz ativamente adireção de movimento e a velocidade do ar. Tais jatos devemser fornecidos a uma velocidade acima de 10 m/s, de modo ase garantir que retardem e penetrem na camada de ar externano espaço em forma de toróide. De preferência, a velocidadedeve ser de pelo menos 2 0 m/s. Alternativamente, o segundomeio pode ser fornecido à maneira de numerosos jatos, paraque se obtenha um efeito de mais spalhamento sobre o arcirculante existente no espaço toroidal. Vantajosamente, osegundo meio é idêntico ao primeiro meio. 0 primeiro meio éusualmente um óleo. Tal óleo é, na maioria dos casos, tambémadequado como um meio para reduzir a circulação de ar noespaço toroidal. Pelo emprego do mesmo meio para impedir acirculação do ar no que se refere à obtenção de uma ação defrenagem, o manuseio do segundo meio é simplicado. Não énecessário, por exemplo, o emprego de quaisquer recipientescoletores para o meio.

De acordo com outra modalidade preferida da pre-sente invenção, o dispositivo compreende pelo menos umelemento de injeção, que é disposto de modo a injetar osegundo meio no espaço toroidal. Tal elemento de injeção édisposto de modo a introduzir o segundo meio no espaçotoroidal a uma pressão adequada. 0 elemento de injeção podecompreender também um bocal adequado, que proporciona um oumuitos jatos com uma conformação adequada para reduzir acirculação do ar. 0 elemento de injeção pode fornecer osegundo meio a partir de uma parte localizada externamentedo espaço toroidal. Deste modo, o segundo meio pode serinjetado, na direção do ar circulante, em uma área quando oar flui do rotor até o estator e tem sua velocidade maiselevada. Vantajosamente, o elemento de injeção fornece osegundo meio, neste caso por meio de um orifício em umasuperfície de fundo do recesso do estator. Uma vez que oestator é imóvel, ele é relativamente isento decomplicações, para que se obtenha um elemento de injeção noestator para o fornecimeno do segundo meio na área. De modoa se obter uma redução efetiva da velocidade do arcirculante, o segundo meio deve ser fornecido em uma direçãoque tenha um ângulo de 15° a 4 5° com relação à direçãoradial, que se estende do orifício do elemento de injeçãoaté um centro existente no espaço toroidal. Presume-se que oar circulante circule sinuosamente no espaço toroidal aolongo das superfícies de fundo dos recessos do estator e dorotor. Deste modo, a direção de fluxo principal do ar torna-se substancialmente perpendicular à direção radial. Quantomais a direção de fornecimento do meio se desvia da direçãoradial, mais em sentido contrário o meio atinge a correntede ar circulante. Vantajosamente, o segundo meio é fornecidoem um ou vários jatos em uma direção a um ângulo de entre15° e 45° com relação à direção radial. Um ângulo de cercade 30° parece ser o mais favorável de modo para se retardarmais eficazmente a velocidade da corrente de ar circulanteao mesmo tempo, uma vez que uma parte considerável dosegundo meio pode passar através desta corrente de ar eformar uma camada muito fina de meio no espaço toroidal.

De acordo com outra modalidade preferida da pre-sente invenção, o elemento de injeção pode ser disposto demodo a injetar o segundo meio a partir de uma parte,localizada em sentido radial para dentro, do espaçotoroidal. Deste modo, a velocidade do ar circulante éreduzida na passagem do estator para o rotor.

Vantajosamente, o elemento de injeção é, neste caso,instalado na parte de eixo do rotor e compreende um orifíciona superfície de fundo do recesso do rotor. Vantajosamente,o segundo meio é fornecido em uma direção a um ângulo deentre 15° e 45° com relação à direção radial, que se estendea partir do orifício do elemento de injeção até um centro noespaço toroidal. Fornecer jatos a uma pressão elevada, emuma faixa de ângulos de cerca de 3 0°, parece ser a maneiramais favorável de retardar com eficácia a corrente de arcirculante ao mesmo tempo em que se obtém uma camada muitofina de meio eficaz no espaço toroidal. De maneira adequada,o dispositivo compreende uma série de elementos de injeçãolocalizados tanto em partes localizadas em sentido radialpara fora quanto em partes localizadas em sentido radialpara dentro e a intervalos constantes ao longo da extensãocircular do espaço toroidal. Desse modo, a circulação do arpode ser contrabalançada de maneira eficaz em todo o espaçotoroidal.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

A seguir é descrita como exemplo uma modalidadepreferida da invenção com referência aos desenhos anexos,nos quais :

a Figura 1 mostra um corte transversal através deuma parte de um freio hidrodinâmico de acordo com a presenteinvenção ;

a Figura 2 mostra separadamente o estatorapresentado na Figura 1 ; e

a Figura 3 mostra separadamente o rotorapresentado na Figura 1.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE UMA MODALIDADE PREFERIDA DAPRESENTE INVENÇÃO

A Figura 1 mostra um corte transversal através deuma parte de um freio hidrodinâmico sob a forma de um retar-dador de um veículo acionado a motor. O retardador compreen-de um estator, indicado pelo número de referência 1, e umrotor, indicado pelo número de referência 2. 0 estator 1,que é mostrado separadamente na Figura 2, compreende um cor-po que tem uma superfície radial interna, 3, que define umaabertura circular. Um eixo rotativo, 4, é disposto de modo aestender-se através da abertura circular do estator 1. 0 ei-xo rotativo 4 fica, por meio de um dispositivo de transmis-são, em conexão com um eixo de acionamento do veículo. 0 es-tator 1 é instalado de maneira a ficar fixo no veículo deuma maneira adequada. 0 corpo do estator 1 compreende um re-cesso anular, 5, que, na condição montada do retardador, seestende em volta do eixo rotativo 4. 0 recesso anular 5 érestringido na direção radial para fora por uma borda exter-na, 6, e na direção radial para dentro por uma borda interna, 7.

Várias palhetas 8 são instaladas a intervalos unifor-mes ao longo da extensão circular do recesso anular 5. Aspalhetas 8 têm uma extensão substancialmente radial atravésdo recesso 5, a partir de sua borda interna 7 na direção desua borda externa 6. As superfícies laterais das palhetas 8têm um ângulo de cerca de 45° em relação à superfície defundo do recesso 5.

0 rotor 2, que é mostrado separadamente na Figura3, compreende uma parte de eixo, 9, que é ligada de maneirafixa ao eixo rotativo 4. Desse modo, o rotor 2 girará sin-cronicamente com o eixo rotativo 4. 0 rotor 2 compreende,além disso, uma construção substancialmente correspondenteao estator 1 e compreende um recesso anular, 10, que se es-tende em volta do eixo rotativo 4 na condição montada do ro-tor 2. 0 recesso anular 10 é restringido na direção radialpara fora por uma borda externa, 11, e na direção radial pa-ra dentro por uma borda interna, 12. Uma série de palhetas13 são apresentadas a intervalos uniformes ao longo da ex-tensão circular do recesso anular 10. As palhetas 13 têm umaextensão radial substancial através do recesso 12 a partirde sua borda externa, 11, na direção de sua borda interna12. Cada uma das superfícies laterais das palhetas 12 têm umângulo de cerca de 45° com relação â superfície de fundo e-xistente no recesso 10.

O estator Ieo rotor 2 são instalados coaxialmen-te um com relação ao outro em volta do eixo 4, de modo queos recessos anulares 5, 10 do estator 1 e do rotor 2 formemjuntos um espaço toroidal, que se estende em volta do eixorotativo 4. 0 estator 1 compreende uma série de aberturas14, através das quais um meio, em forma de óleo, pode serintroduzido no espaço toroidal quando se pretende frear oveículo. 0 óleo fornecido é guiado, durante a rotação do ro-tor 2, pelas palhetas 13 na direção de rotação e em sentidoradial na direção do espaço toroidal ao longo da superfíciede fundo do recesso 10 e é atirado a uma velocidade elevadaa partir da borda externa 11 do recesso 10 do rotor 2 porsobre a borda externa 16 do recesso 5 do estator 1. A dire-ção de rotação do óleo no espaço toroidal é indicada pelassetas a na Figura 1. 0 óleo atinge as palhetas 8 do estator1, e o movimento do óleo na direção de rotação do rotor 2 éretardado e o óleo é guiado pelas palhetas 8 em sentido ra-dial para dentro do longo da superfície de fundo do recesso5 até que alcance a borda interna 7 do recesso 5. Aqui, oóleo é novamente lançado por sobre o rotor 2 e atinge o ro-tor 2 na superfície de borda interna 12 do recesso 10. 0 ó-leo atinge as palhetas 13 em rotação do rotor 2 obliquamen-te, de modo que uma ação de frenagem substancialmente ótimaseja obtida pelo rotor 2. Em seguida, o óleo é guiado pelaspalhetas em rotação 13 ao mesmo tempo em que é guiado emsentido radial para fora ao longo da superfície de fundo dorecesso 10. A ação de frenagem obtida pelo rotor 2 dependeparcialmente da quantidade de óleo que é fornecida e é cir-culada no espaço toroidal e parcialmente da velocidade derotação do rotor 2. Durante o processo de frenagem, a ener-gia cinética do óleo é transformada em energia térmica. 0estator 1 compreende numerosas aberturas 15, através dasquais o óleo é disposto de modo a ser removido do espaço to-roidal, quando uma ação de frenagem já não é mais desejada.

De maneira correspondente, à medida em que o óleocirculante fornece uma ação de frenagem ao rotor, a circula-ção do ar existente no espaço toroidal propicia uma ação defrenagem. A circulação do ar é um problema quando nenhumaação de frenagem é desejada. Uma vez que o ar tem uma densi-dade muito mais baixa do que o óleo, a ação de frenagem, queé proporcionada pelo ar circulante, torna-se consideravel-mente mais reduzida que a proporcionada pelo óleo. Entretan-to, a ação de frenagem fornecida não é inteiramente negli-genciável e resulta, por exemplo, quando da propulsão de umveículo a motor, em um consumo de combustível desnecessaria-mente elevado.

De modo a se contrabalançar tal circulação de ar,um primeiro elemento de injeção, 16, foi instalado na parteexterna do estator 1. 0 primeiro elemento de injeção 16 édisposto de modo a fornecer um segundo meio, o qual, comvantagem, é idêntico ao óleo empregado na obtenção de umaação de frenagem no retardador. 0 primeiro elemento de inje-ção 16 fornece o segundo meio em um ou vários jatos, que sãofornecidos a uma pressão elevada, de modo que o meio obtenhauma velocidade inicial de cerca de 20 m/s. Os jatos são dis-postos de modo a serem injetados em uma direção que se des-vie a um ângulo Vi de cerca de 3 0° com relação à direção ra-dial T1, que se estende a partir do orifício do elemento deinjeção 16 e através de um centro c existente no espaço to-roidal. A corrente de ar principal obtém uma direção de flu-xo a correspondente à do óleo. Consequentemente, a correntede ar segue substancialmente as superfícies de fundo do es-paço toroidal existentes no estator 1 e no rotor 2. Destemodo, a direção de fluxo a substancial do ar torna-se, naárea de injeção, substancialmente perpendicular a tal dire-ção radial T1. Quanto maior o ângulo, ao qual o segundo meioé fornecido ao espaço toroidal, com relação â direção radi-al, mais em sentido contrário o meio atinge a corrente de arcirculante. Entretanto, o ângulo de injeção V1 pode variardentro da faixa de 15° até 4 5°. 0 segundo meio injetado con-trabalança aqui a passagem do ar do rotor 2 até o estator 1antes que forme uma camada muito fina de meio no espaço to-roidal.

Um segundo elemento de injeção, indicado pelo nú-mero de referência 17, é instalado na parte de eixo 9 do ro-tor 2 e compreende um orifício na superfície de fundo do re-cesso 10 do rotor 2. 0 segundo elemento de injeção 17 é dis-posto de modo a fornecer o segundo meio por meio de uma sé-rie de jatos a uma pressão elevada. Os jatos são dispostosde modo a serem injetados em uma direção que se desvia a umângulo V2 com relação â direção radial r2, que se estende apartir do orifício do elemento de injeção 17 e através docentro c no espaço toroidal. Entretanto, o ângulo de injeçãoV2 pode variar dentro da faixa de 15° até 45°. 0 meio injeta-do contrabalança aqui a passagem do ar do estator 1 para orotor 2 antes de formar uma camada muito fina de meio no es-paço toroidal.

Os primeiro 16 e o segundo 17 elementos de injeçãosão instalados de modo que o segundo meio injetado tenha,antes de tudo, que reduzir a velocidade do ar durante a pas-sagem existente entre o estator e o rotor em uma das dire-ções. Aqui, a velocidade do ar pode ser reduzida de maneirasubstancialmente considerável pelo fornecimento do meio auma velocidade elevada parcialmente na direção de fluxo a doar. Pelo fornecimento dos jatos a uma velocidade elevada, omeio passa principalmente através pelo menos da camada de armais externa e obtém um espalhamento tal que uma camada mui-to fina de meio de pequenas gotas de meio finamente disper-sadas seja formada, o que contrabalança também a circulaçãode ar entre o estator e o rotor no espaço toroidal. Entre-tanto, as pequenas de óleo formadas são gradualmente movidasna direção da superfície de fundo dos recessos 5, 10 do es-tator 1 ou do rotor 2, após o que o óleo é guiado para fora.Os primeiro 16 e segundo 17 elementos de injeção são vanta-josamente instalados a intervalos constantes ao longo da ex-tensão do espaço toroidal para contrabalançar a circulaçãode ar entre o estator Ieo rotor 2 ao longo de toda a ex-tensão do espaço toroidal.

A presente invenção não está de modo algum restri-ta à modalidade acima descrita nos desenhos, mas pode sermodificada livremente dentro do alcance das reivindicações.

Claims

1. Freio hidrodinâmico, que compreende um estator(1) e um rotor (2), que compreendem, cada um, um corpo quetem um recesso anular (5, 10) e uma pluralidade de palhetas(8, 13) apresentadas nos respectivos recessos (5, 10) do es-tator (1) e do rotor (2), em que o estator (1) e o rotor (2)são instalados coaxialmente um com relação ao outro, de modoque os recessos anulares (5, 10) do estator (1) e do rotor(2) formem um espaço toroidal, um primeiro meio disposto demodo a ser fornecido ao espaço toroidal para obtenção de umaação de frenagem durante a rotação do rotor (2), e um dispo-sitivo disposto de modo a fornecer um segundo meio ao espaçotoroidal durante períodos de tempo, quando nenhuma ação defrenagem é desejada, para reduzir a circulação de ar no es-paço toroidal, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivoé disposto de modo a fornecer o segundo meio, em pelo menosum local, ao espaço toroidal a uma pressão e em uma direçãoque, pelo menos parcialmente, é direcionada na direção defluxo principal do ar circulante (a).

2. Freio hidrodinâmico, de acordo com areivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundomeio é disposto de modo a ser fornecido em forma de pelomenos um jato.

3. Freio hidrodinâmico, de acordo com areivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que osegundo meio é idêntico ao primeiro meio.

4. Freio hidronâmico, de acordo com qualquer umadas reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato deque o dispositivo compreende pelo menos um elemento deinjeção (16, 17), disposto de modo a injetar o segundo meiono espaço toroidal.

5. Freio hidrodinâmico, de acordo com areivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o elementode injeção (16) é disposto de modo a fornecer o segundo meioa partir de uma parte localizada radialmente para fora doespaço toroidal.

6. Freio hidrodinâmico, de acordo com areivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o elementode injeção (16) fornece o segundo meio por meio de umorifício na superfície de fundo do recesso (5) do estator (1).

7. Freio hidrodinâmico, de acordo com areivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundomeio é fornecido em uma direção a um ângulo (V1) entre 15° e 45° com relação à direção radial (rx) , que se estende apartir do orifício do elemento de injeção (16) e através deum centro (c) no espaço toroidal.

8. Freio hidrodinâmico, de acordo com areivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o elementode injeção (17) é disposto de modo a injetar o segundo meioa partir de uma parte localizada radialmente para dentro doespaço toroidal.

9. Freio hidrodinâmico, de acordo com areivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o elementode injeção (17) é instalado na parte de eixo (9) do rotor(2) e compreende um orifício na superfície de fundo dorecesso (10) do rotor (2).

10. Freio hidrodinâmico, de acordo com areivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundomeio é fornecido em uma direção que se desvia a um ângulo(v2) entre 15° e 45° com relação a um raio (r2) , que seestende a partir do orifício do elemento de injeção „ (17) eatravés de um centro (c) no espaço toroidal.