Verfahren zum Ableiten der Wärme, die bei der Vernichtung von kinetischer Energie entsteht, und Einrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ableiten der Wärme, die bei der Vernichtung von kinetischer Energie mittels zweier sich relativ zueinander bewegender Körper entsteht. Sie betrifft im weiteren eine Einrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens. Diese Einrichtung lässt sich besonders vorteilhaft bei Bremsen und Kupplungen anwenden, so besonders bei Bremsen für Flugzeugräder, aber auch für Landfahrzeuge und Maschinen.
Bei den üblichen Bremsen und Kupplungen be steht eine grosse Schwierigkeit darin, die bei der Vernichtung der kinetischen Energie erzeugte Hitze abzuleiten. Die Verwendung von stärkeren und lei stungsfähigeren Antriebsmechanismen im Transport wesen mit den daraus resultierenden höheren Ge schwindigkeiten haben bewirkt, dass die beim Brem sen entstehenden Temperaturen häufig die für das zur Bremsenherstellung verwendete Material zulässi gen Arbeitstemperaturen überschreiten. Daraus ergibt sich die Gefahr, dass die Wirksamkeit einer Bremse nachlassen kann, dass sich die Bremse übermässig ab nützt oder dass sie im schlimmsten Fall ganz versagt.
Dieses Problem ist besonders wichtig bei Lauf rädern von Flugzeugen. Es wurde nämlich gefunden, dass ein plötzliches Bremsen, wie es beim Landen oder bei einem abgebrochenen Start nötig ist, das Bremsenmaterial so sehr erhitzt, dass unter Umstän den eine Kühldauer von mehr als zwei Stunden nötig ist, bis die Bremsen wieder gebraucht werden können. Das grössere Gewicht der Flugzeuge, das für ausge dehnte Flugaufträge erforderlich ist, und die grösseren Geschwindigkeiten, die bei Düsenflugzeugen auf treten, erschweren das Problem noch mehr.
Ferner kann bei Düsenflugzeugen kein Bremsmoment durch Umkehr der Antriebsorgane erzeugt werden, wie bei Propellerflugzeugen. Das Problem der Wärmeableitung begegnet uns auch bei allen Maschinen, auf die eine nichtkonti nuierliche Antriebskraft zu übertragen ist, ohne dass die Geschwindigkeit des Antriebes entsprechend ge ändert wird. Es dürfte klar sein, dass irgend ein Mittel zur Ableitung von Wärme aus einer Bremse ebensogut für die Ableitung der Wärme in einer Kupplung oder in einem ähnlichen Mechanismus dienstbar gemacht werden kann.
Es wurde nun gefunden, dass mit der vorliegen den Erfindung ein viel grösserer Betrag der durch Reibung in einer Bremse oder Kupplung erzeugten Wärme durch ein verbrauchbares Kühlmittel abge leitet werden kann. Auch kann die Temperatur einer solchen Bremse unter der für ihr Material zulässigen maximalen Arbeitstemperatur gehalten werden.
Dementsprechend ist eines der Ziele der Erfin dung das, eine Methode und eine Einrichtung für die Ableitung der Wärme anzugeben.
Ein weiteres Ziel ist es, eine für den Gebrauch bei Bremsen und Kupplungen geeignete Anordnung mit einer grossen Wärmekapazität schaffen zu können.
Im weiteren soll nach der Erfindung eine Bremse für Maschinen hergestellt werden können, in welchen plötzliche Beschleunigungen und Verzögerungen auf treten.
Im weiteren wird bezweckt, die Grösse und das Gewicht von Bremsen und Kupplungen zu vermin dern, die Herstellung eines durch ein Kühlmittel ge kühlten Brems- oder Kupplungsgliedes zu ermög lichen, wobei das Endprodukt des Kühlmittels ein Gas ist, so dass das Ablassen dieses Endproduktes keine Schwierigkeiten bereitet, durch die Anwesenheit eines gasförmigen Endproduktes an den Bremsflächen einen grösseren Reibungskoeffizienten und durch Ab sorption von Wärme durch das Kühlmittel dadurch eine maximale Kühlung des Bremsgliedes zu erzielen, dass das flüssige Kühlmittel während seines Durch ganges durch das Bremsglied in ein Gas umgewandelt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist nun dadurch gekennzeichnet, dass ein für ein Kühlmittel durch lässiges Teilstück eines Körpers gegen eine Reibungs fläche des andern Körpers gepresst und ein Strom eines Kühlmittels durch den durchlässigen Körper hindurch zur Berührungsfläche der beiden Körper geleitet wird.
Die Einrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der eine der beiden relativ zueinander beweglichen Körper ein für ein Kühlmittel durchlässiges Teilstück aus mit einander verbundenen Materialteilchen ausweist, dass dieses Teilstück mit einer Fläche des andern Körpers in Berührung gebracht werden kann, und dass eine Leitung vorgesehen ist, durch die ein Kühlmittel zu ihm hinströmen kann, welches dazu bestimmt ist, durch es hindurch zur Berührungsfläche der beiden Körper zu gelangen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung beispielsweise dargestellten Ausfüh rungsformen beschrieben.
Die Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine Scheiben bremse; die Fig.2 ist eine Draufsicht auf einen runden Block aus Reibungsmaterial, und die Fig. 3 ist ein Schnitt nach der Linie III-111 der Fig. 2.
Die Fig. 1 der Zeichnung zeigt ein Ausführungs beispiel der Einrichtung nach der Erfindung mit einem Teil einer ringförmigen Bremsscheibe 1. Ein oder mehrere Paare von Bremsschuhen oder Bremskörpern 2 und 3 sind so angeordnet, dass sie mit einander gegenüberliegenden Stellen der Bremsscheibe in Rei bungskontakt kommen können, wenn der Bremsdruck angelegt wird. Der Bremsschuh 2 wird von einem Ge häuse 4, der Bremsschuh 3 von einem Gehäuse 5 gehalten.
Der Bremsdruck kann auf irgendeine an und für sich bekannte Art und Weise auf den Bremsschuh einwirken, z. B. ganz einfach durch eine mechanisch beeinflusste Druckplatte 6, die durch eine Stoss stange 7 bewegt wird. Diese ist in einer Lagerbüchse 8 geführt, die ihrerseits in einer Hülse 9 gehalten ist. Eine Dichtungsscheibe 10 und eine Feststellmutter 11 vervollständigen die Einrichtung. Durch Betätigung des Nockens 12, der einen Teil des Bremshebels 13 bildet, wird die Bremsstange 7 gegen die Bremsplatte 6 gedrückt. Der Bremshebel 13 selbst ist auf dem Stift 14 drehbar gelagert, so dass sein Arm 15 durch irgendwelche nicht gezeichnete Mittel verschwenkt werden kann. Eine Rückstellfeder 16 löst die Bremse, sobald die auf den Arm 15 einwirkende Kraft nach lässt.
Der in diesem Beispiel gezeichnete Bremsschuh 2 besitzt eine Tragschale 17 und ein für ein Kühlmittel durchlässiges Teilstück 18. Dieses besteht aus für das Kühlmittel durchlässigem Material und ist so ausge- bildet, dass es durch den oben beschriebenen Mecha nismus mit der Bremsscheibe 1 in Berührung gebracht werden kann. Ein Kühlmedium wird in die Brems schuhe 2 und 3 eingeführt und durchdringt das Teil stück 18 bzw. 18'. Das Kühlmedium wird dann im Zwischenraum zwischen dem Bremsschuh u_ nd der Bremsscheibe in die Atmosphäre abgeleitet.
Das Kühlmedium kann aus einem nichtgezeich neten Tank durch ein Rohr 21, ein Anschlussstück 20 und die Leitung 19 in den Bremsschuh 2 ein geleitet werden. Analog strömt das Kühlmedium durch ein Rohr 26 und ein Anschlussstück 25 zu einer Öffnung 24 in der Lagerbüchse B. Diese steht, solange der Bremsdruck auf die Stange 7 einwirkt, mit einer ringförmigen Rille 23 in der Stange 7 in Ver bindung, an welche sich eine Nut 22 anschliesst, die zu einem Durchgang in der Druckplatte 6 führt, so dass das Kühlmedium zum Bremsschuh 3 gelangen kann.
Unter Umständen kann auch ein Teil der Brems scheibe 1 aus durchlässigem Material bestehen; in die sem Fall ist das Kühlmedium auch ihr zuzuleiten.
Zur guten Wirkungsweise dieser Bremse ist es wichtig, dass ein passendes Kühlmedium ausgesucht wird, das beim Bremsen die grösstmögliche Wärme menge der Anlage entzieht. Obwohl sich eine Vielzahl von Flüssigkeiten als Kühlmedien verwenden lassen, ist es vorteilhafter, eine leicht verdunstende Flüssig keit oder sogar ein gasförmiges Kühlmedium andern Kühlmedien vorzuziehen, weil hiebei weniger Schwie rigkeiten bei der Wegleitung des Kühlmediums ent stehen. Es ist auch wünschbar, ein solches Kühl medium zu wählen, das praktisch zu lagern und zu ver wenden ist und das nach Möglichkeit nicht korrodie rend, nicht giftig und nicht reizend sein soll. Es kön nen Gase verwendet werden, die sich leicht in flüs siger oder komprimierter Form lagern lassen (wie z. B.
Kohlendioxyd oder Luft) und die sich im all gemeinen durch eine verschiedene Wärmeabsorption unterscheiden, weshalb einige zweckmässiger als andere sind. Es wurde nun gefunden, dass Ammo niak im Vergleich zu andern möglichen Kühlmedien ein äusserst grosses Wärmeabsorptionsvermögen auf weist. Die folgende Tabelle gibt die Wärmeableit- mengen einiger erhältlicher und verwendbarer Kühl medien an.
EMI0002.0019
kcal
<tb> kg
<tb> Luft <SEP> 167
<tb> C02 <SEP> 313
<tb> Wasserdampf <SEP> 919
<tb> Ammoniak <SEP> 1500 Diese Werte basieren auf einer Enthalpieänderung von -18-650 C bei thermischem Gleichgewicht. Beim Ammoniak wurde Dissoziationsgleichgewicht angenommen.
Aus dieser Tabelle ist ersichtlich, dass die zur Ableitung einer bestimmten Wärmemenge benötigte Kühlmittelmenge dann am kleinsten ist, wenn als Kühlmittel Ammoniak verwendet wird. Es wurde z. B. bestimmt, dass das Bremsen eines etwa 45 t schweren Flugzeuges, das eine Landegeschwindigkeit von etwa 30 m!s hat, eine Wärmemenge von etwa 5000 kcal erzeugt. Die Ableitung dieses Energiebetra ges mit Stahlbremsen würde mehr als 50 kg Stahl be nötigen. Dieser Energiebetrag kann jedoch mit weniger als 3,4 kg Ammoniak abgeleitet werden.
Als durchlässiges Material lässt sich jedes Material verwenden, das mit Ammoniak oder einem andern verwendeten Kühlmedium nicht chemisch reagiert oder sonstwie von ihm angegriffen wird. Besonders gute Resultate wurden mit Nickelschrot erhalten, das durch ein Sieb mit der Maschenweite von 0,25 mm durchgefallen ist und thermisch zusammengebacken wurde, oder mit anderem Sintermetall oder mit Ge mischen; die ein Metall enthalten, das eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist. Nickel dient auch als Katalysator für die Dissoziation des Ammoniaks, falls Ammoniak als Kühlmedium gebraucht wird, und trägt durch diese Dissoziation zur Wärmeabsorption bei.
Andere durchlässige Materialien, die gebraucht werden können, sind durchlässige Keramik, Silizium karbid, Aluminiumoxyd oder Blöcke aus einem an dern Schleifmittel, wenn es die nötige Porosität besitzt. Es ist auch möglich, Kühler mit durchbohrten Kühl kanälen zu verwenden; jedoch ergeben sich, wenn sie mit den üblichen organischen Auskleidungen versehen sind, wegen der niedrigen Wärmeleitfähigkeit von sol chen Materialien und dem grösseren Abstand der Kühlkanäle zueinander hohe Futtertemperaturen.
Es lässt sich als allgemeine Regel für das durch lässige Material angeben, dass es zu 75-95% aus festen Materialien und aus<B>25-5%</B> aus miteinander verbundenen Hohlräumen bestehen soll. Der wirk liche Durchmesser der Öffnungen oder Durchgänge ist zweckmässigerweise nicht grösser als 0,1 mm, und die Trennwand der Kühlkanäle ist üblicherweise nicht dicker als 0,5 mm.
Der in den Fig. 2 und 3 dargestellte, den Brems block oder Bremsschuh bildende durchlässige Körper ist speziell so ausgebildet, dass er mit einem gasför migen Kühlmittel verwendet werden kann. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind mehrere im Grundriss sechseckige Becher 28 in einem grösseren Becher 27 angeordnet, derart, dass der grössere Be cher 27 fast ganz gefüllt ist. Die kleinen Becher können auch einen andern, z. B. einen dreieckigen, Grundriss haben. Mit Vorteil wird eine Grosszahl von kleinen Bechern verwendet (und zwar mehr als in der Zeichnung der Einfachheit halber dargestellt sind), z. B. so viele, dass der Abstand zwischen den ein zelnen Bechermittelpunkten 6,3 mm oder noch weni ger beträgt.
Jeder dieser Becher 28 enthält ein Teil stück 29 aus durchlässigem Material, welches bereits oben beschrieben wurde. Zwischen dem Boden der Becher und dem Teilstück 29 befindet sich jeweilen ein Hohlraum 30, der als Sammelleitung dient, damit das Kühlgas gleichmässig über dem ganzen Körper 29 verteilt werden kann. Jeder Becher 28 besitzt in seinem Boden eine Öffnung 31, deren Durchmesser etwa 1,6 mm oder weniger beträgt. Diese Öffnung sollte einen im Vergleich zum Druckabfall im durch lässigen Körper grossen Druckabfall ergeben. So kann der Durchfluss durch jeden Becher nahezu unabhängig vom Druckabfall im durchlässigen Körper gehalten werden.
Das ist wünschbar, um ein konstantes Ar beiten des durchlässigen Körpers im gewünschten Temperaturbereich zu gewährleisten. Für gasförmige Kühlmedien kann die Öffnung auch oberhalb dem kritischen Druckverhältnis arbeiten. Dann ist das Durchflussvolumen vom Druckabfall im durchlässigen Körper unabhängig. Im gezeichneten Beispiel strömt das gasförmige Kühhnedium durch eine Leitung 33 in einen Verteilraum 32.
Ein Vorteil bei Gebrauch von Ammoniak als Kühlmittel besteht darin, dass sich der bei der Disso ziation entstehende Wasserstoff und Stickstoff mit der Luft mischt und ein Gas bildet, das die Reibung wesentlich erhöht. Bei der Anwesenheit von solchen Gasen zwischen den beiden Reibungsflächen nimmt die Reibung wesentlich zu.
Obwohl im vorstehenden zur Erläuterung der Erfindung eine Scheibenbremse durchbeschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf solche Bremsen be schränkt. Sie lässt sich vielmehr auf Bremsen jeder Art sowie auf Kupplungen anwenden. Das Kühl medium kann in einem Tank als Flüssigkeit oder Gas gespeichert werden, und die entsprechenden Leitungen können gleichzeitig mit der Betätigung der Bremse oder Kupplung geöffnet werden.
Es wurde gefunden, dass mit dem Verfahren und der Einrichtung, wie sie vorstehend beschrieben sind, mehr als <B>85%</B> der theoretischen Wärmemenge aufge nommen werden, während bei bekannten Bremsen nur 15% der entstehenden Wärme sich von einem Kühlmittel aufnehmen lässt.
Wenn ein flüssiges Kühlmedium verwendet wird, beginnt dieses beispielsweise etwa 3-4 mm vor der Austrittsfläche des durchlässigen Körpers zu kochen. Das beweist, dass der Wärmetransport durch die durchlässige Bremsschicht von der äussern Fläche her erfolgt. So werden durch das Kochen die Kanalwände in dieser Bremsschicht gekühlt.