Verfahren zum Steuern einer hydrodynamischen Bremse, besonders in Schienentriebfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf .ein Verfahren zum Steuern einer hydrodynamischen Bremse, besonders in Schienentriebfahrzeugen, und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die Leistung hydrodynamischer Bremsen, die als Fahrzeugbremsen in Schienentriebfahrzeugen verwendet werden, muss in einem weiten Bereich gesteuert werden können. Bei niedrigen Drehzahlen sollen schon hohe Bremsleistungen erreicht und bei hohen Drehzahlen auch sehr kleine Bremsleistungen eingestellt werden können.
Die Leistung einer gegebenen hydrodynamischen Bremse ist eine Funktion der in der Zeiteinheit im Kreislauf umgewälzten Flüssigkeitsmenge. Die umge wälzte Flüssigkeitsmenge wiederum hängt von der Bremsdrehzahl ab. Zur Leistungssteuerung einer hydro dynamischen Bremse muss also die in der Zeiteinheit umgewälzte Flüssigkeitsmenge verändert werden.
Bisher wird die Leistung solcher hydrodynamischer Bremsen überwiegend durch Ändern ihrer Füllung ge steuert. Durch die Forderung hoher Bremsleistungen bei geringen Drehzahlen müssen die Bremsen ent sprechend reichlich dimensioniert werden, so dass bei hohen Drehzahlen kleine Leistungen nur mit einem ganz geringen Füllungsgrad erzielt werden können. Ausser der Notwendigkeit einer genau arbeitenden und damit aufwendigen Füll- und Entleereinrichtung wird bei geringem Füllungsgrad durch ungünstige Strömungsver hältnisse die Bremsleistung instabil, d. h. die Brems leistung schwankt trotz konstantem Füllungsgrad und konstanter Drehzahl sehr stark.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist, ein Verfahren zur Leistungssteuerung einer hydrodynamischen Bremse zu entwickeln, das im ganzen Drehzahlenbereich auch kleine Bremsleistungen genau einzuhalten ermöglicht, d. h. die in der Zeiteinheit im Kreislauf umgewälzte Flüssigkeitsmenge zu ändern, ohne die Nachteile, die durch einen zu geringen Füllungsgrad auftreten.
Erfindungsgemäss wurde diese Aufgabe dadurch ge- löst, dass zum Steuern der im Kreislauf in der Zeiteinheit umlaufenden Flüssigkeitsmenge und damit des Brems momentes einer hydrodynamischen Bremse bei dauernd durch eine Kreiselpumpe voll gefülltem Kreislauf der dynamische Druck im Kreislauf durch Entnahme von Flüssigkeit aus dem Kreislauf an der Oberfläche des Flüssigkeitsringes gesteuert wird.
Ausser durch Flüssigkeitsentnahme kann die in der Zeiteinheit umlaufende Flüssigkeitsmenge durch Ein schieben einer Ringwand in den Kreislauf verändert werden.
Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfah rens hat einen hydraulischen Stellmotor mit einem doppeltwirkenden Kolben an einer koaxial zum Brems gehäuse angeordneten Ringwand zum Verschieben einer Ringwand, die in den Kreislauf der Bremse hineinragt.
In Weiterbildung der Erfindung kann die Vorrich tung einen Steuerschieber und einen Drosselschieber für die Flüssigkeitsentnahme und einen weiteren .Steuer schieber für den Stellmotor enthalten, die beide von einem Bremsleitungswähler betätigt werden, und zwar so, dass beim Stellen des Bremsleistungswählers von niedrigen auf hohe Bremsleistungen zuerst der Steuer schieber für den Entnahmedrosselschieber in Schliess richtung des Entnahmedrosselschiebers und anschlie ssend bei geschlossenem Entnahmedrosselschieber der Steuerschieber für den Stellmotor in Ausrückrichtung der Ringwand bewegt wird.
Zur Vermeidung von Überlastungen und Schäden an den Triebwerksteilen soll die Bremsleistung über den ganzen Drehzahlbereich auf einen Wert begrenzt werden, der etwa der höchsten Fahrleistung entspricht. Dies kann erreicht werden durch einen Drehzahlfühler mit Drosselschieber zur Erzeugung eines von der Brems wellendrehzahl abhängigen Steuerdruckes, der auf die beiden Steuerschieberkolben so wirkt, dass eine maxi male Bremsleistung nicht überschritten wird.
In der Zeichnung wird schematisch ein Ausfüh rungsbeispiel einer Steuervorrichtung einer hydrodyna- mischen Bremse nach der .Erfindung gezeigt und in der nachstehenden Beschreibung erläutert.
Die hydrodynamische Bremse 11 besteht aus einem Bremsrotor 12 mit Primärschaufeln 13 und aus einem Bremsstator 14 mit Sekundärschaufeln 15 und 16. Der Bremsrotor 12 sitzt auf einer Bremswelle 17, die mit dem Fahrzeugtriebwerk gekuppelt ist. Bremsstator und -rotor sind in einem Bremsengehäuse 18 angeordnet, in dem auch die Bremswelle 17 gelagert ist. Ein Ring raum 19 im Bremsengehäuse 18 dient der Zuführung von Bremsflüssigkeit durch mehrere gleichmässig über den Umfang verteilte Füllrohre 20 in den Kern des Bremskreislaufs.
In einen freien Raum zwischen den Sekundärschau feln 15 und 16 ist eine Ringwand 21 mit schwach kegelförmigem Aussenmantel einschiebbar. Durch einen Ringspalt 22 zwischen dem Aussenmantel der Ringwand, dessen Breite von der Stellung der Ringwand abhängt, kann Bremsflüssigkeit aus dem Kreislauf austreten. Die Ringwand sitzt auf einer Nabe 23, die auf einem im Bremsengehäuse angeordneten rohrförmigen Lagerkör per 24 axial schiebbar gelagert ist.
Im Bremsengehäuse ist weiter ein hydraulischer Stellmotor 25, bestehend aus einem Kolben 26 auf der Ringwandnabe 23 und den Druckräumen 27 und 28 zum Verschieben und zum Festhalten der Ringwand 21 angeordnet. Der Druckraum 27 wird durch eine Gehäusezwischenwand 29 von einem Raum 30 getrennt, der die Ringwand 1 in zurückgezogenem Zustand) auf nimmt und der zugleich als Sammelraum für die aus dem Bremskreislauf durch den Ringspalt 22 austretende Bremsflüssigkeit dient.
Zum Bewegen der Ringwand wird dem Druckraum 27 oder 28 Druckflüssigkeit über Leitungen 31 oder 32 von einem Steuerschieber 33 zugeführt. Der Steuer schieber 33 enthält einen Steuerkolben 34 mit den Steuerkanten 35 und 36. Der Steuerkolben 34 wird durch eine Feder 37 zwischen Steuerschiebergehäuse 38 und einem auf dem Steuerkolben 34 angeordneten Stellkolben 39 in Einrückrichtung der Ringwand 21 gedrückt. Eine Zwischenwand 40 des Steuerschieber gehäuses 38 bildet mit dem Stellkolben 39 einen Druck raum 41. Weiter enthält der Steuerschieber 33 eine axial schiebbare Steuerbuchse 42 mit Steueröffnungen 43 und 44 und eine Zuflussöffnung 45.
Durch eine Rück führstange 46 am Stellmotorkolben 26, einem Winkel hebel 47 und einer Feder 48 zwischen Steuerbuchse 42 und Steuerschiebergehäuse 38 wird die Ringwand bewegung auf die Steuerbuchse 42 übertragen.
Zur Steuerung der durch den Ringspalt 22 aus dem Bremskreislauf in den Raum 30 und in eine Entnahme leitung 49 austretenden Bremsflüssigkeit dient ein Dros selschieber 50. Dieser besteht aus einem Gehäuse 51, einer darin festsitzenden Schieberbuchse 52 mit Zufluss öffnungen 53 und Drosselöffnungen 54 und einem Drosselschieberkolben 55 mit Steuerkante 56, der von einer Feder 57 in Schliessrichtung des Drosselschiebers gedrückt wird. Der Drosselschieberkolben 55 bildet mit dem Schiebergehäuse 51 und der Schieberbuchse 52 einen Druckraum 58. Mit dem Drosselschieber 50 zu sammengebaut ist ein Steuerschieber 59 für den Drossel schieber 50.
Er besteht aus einem Steuerkolben 60 mit Steuerkante 61 und dem Drosselschieberkolben 55 als Steuerbuchse mit einer Zuflussöffnung 62 für das Steuer druckmittel und einer Steueröffnung 53 als Zuflussöff nung zum Druckraum 58. Der Steuerkolben wird durch eine Feder 64 in Schliessrichtung des Drosselschiebers gedrückt und bildet mit dem Drosselschieberkolben 55 einen weiteren Druckraum 65 mit einer Zuflussöff nung 66.
Der gemeinsamen Bedienung des Steuerschiebers 33 für den hydraulischen Ringwandstellmotor 25 und des Steuerschiebers 59 für den Drosselschieber 50 dient ein Bremsleistungswähler 67. Dieser kann direkt durch einen Handhebel 68 oder durch eine hydraulische, pneumatische oder elektrische Fernübertragung einge stellt werden. Am Bremsleistungswähler 67 wird die ge wünschte Bremsleistung eingestellt und von diesem auf eine Stellstange 69 in eine entsprechende Längs bewegung übertragen, und zwar bei steigender Brems leistung nach oben. Ein an der Stehstange 69 aasgelenkter Hebel 70 hält den Steuerkolben 60 gegen die Kraft der Feder 64 in einer der am Bremsleistungswähler 67 einge stellten Leistung entsprechende Lage.
Ab einer mittleren Bremsleistung befindet sich der Steuerkolben 60 in sei ner unteren Endlage und das Drosselventil ist geschlos sen. Ein weiterer durch eine Feder 71 belasteter Hebel 72 zieht den Schieberkolben 33 gegen die Kraft der Feder 37 in seine untere Endstellung, die der voll in den Kreislauf eingerückten Stellung der Ringwand 21 entspricht. Ab einer mittleren Bremsleistung wird die ser Hebel von der Stellstange 69 nach oben gedrückt, so dass der Steuerkolben 34 und damit die Ringwand 21 eine der eingestellten Bremsleistung entsprechende Stellung einnimmt.
Zur Begrenzung der Bremsleistung ist auf der Bremswelle 17 ein Drehzahlfühler in Form eines Flieh kraftreglers 73 angeordnet, der auf einen Drosselschieber 74 wirkt. Der Drosselschieber 74 besteht aus einem Gehäuse 75 mit einer Entlastungsöffnung 76 und einer Überströmnute 77 und einem Schieberkolben 78 mit Steuerkanten 79 und 80, der im Gehäuse 75 zwei Druckräume 81 und 82 bildet und mit einer Feder 83 gegen den Fliehkraftregler gedrückt wird.
Bei steigender Drehzahl der Bremswelle 17 schiebt der Fliehkraft regler 73 den Schieberkolben 78 so weit nach rechts, bis die Steuerkante 79 das im Druckraum 81 befindliche Druckmittel über die überströmnute 77 in den Druck raum 82 übertreten lässt. Durch den im Druckraum 82 sich bildenden Druck wird der Schieberkolben 78 wieder gegen den Fliehkraftregler 73 nach links geschoben, bis die Steuerkante 80 und Entlastungsöffnung 76 Steuer druckmittel aus dem Druckraum 82 austreten lässt.
Da bei wird im Druckraum 82 ein von der Drehzahl der Bremswelle abhängiger Steuerdruck gebildet. Der Druck raum 82 steht über die Leitung 84 mit den Druck räumen 41 und 65 der Steuerschieber 33 und 59 in Verbindung.
Die Federn 37 und 64 der Steuerschieber 33 und 59 sind so bemessen, dass bei überschreiten der höchst zulässigen Bremsleistung der Steuerdruck in den Druck räumen 41 und 65 die der augenblicklichen Stellung der Steuerkolben 34 und 60 entsprechenden Feder kraft überwiegt und diese Steuerkolben in Richtung kleinerer Bremsleistung schiebt.
Dem Bremskreislauf wird die Bremsflüssigkeit von einem Vorratsbehälter 85 durch eine Kreiselpumpe 86 über ein vom Stellgerät 67 elektromagnetisch schalt baren Füllventil 87 und Fülleitung 88 zugeführb. Die Steuerschieber 33, 59 und 74 werden aus dem Vorrats behälter 85 durch eine Zahnradpumpe 89 über die Leitung 90 mit dem .Steuerdruckmittel versorgt.
Wirkungsweise der hydrodynamischen Bremse und der Bremssteuerung: Bei ausgeschalteter Bremse (Null-Stellung des Bremsleistungswählers 67) ist das Füllventil 87 ge schlossen, der Steuerkolben 60 wird vom Hebel 70 in seine obere Endstellung gedrückt, die Steuerkante 61 gibt die Steueröffnung 63 frei, das Steuerdruckmittel in Leitung 90 gelangt in den Druckraum 58 und schiebt den Drosselschieberkolben 55 gegen die Feder 57 in seine obere Endstellung, die den grössten Durchfluss querschnitt der Drosselöffnung 54 ergibt, wodurch der Bremskreislauf vollkommen entleert ist. Weiterhin zieht die Feder 71 über den Hebel 72 den Steuerkolben 34 in seine untere Endstellung.
Die Steuerkante 36 gibt die Steueröffnung 44 frei, das Steuerdruckmittel aus Leitung 90 gelangt über Leitung 32 in den Druckraum 28 des hydraulischen Stellmotors 25, dessen Kolben 26 die Ringwand 21 ganz in den Bremskreislauf einrückt.
In Bremsstellung des Bremsleistungswählers 67, z. B. für kleinste Bremsleistung, wird das Füllventil 87 geöff net und dem Bremskreislauf vom Vorratsbehälter 85 durch die Kreiselpumpe 86 über Fülleistung 88, Ring raum 19 und Füllrohre 20 Bremsflüssigkeit zugeführt. Die Kreiselfüllpumpe ist so ausgelegt, dass trotz weiter hin voll geöffnetem Drosselschieber 50 der Bremskreis lauf ganz gefüllt wird und gefüllt bleibt. Durch die grosse Entnahmemenge aus dem Kreislauf bei voll geöffnetem Drosselschieber 50 kann sich im Kreislauf kein nennenswerter dynamischer Druck aufbauen.
Da durch und durch die Verkleinerung des wirksamen Bremskreislaufs durch die voll eingerückte Ringwand 21 wird im Bremskreislauf nur eine kleine Flüssigkeits menge in der Zeiteinheit umgewälzt. Dadurch kann eine geringe, aber konstante Bremsleistung auch bei hohen Bremsdrehzahlen gehalten werden.
Beim Stellen dies Bremsleistungswählers 67 nach höheren Bremsleistungen wird die Stellstange 69 nach oben verschoben, der Hebel 70 lässt den unter dem Druck der Feder 64 stehenden Steuerkolben sich nach unten bewegen, die Steueröffnung 63 wird freigegeben, der Druckraum 58 wird entlastet und der Drosselschie berkolben wandert unter dem Druck der Feder 57 so weit nach unten, bis die Steueröffnung 63 wieder ver schlossen ist. Dabei wird der Durchflussquerschnitt der Drosselöffnung 54 durch die Steuerkante 56 verkleinert, wodurch sich im Bremskreislauf der dynamische Druck und damit die Bremsleistung erhöht.
Etwa in Mittelstellung des Bremsleistungswählers 67 ist die Drosselöffnung 54 durch den Drosselschieber kolben 55 ganz geschlossen, im Bremskreislauf herrscht ein entsprechend hoher dynamischer Druck, der eine entsprechende Bremsleistung ergibt.
Beim weiteren .Stellen des Bremsleistungswählers 67 auf höhere Bremsleistung drückt die Stellstange 69 den Hebel 72 entsprechend weit gegen die Feder 71 nach oben. Der Steuerkolben 34 wird durch die Feder 37 in eine entsprechende Stellung gebracht, die Steuerkante 35 lässt das Steuerdruckmittel aus der Leitung 90 durch die Steueröffnung 43 über Leitung 31 in den Druckraum 27 des hydraulischen Stellmotors treten, zugleich wird der Druckraum 28 des Stellmotors 25 durch Leitung 32, Steueröffnung 44 und Steuerkante 36 entlastet.
Der Stellmotorkolben 26 zieht die Ringwand 21 so weit aus dem Bremskreislauf, bis durch die Rückführbewe gung der Steuerbuchse 42 durch Rückführstange 46 und Winkelhebel 47 die Steueröffnungen 43 und 44 wieder geschlossen sind. Durch die Leitungen 31 und 32 kann nunmehr kein Druckmittel aus den Räumen 27 und 28 entweichen, und die Ringwand 21 wird vom Stell- kolbenmotor 26 in einer der Stellung des Steuerkolbens 34 des Steuerschiebers 33 entsprechenden Lage gehalten. Dadurch wird der wirksame Bremskreislauf und damit die Bremsleistung vergrössert.
In der Stellung für höchste Bremsleistung am Brems leistungswähler 67 ist die Ringwand 21 vollständig aus dem Bremskreislauf entfernt und in der Bremse wird die höchste Bremsleistung erzeugt.
Damit in keiner .Stellung des Bremsleistungswählers die zulässige Höchstleistung überschritten wird, wirkt das Steuerdruckmittel mit drehzahlabhängigem Druck aus dem Drosselschieber 74 im Druckraum 65 des Steuerschiebers 59 und im Druckraum 41 des Steuer schiebers 33. Je nach der von der augenblicklichen Stellung der Steuerkolben 60 bzw. 34 abhängigen Kraft der Federn 64 bzw. 37 und dem augenblicklichen dreh zahlabhängigen Druck des Steuermittels in den Druck räumen 65 bzw. 41 wird der Steuerkolben in die Öff nungsrichtung des Drosselschiebers 50 bzw. der Steuer-. kolben 34 in die Einrückrichtung der Ringwand 21 gedrückt.