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Steuerung einer hydrodynamischen Bremse, insbesondere in Schienentriebfahrzeugen
Die Erfinclutig bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern der rin Kreislauf in
der Zeiteinheit umlaufenden FlüssilTl;eitsmenae und damit des Bremsmoments einer
hydrcdynanüsehen Bremse. insbesondere in Schicn:Itricbfa hrzcu@@e-@. und auf eine
Vorrichtung zur Durchführung des @'eialireiis.
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Die @ci;tun I:ydrodynainisc'ier Bremsen, die als ;,ahrzcu:@brcmseri
in @cl@ielientriebfahrzeu@en verwendet @;-crdeii, muß in einem caeiteii Bereich
aestctici-t @se@c_n können. Bei niedri',en Drehzahlen sollen schort' hohe
BremsIeistlni@@en erreicht Lind bei hohcii Drehzahlen auch sclir kleine Bremsleistungen
cin!!;atclit werden können.
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Die L:@istuii`@ e:l:er geLyebenen hydroc?ynamiscl_en BreniS;e ist
errie FLilii_tr17n der in der Zelteinheit Im Kreislauf linl!>e@xrülzten Flüssigkeitsmenge.
Die umgcw<ilztc Hüssigkeitsmenge wiederum hängt von der Bremsdrehzahl ab. Zur
Leistungssteuerung einer hydroclynaniischen Bremse muß also die in der Zeitcinlicit
um_eUälz i` Flüssi`Tl::eitsmelige verändert "verderi.
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Bisher w,ii-d die Leistung solcher hydrodynamischer 13rem=;cn überwiegend
durch Ändern ihrer Füllung (cstelici-t. Durch die Forderun- hoher Bremsleistunten
bei gcrili@@en Drel,zaiilen iniissen die Bremsen en;spreclicn d reichlich diinei:s:oliiert
werden, so daß hei kolic!i Drehzahlen kleine Leistun-en nur mit cineni getnz :,@cri!i@en
Fülitingsgrad erzielt werden kör:ncn. Aidher der Notwendigkeit einer anati arbeitciIClcll
u1ia (lanlit nufweiidi@,eü Füll- und Eiitleercinrichtur!g #,vird t#ci gerin gern
Füllunas`rad durch ungüns.ti@ze StrömunRs@-erli:-iltnisse die Bremsleistung instabil,
d. h.. di,-- pi:°liisleistun:= schwang=t trotz konsiaritein Fülluns,#ad ;md ko:istai?tcr
Drehzahl sehr stark.
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Die der ILciind@rli zugrunde liegende Aufgabe ist es, ein @cr.'ali,
elf zur @eist##:nsste@ieruna einer hs;Tdrodyiiainisclicn Bremse zu ent;viei,.ehi,
die iiii ganzen Drchzalilbcreich ::tick kleine Bren,sleistumen genau einzuhalten
ern3cs!aiclü, d. h. die in. der Zeiteinheit rin L@I'(.'i@;l£ilif 1111::'@-;ühte
1"1liSInheit@inen @@,'. zu andern ohne die Nachteile, die durch einen zu geringen
Fülilin:rs21i-ad al!itreten.
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Erfinclun@r;s?emäß ist diele Aufgabe dadurch gelöst worden, daß zum
Stet=em der im Kreislauf in der Zeitcinlicit unilaufenden Fliissigiceitsmeri-e und
damit des Brenisinomeiits einer hydrodynamischen Bremse bei d@itici-ricl durch eine
Kreiselpumpe voll gefülltem Kreislauf der clS,namische Druck im Kreislauf durch
Entnaliriie voll Flüssigkeit aus dem Kreislauf an der Oberfl;iclie des Flüssigkeitsringes
gesteuert wird.
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Weiterhin wird erfindungsgemäß außer durch Fiiissiglyeitsentnahme,
die in der Zeiteinheit umiatü'ende Fli.issia?,:eitsinenge in einer Bremse ohne Kein'
iilirlirgsringe durch Einschieben einer Ringwand in den Kreislauf verändert.
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Vorteilhaft hat eine Vorrichtung zum Steuern einer hydrodynamischer
Bremse mit einer in den Kreislauf einsc:iiebbaren Ringwand mit F-litnahmee;ffnun@leli
tincl i-riit einem Entnahinedrosselscbieber erfindungsgeaiä j einen hydraulischen
Stellmotor koaxial rin Bremsengehäuse mit einem doppelt,=irkenden Kolben auf der
I'@ingwandnabe zum Verschieben cler Ring-und zum Festhalten derselben in teer gewünschten
Stellung.
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In °;Veiterbildung der Erfindung; enthält die Voreinen Steuerschieber
für den Entnahmedrosselschiel')er ur_el einen weiteren Steuerschieber für den rStellniotor.
die beide von einem Bremsieisttinyss@ä'r@ler betätigt werden, und zwar beim Stellen
des Premsleistuihsv:ählers von niedrigen zti hohen Bremsleistungen zuerst der Steuerschieber
für den Entn^'iinedrcsselsehieber in Schließrichtung des Entnaliiiledlrosselschiebers
und anschließend bei aesc_ ossenem Entnahinedrosselschieber der Steuerschieber für
den Stellmotor in öifnunasricl_itting der P,ingwa =1d.
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Zur Vermeidung von hlberlastunaen und Schäden an den Triebwerksteilen
soll die Dienisleistuna über den ganzen Drehzahlbereich auf einen Wert begrenzt
werden, der etwa der höchsten Fahrleistung entspricht. Dies wird erfindungsgemäß
erreicht durch einen Drehzahlfühler mit Drosselschieber zur Erzeugung eines von
der Bremswellendrehzahl abhängigen Stetierdluclls, der auf die beiden Steuerschieberkolben
so wirlLt, daß eine maximale Bremsleistung nicht überschritten wird.
In
des Zeichnung ist schematisch ein in der nachstehenden Beschreibung erläutertes
Ausführungsbeispiel einer Steuervorrichtung einer hydrodynamischen Bremse nach der
Erfindung dargestellt.
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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 Ringraum 19 im Bremsengehäuse 18
dient der Zuführung von Bremsflüssigkeit durch mehrere gleichmäßig über den Umfang
verteilte Füllrohre 20 in den Kern des Bremskreislaufs.
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In einen freien Raum zwischen den Sekundärschaufeln 15 und 16 ist
eine Ringwand 21 einschiebbar, die als ringförmiger Hohlkörper ausgebildet ist und
deren Außenmantel mit Öffnungen 22 versehen ist, durch die Bremsflüssigkeit aus
dem Kreislauf austreten kann. Die Ringwand sitzt auf einer Nabe 23, die auf einem
im Bremsengehäuse angeordneten rohrförmigen Lagerkörper 24 axial schiebbar gelagert
ist.
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Im Bremsengehäuse ist weiter ein hydraulischer Stellmotor 25, bestehend
aus einem Kolben 26 auf der Ringwandnabe 23 und 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
22 in zurückgezogenem Zustand aufnimmt und der zugleich als Sammelraum für die aus
dem Bremskreislauf durch die Öffnungen 22 der Ringwand 21 austretende Bremsflüssigkeit
dient.
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Zum Bewegen der Ringwand in öffnungs- oder Schließrichtung wird dem
Druckraum 27 oder 28 Druckflüssigkeit über Leitungen 31 oder 32 von einem Steuerschieber
33 zugeführt. Der Steuerschieber 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 Schließrichtung
der Ringwand 21 gedrückt. Eine Zwischenwand 40 des Steuerschiebergehäuses 38 bildet
mit dem Stehkolben 39 einen Druckraum 41. Weiter enthält der Steuerschieber 33 eine
axial schiebbare Steuerbuchse 42 mit Steueröffnungen 43 und 44 und eine Zuflußöffnung
45. Durch eine Rückführstange 46 am Stellmotorkolben 26, einem Winkelhebel 47 und
einer Feder 48 zwischen Steuerbuchse 42 und Steuerschiebergehäuse 38 wird die Ringwandbewegung
auf die Steuerbuchse 42 übertragen.
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Zur Steuerung der durch die Öffnungen 22 der Ringwand 21 aus
dem Bremskreislauf in den Raum 30 und in eine Entnahmeleitung 49 austretenden Bremsflüssigkeit
dient ein Drosselschieber 50. Dieser besteht aus einem Gehäuse 51, einer darin festsitzenden
Schieberbuchse 52 mit Zuflußöffnungen 53 und Drosselöffnungen 54 sowie 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 zusammengebaut
ist ein Steuerschieber 59 für den Drosselschieber 50. Er besteht aus einem Steuerkolben
60 mit Steuerkante 61 und dem Drosselschieberkolben 55 als Steuerbuchse mit einer
Zuflußöffnung 62 für das Steuerdruckmittel und einer Steueröffnung 63 als Zuflußöffnung
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 Zuflußöffnung 66.
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Der gemeinsamen Bedienung des Steuerschiebers 33 für den hydraulischen
Rin-Wandstellmotor 25 und des Steuerschiebers 59 für den Drosselschieber 50 dient
ein Br emsleistungswähler 67. Dieser kann direkt durch einen Handhebel 68 oder durch
eine hydraulische, pneumatische oder elektrische Fernübertragung eingestellt werden.
Am Bremsleistungswähler 67 wird die gewünschte Bremsleistung eingestellt und von
diesem auf eine Stellstange 69 in eine entsprechende Längsbewegung übertragen, und
zwar bei steigender Bremsleistung nach oben. Ein an der Stellstange 69 angelenkter
Hebel 70 hält den Steuerkolben 60 gegen die Kraft der Feder 64 in einer der am Bremsleistungswähler
67 eingestellten Leistung entsprechende Lage. Ab einer mittleren Bremsleistung befindet
sich der Steuerkolben 60 in seiner unteren Endlage, und das Drosselventil ist geschlossen.
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 des Ringschiebers 21 entspricht. Ab einer mittleren Bremsleistung
wird dieser 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.
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Zur Begrenzung der Bremsleistung ist auf der Bremswelle 17 ein Drehzahlfühler
in Form eines Fliehkraftreglers 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 Fliehkraftregler 73 den Schieberkolben 78 so weit nach rechts, bis die Steuerkante
79 das im Druckraum 81 befindliche Druckmittel über die überströmnute 77 in den
Druckraum 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 Steuerdruckmittel aus dem Druckraum
82 austreten läßt. Dabei wird im Druckraum 82 ein von der Drehzahl der Bremswelle
abhängiger Steuerdruck gebildet. Der Druckraum 82 steht über die Leitung 84 mit
den Druckräumen 41 und 65 der Steuerschieber 33 bzw. 59 in Verbindung.
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Die Federn 37 und 64 der Steuerschieber 33 bzw. 59 sind so bemessen,
daß bei überschreiten der höchst zulässigen Bremsleistung der Steuerdruck in den
Druckräumen 41. und 65 die der augenblicklichen Stellung der Steuerkolben 34 bzw.
60 entsprechenden Federkraft überwiegt und diese Steuerkolben in Richtung kleinerer
Bremsleistung schiebt.
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Dem Bremskreislauf wird die Bremsflüssigkeit von einem Vorratsbehälter
85 durch eine Kreiselpumpe 86 über ein vom Stellgerät 67 elektromagnetisch schaltbaren
Füllventil 87 und eine Fülleitung 88 zugeführt. Die Steuerschieber 33, 59 und 74
werden aus dem
Vorratsbehälter 85 durch eine Zahnradpumpe 89 über
eine Leitung 90 mit dem Steuerdruckmittel versorgt. Eine Rücklaufleitung 91 führt
vom Drosselschieber 50 zum Vorratsbehälter 85.
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`'@'irl:ung,"eise der hydrodynamischen Bremse und der Bremssteuerung
Bei ausgeschalteter Bremse (Null-Stellung des Bremslei@zungswäl3lers 67) ist das
Füllventil 87 geschlossen, der Steuerkolben 60 wird vom Hebel 70 in seine obere
Endstelltui- gedrückt, die Steuerkante 61 # C'ht die S#C-LIC1,öffnurie 63 fre;,
das Steuerdruckmittel it -- -
in der Leitung 90 gelangt in den Druckraum 58
und schiebt den Drossell#ehieberkolbert 55 gegen die Feder 57 in sesne obere @ndstellun!@,
die den Größten Durehflußquersc'linitt der Drosselöffnung 54 ergibt, wodurch der
Bremskreislauf vollkommen entleert ist. `Weiterhit: zieht die Feder 71 über den
Hebel 72 den StCLICi"kOlbell 3.1 in seine untere Endstellung. Die Steueri;ante 36
gut die Stetei-öfünui` 44 frei, das Steucrdrt:ckinittel aus der Leitung 90 Gelangt
über Leitung 32 _n den Druckrauen 28 des hydraulischen Stellmotors 25, dessen Kolben
26 die Ringwand 21 ganz in den Bremskreislauf einrückt.
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1n Bremsstellung des Bremsleistungswählers 67, z. B. fir kleinste
Bremsleistung, wird das Füllventil 87 geöffnet und dem Bremskreislauf vom Vorratsbehälter
85 durch die Kreiselfüllpumpe 86 über die Fülleitung 88, den Ringraum 19 und die
Füllrohre 20 Bremsflüssigkeit zugeführt. Die Kreiselfüllpumpe ist so ausgelegt,
daß trotz weiterhin voll geöffnetem Drosselschieber 50 der Bremskreislauf 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. Dadurch und durch die Verkleinerung des wirksamen Bremskreislaufs
durch die voll eingerückte Ringwand 21 wird im Bremskreislauf nur eine kleine Flüssigkeitsmenge
in der Zeiteinheit umgewälzt. Dadurch kann eine geringe. aber konstante Bremsleistung
auch bei hohen Bremsdrehzahlen Qehalten werden.
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Beim Stellen des Bremsleistungswählers 67 nach höheren Bremsleistungen
wird die Stellstanae 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 Drossclschieberkolben
wandert unter dem Druck der Feder 57 so #veit nach unten, bis die Steueröffnung
63 wieder verschlossen ist. Dabei wird der Durchflußquerschnitt der Drosselöffnung
54 durch die Steuerkante 56 verkleinert, wodurch sich im Bremskreislauf der dynamische
Druck und damit die Bremsleistung erhö 1 @? .
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Etwa in Mittel_stelluna des Bremsleistungswählers 67 ist die Drosselöffnung
54 durch den Drosselschieberkolben 5'S ganz geschlossen, im Bremskreislauf herrscht
ein entsprechend hoher dynamischer Druck, der eine entsprechende Bremsleistung ergibt.
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Beim weiteren Stellen des Bremsleistungswählers 67 auf höhere Bremsleistung
drückt die Stehstange 69 den Hebel 72 entsprechend weit gegen die Feder 71 nach
oben. Der Steuerkolben 34 wird durch die Feder 37 in eitle entsprechende Stellung
gebracht, die Steuerkante 35 läßt das Steuerdruckmittel aus der Leitung 90 durch
die Steueröffnung 43 über die Leitun- 31 ii_ J.--n Druckraum 27 des hydraulischen
Stellmotcrs treten, zugleich wird der Druckraum 28 des Stellmotors 25 durch die
Leitung 32, die Steueröffnung `M und die Steuerkante 36 entlastet. Der Stellmotorkolben
26 zieht die Ringwand 21 so weit aus dem Bremskreislauf, bis durch die Rückführbewe-ung
der Steuerbuchse 42 durch die Rückführstange 46 und den Winkelhebel 47 die Steueröffnungen
k-3 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
Stehkolbenmotor 26 in einer der Stellung des Steuerkolbens 34 des Steuerschiebers
33 entsprechenden Lage gehalten. Dadurch wird der wirl=saine Bremskreislauf und
damit die Bremsleistung vergrößert.
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1n der Stellung für höchste Bremsleistung am Breinsle-stungswähler
67 ist die Ringwand 21 vollständig aus dem Bremskreislauf entfernt, und in der Bremse.
wird die höchste Bremsleistung erzeugt.
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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 Steuerschiebers 33.
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Je nach der von der augenblicklichen Stellung der Steuerkolben 60
bzw. 34 abhängigen Kraft der Federn 64 bzw. 37 und dem augenblicklichen drehzahlabhängigen
Druck des Steuermittels in den Druckräumen 65 bzw. 41 wird der Steuerkolben in die
Öffnun gsrichturig des Drosselschiebers 50 bzw. der Steuerkolben 34 in die Schließrichtung
der Ringwand 21 gedrückt.