DE1675263C3

DE1675263C3 - Hydrodynamic brake

Info

Publication number: DE1675263C3
Application number: DE19681675263
Authority: DE
Inventors: Waldemar Dipl.-Ing.; Lindenthal Hans; 7920 Heidenheim Armasow
Original assignee: Voith Getriebe KG, 7920 Hetdenheim
Priority date: 1968-01-25
Filing date: 1968-01-25
Publication date: 1977-02-03

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Bremse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a hydrodynamic brake according to the preamble of claim 1.

Bei hydrodynamischen Bremsen treten bei großen Rotor-Drehzahlen im ausgeschalteten, also entleerten Zustand Leistungsverluste durch Luftzirkulation zwiichen den beiden Schaufelkränzen auf, die bis etwa 7 % der Nennleistung betragen können. Zum weitgehenden Abbau dieser Verluste ist es bekannt (DT-PS 11 44 317), bei entleerter Bremse in den Luftspalt zwischen Stator- und Rotorschaufelrad ähnlich wie bei einer fotografischen Blende als Strömungshindernis eine Trennwand einzuschieben, welche die Luftzirkulation unterbindet. Diese Lösung erfordert jedoch eine komplizierte Betätigungseinrichtung, welche bei Entleerung der Bremse die Blendenteile einschiebt, mit einer konstruktiv aufwendigen, teuren Kinematik und Einrichtungen zur Führung der Blendenteile sowie ein Auseinanderrücken der Schaufelkränze auf Kosten der Bremswirkung, damit die Blendenteile berührungslos dazwischen eingeschwenkt werden können.With hydrodynamic brakes, high rotor speeds occur when the rotor is switched off, i.e. when it is deflated State of power losses due to air circulation between the two blade rings, which can be up to 7% the nominal power. It is known to largely reduce these losses (DT-PS 11 44 317), when the brake is deflated into the air gap between the stator and rotor blades, similar to a photographic one Insert a partition as a flow obstacle to prevent the air from circulating. However, this solution requires a complicated actuator, which when emptying the Brake pushes in the panel parts, with a structurally complex, expensive kinematics and facilities for guiding the diaphragm parts as well as moving the blade rings apart at the expense of the braking effect, so that the panel parts can be swiveled in between without contact.

Eine andere bekannte Bremse (FR-PS 14 99 704, F i g. 3) weist ebenfalls Strömungshindernisse auf, die im Bereich des Außenumfanges des Statorschaufelrades angeordnet sind und die automatisch mit dem Entleeren bzw. mit Füllen Zungen des Arbeitsraumes, und zwar in Abhängigkeit vom Druck der im Arbeitsraum befindlichen Flüssigkeit, ein- bzw. ausrücken. Eine Betätigungseinrichtung für die Strömungshindernisse ist zwar in der FR-PS nicht angegeben. Jedoch erkennt man ohne weiteres (aufgrund der Bewegungsrichtung der Strömungshindernisse quer zur Strömungsrichtung), daß eine Betätigungseinrichtung vorhanden sein muß.Another known brake (FR-PS 14 99 704, F i g. 3) also has flow obstacles, which in the Area of the outer circumference of the stator impeller are arranged and automatically with the emptying or with filling tongues of the work space, depending on the pressure in the work space Fluid, move in or out. An actuator for the flow obstacles is in the FR-PS not specified. However, one recognizes without further ado (due to the direction of movement of the flow obstacles transverse to the direction of flow) that an actuating device must be available.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrodynamische Bremse anzugeben, die ohne Betätigungseinrichtung und ohne Führung für die Strömungshindernisse auskommt und bei der sich ein Auseinanderrücken der Schaufelkränze erübrigt.The invention is based on the object of specifying a hydrodynamic brake that has no actuating device and without guidance for the flow obstacles and in which a move apart the blade rings are unnecessary.

Diese Aufgabe wird durch die Anwendung der kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved by using the characterizing features of claim 1.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntis, daß man zur Lösung der genannten Aufgabe die bisherige Bauweise mit den stets quer zur Strömungsrichtung, und zwar verzugsweise radial ein- und ausrückbaren Strömungshindernissen, verlassen und stattdessen als Strömungshindernisse in der Wirkrichtung des Staudruckes bewegliche Elemente versehen muß, und zwar unter Einsatz einer Rückstellkraft, z. B einer Federkraft. Dies ist zwar bei hydrodynamischen Kupplungen schon bekannt (US-PS 23 47 121). Dort liegen aber ganz andere Verhältnisse vor als bei einer hydrodynamischen Bremse. Das Einrücken der Strömungshindernisse dient bei der bekannten Kupplung zu einem ganz anderen Zweck, nämlich zum Verhindern des Kriechens des Sekundärrades bei kleinen Antriebsdrehzahlen. Der entscheidende Unterschied besteht aber darin, daß die bekannte Kupplung nicht durch Füllen und Entleeren ein- und ausschaltbar ist und daß dort die Strömungshindernisse somit nur aufgrund verschiedener Antriebsdrehzahlen unterschiedlichen Staudrücken ausgesetzt und dementsprechend aus- oder eingerückt werden können.The invention is based on the knowledge that to solve the stated problem, the previous design with the flow obstacles that are always transverse to the direction of flow, namely preferably radially engaged and disengageable flow obstacles, and instead as flow obstacles in the effective direction of the dynamic pressure Movable elements must be provided, using a restoring force, e.g. B a spring force. this is already known for hydrodynamic clutches (US-PS 23 47 121). But there lie completely conditions differ from those of a hydrodynamic brake. The indentation of the flow obstacles serves in the known coupling for a completely different purpose, namely to prevent creeping of the Secondary wheel at low drive speeds. The decisive difference, however, is that the known coupling cannot be switched on and off by filling and emptying and that there the flow obstacles thus only exposed to different dynamic pressures due to different drive speeds and can be extended or indented accordingly.

Bei einer hydrodynamischen Bremse muß jedoch das Ein- und Ausrücken der Strömungshindernisse vollkommen unabhängig von der jeweiligen Rotordrehzahl funktionieren. Hierzu ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß nicht eine drehzahlbedingte Staudruckänderung das Ein- und Ausrücken der Strömungshindernisse auslöst; vielmehr werden die unterschiedlichen spezifischen Gewichte der Arbeitsflüssigkeit und der Luft benutzt, um das Ein- und Ausrücken der Strömungshindernisse zu bewirken.In the case of a hydrodynamic brake, however, the engagement and disengagement of the flow obstacles must be complete function independently of the respective rotor speed. For this purpose it is provided according to the invention, that not a speed-related dynamic pressure change the engagement and disengagement of the flow obstacles triggers; rather, the different specific weights of the working fluid and the air used to cause the flow obstacles to move in and out.

Hierbei ist die im Anspruch 1 genannte Rückstellkraft derart zu bemessen, daß sie auch bei der kleinsten Rotordrehzahl noch kleiner als die durch den Staudruck der Flüssigkeitsströmung hervorgerufene Kraft ist und daß sie gleichzeitig größer als die bei maximaler Rotordrehzahl vom Staudruck der Luftströmung hervorgerufene Kraft ist.Here, the restoring force mentioned in claim 1 is to be dimensioned such that it is even with the smallest Rotor speed is still smaller than the force caused by the dynamic pressure of the liquid flow and that they are at the same time greater than that at maximum rotor speed from the back pressure of the air flow evoked force is.

Die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile liegen darin, daß die Strömungshindernisse zur Verminderung der Ventilationsverluste gegenüber den bekannten Bremsen wesentlich vereinfacht sind und daß durch den Wegfall einer Betätigungseinrichtung die Außenabmessungen der Bremse erheblich verringert werden konnten (geringerer Platzbedarf).The advantages achieved by the invention are that the flow obstacles to the reduction the ventilation losses are significantly simplified compared to the known brakes and that by the If an actuating device is omitted, the external dimensions of the brake can be considerably reduced could (less space required).

Zweckmäßigerweise werden die Strömungshindernisse als Zungen aus elastischem Material ausgebildet (Anspruch 2). In Fortbildung dieses Gedankens wird vorgeschlagen, daß die Zungen als Blattfedern ausgebildet sind und an einem im Statorschaufelrad eingespannten Blendenring an dessen Innenumfang angeformt sind (Anspruch 3). im Hinblick auf die Schrägstellung der Schaufeln des Rotor- und des Statorschaufelrades ist es ferner zweckmäßig, die Strömungshindernisse trapezförmig oder dreieckig auszubilden (Anspruch 4). Dadurch können sie sich zwischen je zwei benachbarten Schaufeln bis an die Innenwand des torusförmigenThe flow obstacles are expediently designed as tongues made of elastic material (Claim 2). In a further development of this idea, it is proposed that the tongues be designed as leaf springs and are formed on an aperture ring clamped in the stator impeller on the inner circumference of the latter (Claim 3). with regard to the inclination of the blades of the rotor and the stator impeller it is furthermore expedient to design the flow obstacles trapezoidal or triangular (claim 4). As a result, they can move between each two adjacent blades up to the inner wall of the toroidal-shaped one

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Arbeitsraum« anlegen und sie können dennoch im radial äußersten Bereich des Arbehsraumes verhältnismäßig breit ausgeführt werden.Workspace «and you can still use it relatively in the radially outermost area of the workspace wide.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert Es zeigtThe invention is described in more detail below with the aid of an exemplary embodiment shown in the drawing explained it shows

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine hydrodynamische Brenne.F i g. 1 shows a longitudinal section through a hydrodynamic burner.

Fig.2 eine axiale Ansicht auf das Innere des Statorschaufelrades der hydrodynamischen Bremse. to2 shows an axial view of the interior of the Stator impeller of the hydrodynamic brake. to

Die in der Zeichnung dargestellte hydrodynamische Bremse weist ein Rotorschaufelrad 1, das mit einer nicht dargestellten abzubremsenden Welle verbunden ist, und ein an einem Bremsgehäuse befestigtes Statorschaufelrad 2 auf. Rotor- und Statorschaufelrad weisen je einen Kranz von Schaufeln 3 bzw. 4 auf und bilden miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum. Die Bremse wird über einen Zulaufkana! 5 mit Arbeitsflüssigkeit versorgt und über eine ringförmige Ablaufkammer 6 entleert. In dem Luftspalt 7 zwischen den beiden Schaufelrädern 1 und 2 ist am Außenumfang des Statorschaufelrades 2 ein sogenannter Blendenring 8 mit elastischen Zungen 9 angebracht. Die Schaufeln 3,4 der Schaufelräder 1 und 2 sind — wie F i g. 2 zeigt — gegen die Achsrichtung schräg gestellt; demgemäß sind die Zungen 9 mit trapezförmigem Umriß ausgebildet.The hydrodynamic brake shown in the drawing has a rotor blade wheel 1, which is not with a Shaft to be braked shown is connected, and a stator impeller attached to a brake housing 2 on. The rotor and stator impellers each have a ring of blades 3 and 4, respectively, and form a toroidal working space with each other. The brake is via an inlet channel! 5 with working fluid supplied and emptied via an annular drainage chamber 6. In the air gap 7 between the two Impeller wheels 1 and 2 is a so-called aperture ring 8 on the outer circumference of stator impeller 2 attached with elastic tongues 9. The blades 3, 4 of the paddle wheels 1 and 2 are - as in FIG. 2 shows - inclined against the axial direction; accordingly, the tongues 9 are formed with a trapezoidal outline.

Der Blendenring 8 ist beispielsweise aus einem Federbandstahl mit einer Stärke 5 von 0,05 mm hergestellt. Hierdurch besitzen die Zungen eine solche Elastizität, daß sie sich ohne plastische Verformungen bis an den Grund der Schaufeltaschen zurückbiegen lassen und sich dort anschmiegen. Der Blendenring ist in der Teilfuge zwischen dem Statorschaufcirad 2 und dem Gehäuse eingespannt Der Übergang 10 von der Teilfuge in den Schaufeltaschengrund des Statorrades erfolgt nicht rechtwinklig-scharfkantig, sondern mit einem angemessenen Krümmungsradius, so daß beim Anliegen der Zunge am Schaufeltaschengrund die Verformungen des Bleches auch &n der Einspannstelle im elastischen Bereich bleiben. Auf der der abgerundeten Seite gegenüberliegenden Kante der Einspannung ist zur Erzielung einer Stützwirkung eine möglichst weit radial nach innen vorgeschobene Kante 11 angebracht.The diaphragm ring 8 is made, for example, from a spring band steel with a thickness 5 of 0.05 mm. As a result, the tongues have such elasticity that they can be bent back to the bottom of the shovel pockets without plastic deformation and nestle there. The diaphragm ring is clamped in the joint between the stator blade 2 and the housing.The transition 10 from the joint to the base of the blade pocket of the stator wheel is not square-sharp, but with an appropriate radius of curvature, so that when the tongue rests against the base of the blade pocket, the sheet metal is also deformed & n the clamping point remain in the elastic range. On the edge of the restraint opposite the rounded side, an edge 11 pushed as far radially inward as possible is attached to achieve a supporting effect.

Bei entleerter, jedoch umlaufender Bremse möchten die Rotorschaufeln 3 die im Arbeitsraum befindliche Luft nach außen schleudern. Die Luft trifft jedoch auf die bei entleerter Bremse radial in den torusförmigen Arbeitsraum hineinstehenden Zungen und wird aufgehalten. Es kommt zu keiner Luftzirkulation innerhalb des Arbeitsraumes und daher auch nicht zum Verzehr von Energie durch eine solche Luftzirkulation. Wird jedoch Arbeitsflüssigkeit mit einem in der Regel etwa 700 bis 750 mal schwereren spezifischen Gewicht als Luft in den Arbeitsraum der laufenden Bremse gefüllt, so wird der auf die frei in den Arbeitsraum ragenden Zungen ausgeübte Staudruck entsprechend der Zunahme des spezifischen Gewichtes entsprechend größer. Das heißt, die Zungen weichen selbst bei verhältnismäßig kleiner Rotordrehzahl oder bei geringer Teilfüllung der Strömung aus und legen sich glatt an die Innenkontur des Arbeitsraumes an. Eine Beeinflussung der Kennlinie der hydrodynamischen Bremse durch die elastischen Zungen findet nicht statt.When the brake is empty but rotating, the rotor blades 3 want the one located in the working space Throw air outwards. However, when the brake is deflated, the air hits radially into the toroidal shape Tongues protruding into the working space and is held up. There is no air circulation inside of the work area and therefore not to consume energy through such an air circulation. Will however, working fluid with a specific gravity generally about 700 to 750 times heavier than Air is filled into the working area of the running brake, so the one that protrudes freely into the working area Tongues exerted dynamic pressure corresponding to the increase in specific weight correspondingly larger. This means that the tongues give way even with a relatively low rotor speed or with a low partial filling of the flow and lie smoothly against the inner contour of the working area. An influence the characteristic curve of the hydrodynamic brake through the elastic tongues does not take place.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Hydrodynamic brake with a rotor and a stator impeller, their blades against the axial direction are inclined and which together form a toroidal, in the switched on State of the brake at least partially with working fluid and in the switched-off state Form working space filled with air, furthermore with in the '° area of the outer circumference of the stator impeller arranged, can be disengaged from the work area when the brake is switched on and when switched off flow obstacles that can be engaged by the brake in the working area, thereby marked i c h η e t that movable elements (9) are provided as flow obstacles that oppose a restoring force (e.g. spring force) can be disengaged by the dynamic pressure of the working fluid flow and again against the dynamic pressure of the air flow in the work space by the restoring force are indentable.

2. Hydrodynamic brake according to claim 1, characterized in that the movable Elements are designed as tongues (9) made of elastic material.

3. Hydrodynamic brake according to claim 2, characterized in that the tongues (9) as Leaf springs are formed and on an aperture ring (8) clamped in the stator impeller (2) are formed on the inner circumference.

4. Hydrodynamic brake according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the movable Elements (9) for contact with the inner wall of the stator impeller (2) have a trapezoidal or triangular shape Have outline.