DE1942475A1

DE1942475A1 - Hydrodynamic brake with ventilation screen

Info

Publication number: DE1942475A1
Application number: DE19691942475
Authority: DE
Inventors: Waldemar Dipl-Ing Armasow; Hans Lindenthal
Original assignee: Voith Getriebe KG
Current assignee: Voith Getriebe KG
Priority date: 1969-08-21
Filing date: 1969-08-21
Publication date: 1971-03-04

Description

Kennwort: "Selbsttätige Schwenkblende" Hydrodynamische Biemse mit Ventilationsblende Zusatz zu Patent .... (Patentanmeldung P 19 54165.2) Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Bremse mit einem während des Bremsens-mit Flüssigkeit und während der Bremspausen mit Luft gefüllten Arbeitsraum und mit einem vom Außenumfang her in den in einer achssenkrechten Ebene liegenden Schaufelradspalt in den Bremspausen einschwenkbaren, blendenartigen Strömungshindernis zur Vermeidung einer LuStzirkulation im Arbeitsraum, bei der das blendenartige StrUmungshindernis aus mehreren in Umfangsrichtung in ausgerückter Stellung sich wenigstens angenähert lückenlos aneinanderreihenden, bogenförmigen Blendenringsegmenten besteht, die in einem konzentrisch um den Arbeitsraum der Bremse herum angeordneten Blenden- und Austrittsringraum angeordnet und im Bremsengehäuse schwenk-und/oder radialverschiebbar gelagert sind, nach Patent (Patentanmeldung P 19 34 165.2).Keyword: "Automatic swivel screen" Hydrodynamic pin with Ventilation screen addition to patent .... (patent application P 19 54165.2) The invention relates to a hydrodynamic brake with a liquid during braking and during the braking breaks with air-filled working space and with one from the outer circumference into the paddle wheel gap lying in a plane perpendicular to the axis during the braking breaks Swivel-in, diaphragm-like flow obstacle to avoid air circulation in the work area, in which the diaphragm-like flow obstacle from several in the circumferential direction in the disengaged position lined up at least approximately without gaps, there is arcuate diaphragm ring segments that are concentric around the working space the brake arranged around orifice and outlet annulus and arranged in the brake housing are pivotably and / or radially displaceable, according to patent (patent application P 19 34 165.2).

In der Hauptanmeldung ist vorgesehen, die Segmente zum Zweck ihrer Steuerung formschlüssig an einen gemeinsamen, hllfskraftbetätigten Versteliring gelenkig anzukoppeln. Bei dieser Blendensteuerung mußten besondere Mittel vorgesehen werden, um vor dem Füllen des Bremsenarbeitsraumes die Blendensegmente rechtzeitig aus dem Schaufelradspalt heraus in den Blendenringraum zurück zu verschwenken. Diese Mittel bestehen nicht nur in einem den Versteliring betätigenden Hydraulikkolben, sondern auch in einem komplizierten Teil des Steuerschemas der Bremse. Außerdem ist es nötig, durch geeignete Justage dafür zu sorgen, daß auch wirklich vor der Füllung des Arbeitsrcaumes die Blendensegmonte ganz as dem Schaufelradspalt heraus geschwenkt sind. Gelingt dies nicht, so werden die Segmente von der quer zu ihrer Erstreckungsebene mit hoher Geschwindigkeit fließenden Arbeitsströmung erfaßt und verklemmt. Ein Weiterbewegen der Segmente ist dann nur noch mit beträchtlichem Kraftaufwand möglich. Durch ein häufiges Verklemmen und Verkanten nehmen die Segmente Schaden und teuere Reparaturen werden nötig. The main application provides for the segments for the purpose of their Control positively connected to a common, auxiliary power operated adjustment ring to be articulated. Special means had to be provided for this diaphragm control before filling the brake work area, the diaphragm segments in good time to pivot back out of the paddle wheel gap into the orifice ring space. These Means do not only consist of a hydraulic piston actuating the adjusting ring, but also in a complicated part of the brake control scheme. aside from that it is necessary to make sure by means of suitable adjustment that really before the Filling of the working space, the diaphragm segments completely out of the paddle wheel gap are pivoted. Succeed if not, the segments of the working flow flowing at high speed transversely to its plane of extension captured and jammed. The segments can then only be moved further with considerable effort Effort possible. Due to frequent jamming and tilting, the segments take Damage and expensive repairs are necessary.

Aufgabe der Erfindung ist es, die genannte Bremse derart zu gestalten, daß die Blendensegmente ohne viel konstruktiven und steuerungstechnischen Aufwand stets rechtzeitig und vor allem selbsttätig ausschwenken. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Jedem Blendensegment eine dieses in den Schaufelradspalt hineinbewegende Feder zugeordnet wird, und daß an Jedem Segment eine axial sich in den Austrittsringraum erstreckende Auftriebsflosse befestigt wird, die derart angeordnet und derart gegen die Umfangsrichtung geneigt wird, daß sie bei Anströmung in Umlaufrichtung des Bremsrotors eine radial nach außen gerichtete Antriebskraft erfährt. The object of the invention is to design the brake mentioned in such a way that that the diaphragm segments without much constructive and control engineering effort always swivel out in good time and, above all, automatically. This is what makes this job solved that each diaphragm segment a moving this into the impeller gap Spring is assigned, and that on each segment one axially into the outlet annulus extending buoyancy fin is attached, which are arranged in such a way and so against the circumferential direction is inclined so that it is in the direction of rotation of the brake rotor when the flow is incident experiences a radially outwardly directed driving force.

Man hat nämlich beobachtet, daß sich vor Ausbildung einer toroidal kreisenden Arbeitsströmung auch nur in einer dünnen, wandnahen Lage zunächst der Austrittsringraum auffüllt, und zwar unter starker tangentialer Durchströmung dieses Ringraumes. Diese Tangential- oder Umfangsströmung wird erfindungsgemäß ausgenUtzt, um rechtzeitig vor Ausbilden der Anfänge einer Arbeitsströmung selbsttätig die Blendensegmente, entgegen der einschwenkend wirkenden Federkraft, aus dem Schaufelradspalt heraus in den Blenden-und Austrittsringraum zurück zu verschwenken. It has been observed that before the formation of a toroidal circular working flow only in a thin layer close to the wall, initially the Fills the outlet annulus, with a strong tangential flow through this Annulus. This tangential or circumferential flow is used according to the invention, in order to automatically remove the diaphragm segments in good time before the beginning of a working flow, against the swiveling-in spring force, out of the paddle wheel gap to pivot back into the diaphragm and outlet annulus.

Damit das Bremsrotor-Sehaufelrad am Außenumfang ohne Ausnehmungen für die etwa in die Beschaufelung einschwenkenden Auftriebsflossen ausgebildet werden kann, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß die Auftriebeflossen Jeweils an dem bei in den SchauRelradspalt eingeschwenkten Segmenten noch innerhalb der im Austritts- und Blendenringraum verbleibenden Segmentteile angeordnet sind. Zur Erzielung einer möglichstgroßen Auftriebskraft ist es zweckmäßig, die Auftriebsflosse über die gesamte axiale Länge des Austrittsringraumes sich erstrecken zu lassen. So that the brake rotor blade wheel on the outer circumference without recesses for the buoyancy fins pivoting into the blading, for example can, it is proposed in a further embodiment of the invention that the buoyancy flippers In each case on the segments swiveled into the impeller gap still within the remaining in the exit and aperture annulus Segment parts are arranged. To achieve the greatest possible buoyancy, it is advisable to the buoyancy fin extend over the entire axial length of the outlet annulus allow.

Damit nicht etwa eines der Blendensegmente, weil beispielsweise seine Auftriebsflosse nicht genügend stark angeströmt wird, nicht rechtzeitig vor Ausbildung der Anfänge einer Asbeitsströmung aus dem Srhaufelradspalt herausgezogen wird, ist nach einem weiteren Gedanken der Erfindung vorgesehen, daß die schwenkbar augeuildeten Segmente alle an einen gemeinsamen Verstellring ohne Selbsthemmung in beiden Betätigungsrichtungen angelenkt sind; d.h., der Verstellring muß sich, auch ohne Verkantungsgefahr, von den Segmenten aus oder auch von nur einem Segment aus leicht verstellen lassen können, und in umgekehrter Kraftflußrichtung müssen sich wenigstens annähernd ebenso leicht vom Verstellring aus die Segmente bewegen lassen. Der Verstellring sorgt für einen Gleichlauf und verteilt die eventuell unterschiedlichen hydraulischen Verstellkräfte und Bewegungen gleichmäßig auf alle Blendensegmente. Zwar wird dadurch die ganze Anordnung etwas komplizierter, Jedoch tritt dieser Gesichtspunkt bei Bremsen hinter den der damit erreichten Betriebssicherheit zurück. So not one of the diaphragm segments, for example because his The buoyancy fin does not have a strong enough flow, not in good time before training the beginning of a working flow is pulled out of the impeller gap According to a further idea of the invention, it is provided that the pivotable augeuilden Segments all to a common adjusting ring without self-locking in both directions of actuation are hinged; i.e., the adjusting ring must move away from be able to easily adjust the segments from or from just one segment, and in the opposite direction of force flow must be at least approximately as easy move the segments with the adjusting ring. The adjustment ring ensures one Synchronism and distributes the possibly different hydraulic adjustment forces and movements evenly on all diaphragm segments. Although this is the whole Arrangement is a little more complicated, but this aspect takes a backseat when braking the operational safety achieved with it.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird zwecks Erhöhung der hydraulischen Verstellkräfte an den Auftriebsflossen der Blendensegmente vorgeschlagen, daß am Außenumfang des Bremsrotors Mittel vorgesehen sind, die einen in Umlaufrichtung gerichteten Flüssigkeitsübertritt in den Austrittsringraum hervorrufen. Diese Mittel sind nach einem weiteren Gedanken der Erfindung darin gelegen, daß am Außenumfang des Bremsrotors eine sich in den Austrittsringraum erstreckende axial unmittelbar neben den und radial wenigstens annähernd auf der gleichen Höhe wie die Auftriebsflossen liegende Hilfsbeschaurelung angebracht ist, die der in den Austrittsringraum übertretenden, dort befindlichen und abfließenden Arbeitsflüssigkeit eine starke Umfangabewegung erteilt. In a further embodiment of the invention, in order to increase the hydraulic adjustment forces on the buoyancy flippers of the diaphragm segments proposed, that means are provided on the outer circumference of the brake rotor, one in the direction of rotation cause directed liquid transfer into the outlet annulus. This means are located according to a further idea of the invention that on the outer circumference of the brake rotor extending axially directly into the outlet annulus next to and radially at least approximately at the same height as the buoyancy flippers lying auxiliary casing is attached, which is attached to the There is a strong circumferential movement in and out of the working fluid granted.

Die Erfindung ist anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden näher erläutert. The invention is based on an embodiment shown in the drawings explained in more detail below.

Es zeigen: Fig. 1 einen radial geführten Längsschnitt durch eine Bremse mit erfindungsgemäß ausgebildetem, selbsttätigem Blendensegmentantrieb, Fig. 2 eine axiale Ansicht des Bremsrotors in die Beschaufelung hinein, Fig. 5 eine axiale Ansicht in die geöffnete Bremse, in den Stator hinein und Fig. 4 eine axiale Ansicht auf die Bremse von außen auf die Statorseite.1 shows a radially guided longitudinal section through a brake with an automatic diaphragm segment drive designed according to the invention, FIG. 2 a axial view of the brake rotor into the blading, FIG. 5 is an axial view into the open brake, into the stator, and FIG. 4 shows an axial view the brake from the outside on the stator side.

Bei der in Fig. 1 im Querschnitt dargestellten Strömungsbremse ist der mit 1 bezeichnete Rotor auf der abzubremsenden Welle 2 aufgekeilt. Den Rotor 1 umgibt das auf der Welle 2 in Lagern 3 gelagerte stillstehende Statorgehäuse 4. Rotor 1 und Stator 4 weisen Je einen Kranz von Schaufeln 5 bzw. 6 auf. Zwischen den beiden sich gegenüberstehenden und zusammenarbeitenden Schaufelkränzen bildet sich der in einer achssenkrechten Ebene liegende Schaufelradspalt 9 aus. Die über den Anschluß 7 zugeführte Arbeitsflüssigkeit gelangt in den durch die Schaufelkränze gebildeten Arbeitsraum, wird, wenn der Arbeitsraum gefüllt ist, nach außen unter Arbeitsaufnahme beschleunigt und im Stator, radial nach innen strömend, verzögert; dabei erwärmt sich die Arbeitsflüssigkeit nach Maßgabe der von der Welle aufgenommenen Energie. Die erwärmte Arbeitsflüssigkeit tritt über den Austrittsringraum 8 und den Abflußanschluß in einen nicht dargestellten Kühler und von dort wieder zurück in den Bremsenarbeitsraum. Soll nicht gebremst werden, so wird die Arbeitsmittelzufuhr abgestellt. In the flow brake shown in cross section in FIG. 1 the rotor marked 1 is keyed onto the shaft 2 to be braked. The rotor 1 surrounds the stationary stator housing 4, which is supported on the shaft 2 in bearings 3. Rotor 1 and stator 4 each have a ring of blades 5 and 6, respectively. Between the two opposing and cooperating blade rings the impeller gap 9 lying in a plane perpendicular to the axis is selected. The above the working fluid supplied to the connection 7 reaches the through the blade rings formed working space is, when the working space is filled, to the outside under Start of work accelerated and delayed in the stator, flowing radially inwards; in the process, the working fluid is heated according to the amount absorbed by the shaft Energy. The heated working fluid passes through the outlet annulus 8 and the drain connection into a cooler, not shown, and from there back again in the brake work area. If it is not to be braked, the supply of work equipment switched off.

Der Arbeitsraum der Bremse entleert sich aufgrund der Pumpwirkung des Rotors und füllt sich in gleichem Maße entsprechend mit Luft aus der Umgebung auf. Da die Luft auch ein massebehaftextes, fließfähiges Medium ist, wirkt auch sie als Arbeitsmittel, Jedoch mit Rücksicht auf die etwa 750 mal geringere Dichte der Luft gegenüber 51 in wesentlich geringerem Maße. Das bedeutet, daß auch in den Bremspausen aufgrund der sogenannten Ventilationsverluste auf die Welle 2 ein Bremsmoment ausgeübt wird und eine Verlustleistung laufend an ihr abgenommen wird.The working space of the brake empties due to the pumping action of the rotor and fills up to the same extent with air from the environment on. Since the air is also a massive, flowable medium, it also works they as work equipment, However, with regard to about 750 times lower density of air compared to 51 to a much lesser extent. That means, that also in the breaks due to the so-called ventilation losses on the Shaft 2 a braking torque is exerted and a power loss is continuously removed from her will.

Diese Verlustleistung wird durch den Einbau von die Zirkulation verhindernden Ventilationsblenden vermindert.This power loss is prevented by the installation of the circulation Ventilation screens reduced.

Es ist ein Wandteil 10 des Statorgehäuses in die Ebene des Schaufelradspaltes gerückt, derart, daß dieser Wandabschnitt den Arbeitsraum ringförmig umschließt. Dieser Wandabschnitt setzt sich zum einen in einem Gehäuseflansch fort, zum anderen ist er eine der Begrenzungswände des Austrittsringraumes 8 bzw. It is a wall part 10 of the stator housing in the plane of the impeller gap moved in such a way that this wall section surrounds the working space in a ring shape. This wall section continues on the one hand in a housing flange, on the other hand it is one of the boundary walls of the outlet annulus 8 or

des mit ihm einheitlichen Blendenringraumes. An achsparallel in der radial stehenden Ringwand 10 gleichmäßig am Umfang verteilt angeordneten Schwenkbolzen 11 sind bogenförmige, sich angenähert lückenlos in Umfangsrichtung aneinander anschließende Blendensegmente 12 angeordnet.of the diaphragm ring space that is uniform with it. An axially parallel in the radially standing ring wall 10 evenly distributed on the circumference arranged pivot bolts 11 are arcuate, adjoining one another approximately without gaps in the circumferential direction Aperture segments 12 arranged.

Bei der gezeigten Segmentlagerung sind die Blendensegmente 12 verdrehfest auf dem schwenkbar in der Ringwand 10 gelagerten Schwenkzapfen 11 befestigt, mit dem außen verdrehfest Je ein radial stehender Schwenkhebel 14 verbunden ist, der seinerseits formschlüssig mit dem auf einem am Statorgehäuse 4 angegossenen Hals 15 drehbar gelagerten Verstellring 13 in Verbindung steht, Der Verstellring und die Ankoppelung der Segmente an ihn dienen als Gleichlaufeinrichtung aller Segmente. Die Gelenkverbindung ist in beiden Kraftflußrichtungen der Betätigung selbsthemmungsfrei und lelchtgAngig. In the case of the segment mounting shown, the diaphragm segments 12 are non-rotatable on the pivot pin 11 mounted pivotably in the ring wall 10, with connected to the outside non-rotatable each a radially standing pivot lever 14, the in turn, form-fitting with the neck cast on the stator housing 4 15 rotatably mounted adjusting ring 13 is connected, the adjusting ring and the coupling of the segments to it serve as a synchronization device for all segments. The articulated connection is self-locking in both directions of force flow of the actuation and laughable.

Der Antrieb der Segmente 1 im einschwenkenden Sinn in den Laufradspalt 9 hinein erfolgt zum einen über die auf jedem Schwenkzapfen 11 angeordnete Drehmomentfeder 16, die sich einerseits, d.h. mit einem Schenkel, am Gehäuse 4 abstützt und andererseits Jeweils am Blndensegmcnt 12 in einem Einschnitt eingehängt ist und zum anderen ttber die am Verstellring 13 eingehängte Zugfeder 17, welche den Verstellring in Richtung auf "Binschwenken" zu verdrehen trachtet. Je nach Steifigkeit der Drohmomentfedorn 16 oder der Zugfedor 17 kann aur die eine oder andere Feder verzichtet werden. The drive of the segments 1 in the pivoting sense into the impeller gap 9 into it takes place on the one hand via the torque spring arranged on each pivot pin 11 16, which on the one hand, i.e. with one leg, is supported on the housing 4 and on the other hand In each case on the cover segment 12 is suspended in an incision and on the other over the tension spring 17 suspended on the adjusting ring 13, which moves the adjusting ring in the direction seeks to twist on "Binschwenken". Depending on the stiffness of the torque spring 16 or the tension spring 17 can only be dispensed with one or the other spring.

Im ausschwenkenden Sinn aus dem Laufradspalt 9 heraus zurück in den Blenden- und Austrittsringraum 8 werden die Segmente hydraulisch durch die Auftriebskraft der an Jedem Segment angebrachten Flosse 18 angetrieben und verschwenkt. Bevor sich der Arbeitsraum zu füllen beginnt, füllt sich nämlich zunächst der Austrittsringraum unter starker tangentialer Durchströmung auf. Durch die am Außenumfang des Hotorschaufelkranzes angebrachten, in den Austrittsringraum 8 mündenden Bohrungen 20 ist ein Auffüllen des Austrittsringraumes sichergestellt. Die Umfangs strömung in diesem Raum wird durch die äußere, am Rotor angebrachte Hilrsbeschaufelung 19 unterstützt und aufrechterhalten. Die Tatsache, daß sich der Austritts- und Blendenringraum als erster unter starker tangentialer Durchströmung ausfüllt, gewährleistet, daß die Blendensegmente rechtzeitig aus dem Schaufelradspalt 9 herausgezogen werden; die Umfangsströmung sorgt auch für die Selbst tätigkeit dieser rechtzeitigen Bewegung. In the swing-out sense out of the impeller gap 9 back into the Orifice and exit annulus 8, the segments are hydraulic by the buoyancy force the fin 18 attached to each segment is driven and pivoted. Before yourself the working space begins to fill, namely the outlet annulus fills first under strong tangential flow. By on the outer circumference of the Hotor blade ring attached, in the outlet annulus 8 opening holes 20 is a filling of the outlet annulus ensured. The circumferential flow in this space is supported and maintained by the outer Hilrs blade 19 attached to the rotor. The fact that the exit and aperture annulus are the first under strong fills tangential flow, ensures that the diaphragm segments in time pulled out of the impeller gap 9; the circumferential flow also ensures for the self-activity of this timely movement.

In unmittelbarer Nachbarschaft zu dieser Hilfsbeschaufelung 19 befinden sich die Auftriebsflossen 18 der Blendensegmente. Die Flossen 18 sind an dem stets außerhalb des Schaufelradspaltes bleibenden Teil der Blendensegmente angebracht und nützen den im Austritts- und Blendenringraum verbleibenden Querschnitt voll aus. Located in the immediate vicinity of this auxiliary blading 19 the buoyancy flippers 18 of the diaphragm segments. The fins 18 are always on that attached outside of the impeller gap remaining part of the diaphragm segments and make full use of the cross-section remaining in the exit and aperture annulus the end.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind arin gelegen, daß ein extra Antrieb für die beim Bremsbetrieb herauszuschwenkenden Blendensegmente entfallen kann, und daß der ganze Steuerungsaufwand für die Betätigung und für die Rechtzeitigkeit diesor Betätigung entfallen kann. Da man keinen zeitlichen "Respektabstands zwischen Ausschwenken und Oleinschließen durch entsprechende Justage halten muß,w'itjadiese Aufeinanderfolge nun nature lich und gemäß dem tatsächlichen Geschehen in der Bremse sich abspielt, werden die Ansprechzeiten der Bremse kürzer. In dieser Hinsicht ist jede zehntel Sekunde elnwlllkonmener Fortschritt. The achievable with the invention are located arin that an extra drive for the diaphragm segments to be swiveled out during braking can be omitted, and that the entire control effort for the operation and for Timeliness of this operation can be omitted. Because you don't have a time gap must hold between pivoting out and Oleinschluss by appropriate adjustment, w'itjadiese Sequence now naturally and according to the actual happenings in the brake takes place, the response times of the brake become shorter. In this regard it is progressive progress every tenth of a second.

Claims

password: "automatic swivel screen"

Claims 1. Hydrodynamic brake with one during braking working space filled with liquid and with air during the braking breaks and with one to avoid air circulation in the work area during the braking breaks from Outer circumference, diaphragm-like flow obstacle that can be cliwed into the impeller gap, that of several, at least approximated in the circumferential direction in the disengaged position arc-shaped diaphragm ring segments that are lined up without gaps and that are in a diaphragm and diaphragm arranged concentrically around the working space of the brake Arranged outlet annulus and pivotable or radially displaceable in the brake housing are stored according to patent .... (patent application P 19 34 165.2), characterized in that that the individual diaphragm segment is moved into the impeller gap Associated with a spring and on each segment one axially extends into the outlet annulus extending buoyancy fin is provided, which is so arranged and so against the circumferential direction is inclined, so that the associated diaphragm segment with flow of the buoyancy fin in the direction of rotation of the brake rotor is a radially outwardly directed Experienced buoyancy.

2. Brake according to claim 1, characterized in that the buoyancy fin at the segments pivoted into the impeller gap still within the Is arranged outlet and diaphragm ring space remaining segment part.

5. Brake according to claim 1 or 2, characterized in that the Buoyancy fiows sioh each over the entire axial length of the outlet annulus extend.

4. Brake according to claim 1 or 2, characterized in that the outer circumference of the brake rotor means are provided, which are directed in the direction of rotation Induce liquid transfer into the outlet annulus.

5. Brake according to claim 4, characterized in that the outer circumference of the brake rotor is an axially direct extending into the outlet annulus next to and radially at least approximately at the same height as the outgoing fins horizontal auxiliary blading is attached, which corresponds to the The working fluid located there and flowing off causes a strong circumferential movement granted.