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Kennwort "Feinregelbremse" Strdmungsbremse Die Erfindung betrifft
eine Strömungsbremse nach Föttinger mit einem um den Arbeitsraum herumrUhrenden
Ringraum zur Sammlung und Abfillirung des aus dem Arbeitsraum austretenden, durchzusetzenden
Arbeitsmediums.
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Derartige Strömungsbremsen werden in vielfältiger Weise in der Technik
eingesetzt. Mit ihm lassen sich hohe Drehmomente und hohe Leistungen verschleißfrei
abbremsen. Neben der Größe des Arbeitsraundurchmessers sind als Betriebsgrößen der
Filllungsgrad und vor allem die Bremsrotordrehzahl maßgebend fUr das erzielte Bremsmoment.
Es gibt Jedoch Anwendungsfälle, bei denen das Bremse moment bei einer vorgegebenen
Bremsrotordrehzahl auf sehr kleine Bremsmomente feinfUhlig herabgeregelt werden
muß. Die bekannten Strdmungsbremsen weisen bei Jeder Rotordrehzahl einen mit der
Drehzahl anwachsenden Schwellenwert des minimal einregelbaren Drehmomentes auf.
D.h. bei der kleinstmöglichen einstellbaren ArbeitsraumfUllung, bei der eine hydrodynamische
Arbeitsübertragung zwischen den Schaufelkränzen der benutzten Strömungsbremse Uberhaupt
mm gleich wird, tritt an der Rotorwelle ein Bremsmoment auf, das durch FUllungsgradreduzierung
nicht unterschritten werden kann, ohne daß die gesamte Bremswirkung überhaupt ausbleibt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diesem überstand abzuhelfen und eine
Strömungsbremse anzugeben, mit der sich selbst große Ströff.ungsbremaen auch bei
hohen Drehzahlen von den höchsten Drehmomenten bis herab zu extrem kleinen Werten
feinfühlig steuern lassen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß am Außenumfang
des Bremsrotora eine sich in den Austrittsringraum hinein erstreckende Hilfsbesohaufelung
angeordnet ist. Durch diese äußerst einfache, weder Platz oder Gewicht noch nennenswerten
Fertigungsaufwand erfordernde Maßnahme wird der bei beginnender Füllung sich zunächst
auffUllende Ringraum mit zur Verzögerung herausgezogen. Die Hilfsbeschaurelung muß
die an den Wänden des Austrittsringraumes sich verzögernden Flüssigkeitsteilchen
unter wenn auch nur geringem Drehmomentaufwand ständig wieder beschleunigen. Je
nach Tiefe des sich im Austrittsringraum bildenden Flüssigkeitsringes watet die
Hilfsbeschaufelung mehr oder weniger tier in Flüssigkeit, welche demgemäß ein mehr
oder weniger hohes, gemessen am Nenndrehmoment der Strömungsbremse äußerst geringes
Bremsmoment aur die Hilfsbeschaufelung ausübt. Durch kontrollierbares Verändern
des Flüssigkeitsinhaltes im Austrittsringraum lässt sich aufgrund der Hilfsbeschaufelung
das Bremsmoment der erfindungsgemäßen Strömungsbremse auch unterhalb des Schwellwertes
des Bremsmomentes herkömmlicher Konstruktionen feinfühlig einstellen. Es sei noch
gesagt, daß die gegebene Lehre mit dem gleichen Vorteil auch auf hydrodynamische
Bremsen mit einem nach Art einer Pumpenaustrittsspirale spiralig verlaufenden Austrittsraum
anwendbar ist. Xltere Itere Bremsenkonstruktionen weisen noch eine solche Austrittsspirale
auf.
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Das durch die Hilfsbeschaufelung erzielbare Anfangsdrehmoment kann
mit zunehmender Auffüllung des Austrittsringraumes steiler anwachsen, wenn, wie
nach einem weiteren Gedanken der Erfindung vorgesehen, der von der Hilfsbeschaufelung
nicht überstrichene Teil des Austrittsringraumes seinerseits ebenfalls eine Hilfsbeschaufelung
aufweist.
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Zur Unterstützung einer toroidal gerichteten Zirkulation der Flüssigkeit
im - beschaufelten oder unbeschaufelten - Austrittsringraum ist es zweckmäßig, wenn
die tJbertrittskanäle vom Arbeitsraum in den Austrittsringraum - im Meridianschnitt
gesehen -
tangential in Richtung der zu erwartenden Strömung in Austrittsringraum mündend
angeordnet sind.
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Die Erfindung ist anhand der in den Zeichnungen dargestellten AusfUhrungsbeispiele
im folgenden näher erläutert. Es zeigen: Fig.1 einen Halbschnitt durch eine erfindungsgemäße
Strdmungsbremse mit lediglich am Bremsrotor angebrachter Hilrsbeschaufelung und
Fig.2 einen Halbschnitt durch eine ähnliche Bremse, bei der Jedoch im Austrittsringraum
noch eine stillstehende Hilfsbeschaufelung angebracht ist.
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Die in der folgenden Beschreibung verwendeten Bezugszeichen gelten
für beide Figuren, sofern sie gleiche Teile bezeichnen.
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Mit 1 ist die Bremsrotorwelle bezeichnet, die - über ein Keilwellenprofil
drehfest mit ihr verbunden - den Bremsrotor 2 mit der Rotorbeschaufelung 3 trägt.
Gegenüber der Rotorbeschaufelung ist die stillstehende Statorbeschaufelung 4 angeordnet,
welche vom Statorrad 5 getragen wird. Dieses ist mit einem den Bremsrotor 2 umschließenden
Gehäuseteil 6 zusammengeflanscht. Im Gehäuseteil 6 ist der radial verlaufende Zuführkanal
7 angebracht, welcher in eine in Wellennähe gelegene ringförmige Zulaufkammer 8
mündet, von wo die Arbeitsflüssigkeit über viele Zulauf bohrungen 9 in die Schaufeltaschen
der Beschaufelung 3 und in den Arbeitsraum 3/4 gelangen kann. Im Innern des Arbeitsraumes
bildet sich bei ausreichender Füllung eine im Sinne der Pfeile 10 umlaufende meridionalkreisende
Strömung aus.
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Den Bremsrotor 2 ringförmig umgebend ist im Innern des Gehäuseteiles
6 noch die Austrittsringkammer 11 angeordnet. Sie steht mit dem Arbeitsraum über
Ablaufbohrungen 12 in Verbindung, welche von den Schaufeltaschen der Rotorbeschaufelung
3 aus dorthin münden. In den Austrittsringraum hineinragend sind am Außenumfang
des
Bremsrotors 2 Hilfsschaufeln 13 bzw. 13' angegossen. Die Rotorhilfsbeschaufelung
13 bzw. 13' bestreicht etwa den halben Querschnitt des Austrittsringraumes. In dem
AusfUhrungsbeispiel nach Fig.l ist der nicht von der Hilfsbeschaufelung bestrichene
Arbeitsringraumteil unbeschaufelt, wohingegen dieser Teil in dem Beispiel nach Fig.2
radiale Schaufeln 14 aufweist.
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Die Wirkung der Bremswirkung der Elilrsschaufeln 13 bzw. 13' und die
Feinregelfähigkeit der ganzen Strömungsbremse beruht darauf, daß sich - obwohl die
Arbeitsflüssigkeit radial von innen dem Bremsrotor und dem Arbeitsraum 3/4 zugeführt
wird - zunächst der Arbeitsringraum mehr oder weniger stark auffüllt. Es kommt Je
nach Zulaufmenge und Je nach Drosselzustand eines im Ablauf angeordneten nicht dargestellten
Regelventiles zu einem mehr oder weniger großen, radial von außen nach innen zunehmenden
Stau.
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In den sich im Austrittsringraum bei Füllungsbeginn aufstauenden,
sich verzögernden Flüssigkeitsring tauchen Je nach Größe des Staues die Hilfsschaufeln
13 mehr oder weniger tief ein und üben demgemäß auf den Bremsrotor ein mehr oder
weniger großes Bremsmoment aus. Dieses sogenannte Hilfsbremsmoment» steigt von allerkleinsten
Werten bis zu einem Endwert, der dann erreicht ist, wenn der sich im Austrittsringraum
aufstauende FlUssiKkeitsring den Ringraum 11 ganz gefüllt hat. Bei einer geringfügigen
Erhöhung des Staues beginnt sich der Arbeitsraum 3/4 zu füllen.
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Hat sich dort so viel Flüssigkeit angesammelt, daß sich an den Schaufelkranzwandungen
eine fließende, zusammenhängende Flüsti i gkeitsschicht bilden kann, so beginnt
die hydrodynamische Bremsmomenterzeugung im Arbeitsraum 3/4 mit dem der betreffenden
Rotordrehzahl entsprechenden Schwellwert des Bremsmomentes. Dieser Wert kommt zu
dem des größten Hilfsbremsmomentes der Schaufeln 13 noch hinzu. D.h. beim Regeln
vom Bereich der Hilfsbremsmomente in den Bereich der Bremamomente des normalen hydrodyamischen
Betriebes findet ein kleiner Drehmomentanstieg statt, der jedoch meist unbeachtlich
ist.
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Wird der unbestrichene Teil des Austrittsringraumes - wie in Fig.2
vorgesehen - ebenfalls, und zwar mit einer stillstehenden Beschaufelung 14 bestUckt,
so kann das Hilfsmoment gesteigert werden, d.h. mit zunehmendem Stau innerhalb des
Austrittsringraumes steigt das Hilfsbremsmoment steiler an. Dies beruht darauf,
daß die Hilfsbeschaufelungen 13t und 14 zusammen wie eine kleine hydrodynamische
Bremse wirken, mit der höhere Bremsmomente zu erzielen sind als mit lediglich in
einem Flüssigkeitsring panschenden Schaufelstücken. Zur Begünstigung einer hydrodynamischen
Strömungsausbildung ist am Außenumfang des Bremsrotors 2 noch ein radial verlaufender
Steg 15 angebracht.
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Die Ablaufbohrungen 12 münden tangential in den solcherart gebildeten
Hilfs-Arbeitsraum 13'/14 ein, in dem die aufgestaute Arbeitsflüssigkeit im Sinne
der Pfeile 16 meridional kreist und diese Zirkulation durch die einströmende Flüssigkeit
nicht gestört, sondern begünstigt wird.
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Belm uebergang vom Hilfsregelbereich in den normalen Regelbereich
kommt es auch im Beispiel gemäß Fig.2 zu einem Bremsmomentenanstieg, weil der Bremsmomenten-Schweliwert
des Arbeitsraumes 3/4 zu dem Hilfsbremsmomenten-Endwert hinzukommt. In beiden Ausführungsbeispielen
ist Jedoch das mit der Bremse insgesamt zu erzielende Bremsmoment feinfühlig bis
herunter zu kleinsten Werten regullerbar.
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Die Einrachheit dieser Konstruktlon beruht darauf, daß ein sich im
4eg des bei beginnender Füllung natürlichen Staues innerhalb der Bremse befindlicher
Ringraum als eine Hilfsbremse ausgebildet wird.
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Ein Anwendwlgsfall der beschriebenen Feinregelbremse ist der in dem
Lenkgetriebe dirferenzdrehzahlgelenkter Fahrzeuge, wie z.B. Raupenfahrzeuge. In
solchen Fahrzeugen wird die erforderliche Drehzahldifferenz der der Fahrgeschwlndigkeit
entsprechenden Treibraddrehzahl überlagert. Dazu ist es erforderlich,
an
der Uberlagerungswelle ein dem erforderlichen Lenkwideratand entsprechendes Drehmoment
sowie eine der gewünschten Kurvenkrümmung entsprechende Drehzahl stufenlos einstellen
zu können. Diese sturenlose Drehzahl und Drehmomenteneinstellurig ist mittels des
Reaktionsmomentes hydrodynamischer Bremsen innerhalb gewisser Grenzen sehr gut möglich.
Lediglich bei sehr geringen Lenkwiderständen und Lenkkorrektureu neigt die herkömmliche
hydrodynamische Lenkung zur Ubersteuerung, was besonders bei hohen Geschwindigkeiten
zum Ausbrechen des Fahrzeuges aus der Fahrbahn führen kann. Die Lenkimpulse waren
stets, z.B.
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bei Fahrt auf Asphalt, zu groß. Eine vorzügliche Abhilfe bringt der
Einbau einer erfindungsgemäßen Bremse. Es lassen sich nun auch kleinste Lenkkräfte
feinfühlig dosieren.