DE19646598A1

DE19646598A1 - Hydrodynamic brake for vehicles

Info

Publication number: DE19646598A1
Application number: DE1996146598
Authority: DE
Inventors: Harald Eckert
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1996-11-12
Filing date: 1996-11-12
Publication date: 1998-05-14

Abstract

The hydrodynamic brake comprises flow obstacles which consist of several spaced segments (1,3). An adjusting member (2) is arranged between each two neighbouring segments. The adjusting member is made of a material which during temperature changes, alters its shape in a reversible manner. The adjusting member may consist of bimetals, and may be lamella-shaped, or spring-shaped.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Bremse, bei der ein ortsveränderliches Strömungshindernis zur Ver hinderung von Ventilationsverlusten zwischen Rotor und Sta tor angeordnet ist, das beim Leerlauf der Bremse im Bereich des Außendurchmessers beider Torusräume als ringartige Trennwand wirkt und radial in den gemeinsamen Torusraum ragt und das bei Bremsbetrieb hinter die äußere Toruskontur zurückgezogen ist, wobei das Strömungshindernis von Stell elementen beaufschlagt wird.The invention relates to a hydrodynamic brake, where a portable flow obstacle to Ver prevention of ventilation losses between rotor and sta Gate is arranged that when the brake is idling in the area of the outer diameter of both toroidal spaces as ring-like Partition acts and radially in the common toroidal space protrudes behind the outer torus contour during braking is withdrawn, the flow obstacle of Stell elements is applied.

Bremsen dieser Art, die auch als Retarder bezeichnet werden, haben den Vorzug, die abzubremsende Energie ohne Verschleiß in Wärme umzuwandeln. Ein besonderes Problem ist jedoch die Verlustleistung im Leerlauf, die trotz entleer tem Arbeitsraum der Bremse infolge der Luftzirkulation und anderer Einflüsse noch störend sein kann.Brakes of this type, also known as retarders have the advantage that the energy to be braked without Convert wear into heat. A particular problem is however, the power loss at idle, despite being drained working space of the brake due to air circulation and other influences can still be disruptive.

Es ist bekannt, im Leerlaufzustand Strömungshindernisse, wie z. B. Blenden, zwischen beiden Schaufelrädern anzu ordnen, um die Zirkulation von Luft und gegebenenfalls restlichem Strömungsmittel zu verhindern.It is known to prevent flow obstacles when idling, such as B. Apertures to between two paddle wheels arrange to the circulation of air and if necessary to prevent residual fluid.

Die DE-PS 26 05 229 beschreibt eine hydrodynamische Bremse, die eine Vorrichtung zur Verhinderung von Ventila tionsverlusten bei nicht gefüllter Bremse aufweist. Dabei wird ein elastisch federnder Ring mit etwa rechteckförmigem Querschnitt verwendet, der im Bremsbetrieb hinter die To ruskontur zurückgezogen ist und im Leerlaufbetrieb in den Spalt zwischen Statortorus und Rotortorus hineinragt. Die Verschiebung in eine radial äußere und radial innere End stellung erfolgt dabei über eine Kniehebelanordnung, die von einem Druckkolben betätigt wird. Obwohl diese Vorrich tung relativ einfach im Aufbau ist, hat sie sich nicht durchgesetzt, weil die Breite des elastisch federnden Rin ges stark begrenzt ist und damit die Reduzierung der Verlu ste im Leerlaufbetrieb nicht ausreicht.DE-PS 26 05 229 describes a hydrodynamic Brake that is a device for preventing Ventila shows loss of capacity when the brake is not filled. Here becomes an elastic spring ring with an approximately rectangular shape Cross-section used that behind the To rus contour is withdrawn and in idle mode in the Gap protrudes between the stator torus and the rotor torus. The Displacement into a radially outer and radially inner end position takes place via a toggle lever arrangement, the is actuated by a pressure piston. Although this device tion is relatively simple in structure, it has not been enforced because of the width of the resilient Rin is severely limited and thus the reduction in loss is not sufficient in idle mode.

Aus der DE-A-40 28 128 ist eine hydrodynamische Bremse bekannt, bei der zur Verhinderung der Ventilationsverluste eine den gemeinsamen Torusraum verkleinernde, ortsveränder liche Trennwand vorgesehen ist, die einen radial nach innen ragenden ringförmigen Schenkel aufweist und einen in axia ler Richtung sich erstreckenden zylinderförmigen Schenkel aufweist, wobei die beiden Endstellungen der Trennwand durch eine Betätigungseinrichtung erzielbar sind. Die er forderliche Elastizität zwischen dem äußeren und dem inne ren Anschlag der Trennwand und die dadurch bedingte Durch messerdifferenz in den beiden Stellungen werden über am Umfang der Trennwand verteilte Schlitze erzielt, die im nach innen ragenden ringförmigen Schenkel angeordnet sind; die Betätigungseinrichtung für die Trennwand besteht aus einer Kolben-Zylinder-Einheit mit zwei entgegengesetzt zu einander wirkenden Kolben, die über Federn in ihre Mittel stellung gedrückt werden. Der zwischen den beiden Kolben bestehende Raum wird als Druckraum genutzt und ist über einen Kanal mit einer Druckmittelquelle verbunden. Bei Be aufschlagung der beiden Kolben mit dem Druckfluid wird die Trennwand aufgrund der in ihr ausgebildeten Schlitze radial aufgeweitet und nimmt somit ihre die Strömung in der Bremse nicht beeinflussende Stellung ein, in der das in die Bremse eingeleitete Fluid, z. B. Öl, den Bremsbetrieb ermöglicht. DE-A-40 28 128 describes a hydrodynamic brake known to prevent ventilation losses a change of location that reduces the common torus space Liche partition is provided, which is a radially inward projecting annular leg and one in axia l cylindrical direction extending in the direction has, the two end positions of the partition can be achieved by an actuator. Which he required elasticity between the outer and the inner Ren stop of the partition and the resulting through difference in the two positions are shown on Scope of the partition wall distributed slots achieved in inwardly projecting annular legs are arranged; the actuator for the partition consists of a piston-cylinder unit with two opposites interacting pistons that have springs in their means position can be pressed. The one between the two pistons existing space is used as a pressure room and is over a channel connected to a pressure medium source. At Be impact of the two pistons with the pressure fluid Partition due to the radial slots formed in it expanded and thus takes the flow in the brake non-influencing position in which the brake introduced fluid, e.g. B. oil that allows braking.

Die winkelförmige Ausgestaltung der das Strömungshin dernis darstellenden Trennwand gewährleistet eine gute Füh rung und exakte Anschläge in der radial äußeren und radial inneren Endstellung. Aufgrund des Vorsehens mindestens ei ner Betätigungseinrichtung in Form einer Kolben-Zylinder- Einheit samt ihrer Ansteuerung besteht jedoch noch ein er heblicher Raumbedarf.The angular shape of the flow direction dividing wall ensures good guidance tion and exact stops in the radially outer and radial inner end position. Because of the provision at least one ner actuator in the form of a piston-cylinder However, there is still one unit including its control considerable space requirement.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine hydro dynamische Bremse zu schaffen von erheblich vereinfachtem Aufbau und damit verringertem Raumbedarf, die keiner äuße ren Ansteuerung bedarf, um das Strömungshindernis radial von einer Endstellung in die andere Endstellung zu überfüh ren.The object of the present invention is a hydro to create dynamic brake of considerably simplified Construction and thus reduced space requirements, which no one expresses Ren control needs to the flow obstacle radially to be transferred from one end position to the other end position ren.

Die Lösung dieser Aufgabe er folgt mit den im kenn zeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.The solution to this task he follows with those in the kenn Drawing part of claim 1 specified features; advantageous embodiments are in the subclaims described.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Strö mungshindernisses in Form von mehreren, im Abstand vonein ander und in Längsrichtung hintereinander angeordneten Seg menten, wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Segmenten ein Stellelement vorgesehen ist, das bei einer Temperatur änderung seine Form in reversibler Weise ändert, verringert sich der Raumbedarf ganz erheblich, wobei außerdem die von außen erforderliche Ansteuerung der Stellelemente vollstän dig entfällt.Due to the inventive design of the stream obstacles in the form of several, at a distance from each other other and arranged one behind the other in the longitudinal direction Seg ment, each between two adjacent segments an actuator is provided which is at a temperature Change reversibly changes its shape the space requirement is very considerable, and that of Completely required actuation of the control elements on the outside dig not applicable.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbei spiel dargestellt ist.In the following the invention with reference to the drawing explained in more detail in the an advantageous embodiment game is shown.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine erfindungsgemä ße hydrodynamische Bremse mit dem Strömungs hindernis; Fig. 1 a partial section through an inventive SSE hydrodynamic brake with the flow obstacle;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Bremse in ihrer Stellung bei Bremsbetrieb, und Fig. 2 shows a cross section through the brake in its position during braking operation, and

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Bremse in ihrer Stellung bei Leerlauf. Fig. 3 shows a cross section through the brake in its position when idling.

In den Figuren, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, bezeichnen 5 und 6 die beiden Torusräume, in denen der Stator bzw. Rotor angeordnet sind. Mit 1, 3 ist das Strömungshindernis bezeichnet, welches hierbei winkelförmig ausgestaltet ist und aus einer Viel zahl von Segmenten besteht (Fig. 2 und 3), die im Abstand voneinander und in Längsrichtung hintereinander derart an geordnet sind, daß sie, sofern sie in den Spalt zwischen Rotor und Stator hineinragen, als Trennwand wirken und da mit das Strömungshindernis zur Verhinderung der Ventila tionsverluste bilden.In the figures, in which the same parts are provided with the same reference symbols, 5 and 6 denote the two toroidal spaces in which the stator or rotor are arranged. With 1 , 3 the flow obstacle is referred to, which is designed angularly and consists of a lot of number of segments ( Fig. 2 and 3), which are arranged at a distance from each other and in the longitudinal direction one behind the other that they, if they in the Protrude gap between rotor and stator, act as a partition and thus form the flow obstacle to prevent ventilation losses.

In Fig. 1 und 3 ragt die Trennwand aus den einzelnen Segmenten radial in den Spalt zwischen Stator und Rotor, wobei dies der Leerlaufstellung der Bremse entspricht, in der diese also nicht mit dem Bremsfluid gefüllt ist. In Fig. 2 hingegen befindet sich die aus den einzelnen Segmen ten 1, 3 aufgebaute Trennwand in ihrer radial zurückgezoge nen Stellung, in der also die Bremse sich im Bremszustand befindet und mit Öl gefüllt ist. In FIGS. 1 and 3, the partition protrudes radially from the individual segments into the gap between the stator and rotor, this corresponding to the idle position of the brake, in which it is therefore not filled with the brake fluid. In Fig. 2, on the other hand, there is the partition 1 , 3 constructed from the individual segments in its radially retracted position, in which the brake is in the braking state and is filled with oil.

Zwischen den einzelnen Segmenten 1, 3 der radial ange ordneten Trennwand sind nun erfindungsgemäß Stellelemente 2 vorgesehen, wobei jeweils ein Stellelement zwei benachbarte Segmente miteinander verbindet. Jedes Stellelement 2 be steht dabei aus einem Material, das bei einer Temperaturän derung seine Form in reversibler Weise ändert. Als Material für die Stellelemente eignet sich dabei entweder ein Mate rial mit Formgedächtnis, ein sogenanntes Memory-Metall, oder aber auch ein Bimetall.Between the individual segments 1 , 3 of the radially arranged partition wall, adjusting elements 2 are now provided according to the invention, one adjusting element connecting two adjacent segments. Each control element 2 be made of a material that changes its shape in a reversible manner at a temperature change. The material for the control elements is either a material with shape memory, a so-called memory metal, or a bimetal.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der hydrodynami schen Bremse eignet sich insbesondere für sogenannte Sekun där-Retarder, die einen erhöhten Bremsmomentverlauf aufwei sen und dadurch ohne Vorsehen eines Strömungshindernisses erhöhte Leerlaufverluste aufweisen. Wie bei den herkömmli chen Retardern kann auch hier durch eine nachhaltige Stö rung des Strömungskreislaufes der Luft im entleerten Retar der eine Verlustreduzierung um ca. 90% erreicht werden. Die erfindungsgemäß vorgesehene Hintereinanderanordnung des Strömungshindernisses in Form von einzelnen Segmenten 1, 3, die zusammen eine ringförmige Trennwand bilden und die er findungsgemäß vorgesehenen Stellelemente 2 ermöglichen eine Umfangsverlängerung und eine damit einhergehende Durchmes servergrößerung des Strömungshindernisses. Eine äußere Steuerung der radialen Verschiebung der Trennwand von einer Endstellung in die andere entfällt dadurch, daß erfindungs gemäß Stellelemente mit reversibler Formänderung vorgesehen sind, die also keine äußere Krafteinwirkung benötigen. Die dafür vorgesehenen Memory-Metalle besitzen einen sogenann ten Schnappeffekt, wohingegen die ebenfalls erfindungsgemäß vorgesehenen Bimetalle eine kontinuierliche Bewegung ermög lichen. In beiden Fällen entfällt jegliche von außen ge steuerte Betätigung der Trennwand, die allein aufgrund von Temperaturänderungen erfolgt. Damit kann die erfindungsge mäße hydrodynamische Bremse erheblich platzsparender gebaut werden.The inventive design of the hydrodynamic brake's is particularly suitable for so-called secondary retarders, which have an increased braking torque curve and thus have increased idling losses without providing a flow obstacle. As with the conventional retarders, a sustained disturbance of the air flow in the emptied retar can reduce losses by approx. 90%. The one behind the other arrangement of the flow obstacle in the form of individual segments 1 , 3 , which together form an annular partition and he inventively provided actuators 2 allow a circumferential extension and an accompanying diam server enlargement of the flow obstacle. An external control of the radial displacement of the partition from one end position to the other is omitted in that control elements according to the invention are provided with a reversible change in shape, which therefore do not require any external force. The memory metals provided for this purpose have a so-called snap effect, whereas the bimetals also provided according to the invention enable continuous movement. In both cases, there is no need for any externally controlled actuation of the partition, which is solely due to temperature changes. Thus, the hydrodynamic brake according to the invention can be built considerably more space-saving.

Die Stellelemente 2 können entweder als Bleche ausge bildet sein, oder aber auch in Form von Federn. Zwischen den Stellelementen 2 und den Segmenten 1, 3 können auch noch mechanische Hebel bzw. Hebelübersetzungen vorgesehen sein.The actuating elements 2 can either be formed as sheets, or else in the form of springs. Mechanical levers or lever ratios can also be provided between the actuating elements 2 and the segments 1 , 3 .

Werden Materialien mit Formgedächtniseffekt, sogenann te Memory-Metalle, verwendet, so erleiden diese eine sprunghafte Formänderung bei Überschreiten bzw. Unter schreiten einer bestimmten Temperatur. Bis zum Erreichen dieses Temperaturwertes verbleibt die Trennwand aus den Segmenten 1, 3 in ihrer bis dahin eingenommenen Stellung, z. B. in der in Fig. 1 und 3 gezeigten inneren Endstellung, verschwindet jedoch dann in kürzester Zeit in den außenlie genden Freiraum 4, sofern diese Temperatur überschritten bzw. unterschritten wird. Bei ausgeschalteter hydrodynami scher Bremse, d. h. wenn diese in ihrer Leerlaufstellung ist, liegt die Trennwand zwischen Stator und Rotor und zen triert sich am Außendurchmesser des Rotors. Die Stellele mente 2 nehmen dabei die in Fig. 3 gezeigte zusammengezoge ne Stellung an. Wird nun die hydrodynamische Bremse einge schaltet, d. h. wird das Fluid, z. B. Öl, in den Torus ein gefüllt, so heizt sich das Öl in kürzester Zeit auf. Diese Temperatursteigerung läßt nun die Stellelemente 2, sofern sie aus dem Memory-Metall bestehen, in ihre zweite Stellung springen (Fig. 2), wodurch eine Umfangsverlängerung und Durchmesservergrößerung der ringförmig ausgebildeten, aus den einzelnen Segmenten 1, 3 bestehenden Trennwand erfolgt. Da die Stellelemente 2 aus Memory-Metall bzw. aus Bimetall, eine reversible Formänderung ohne äußere Krafteinwirkung durchmachen, die Formänderung wiederum in einem kleinen Temperaturbereich erfolgt, sowie bei Verwendung von Memory- Metall in sehr kurzer Zeit, erhält man einen sehr schnellen Übergang von der einen radialen Endstellung in die andere radiale Endstellung der Trennwand.If materials with a shape memory effect, so-called te memory metals, are used, these undergo a sudden change in shape when a certain temperature is exceeded or undershot. Until this temperature value is reached, the partition from the segments 1 , 3 remains in its previously assumed position, e.g. B. in the inner end position shown in Fig. 1 and 3, but then disappears in a very short time in the outside lying space 4 if this temperature is exceeded or fallen below. When the hydrodynamic brake is switched off, ie when it is in its idle position, the partition between the stator and the rotor is centered on the outside diameter of the rotor. The Stellele elements 2 take the shown in Fig. 3 contracted ne position. If the hydrodynamic brake is now switched on, ie the fluid, e.g. B. oil, filled in the torus, the oil heats up in no time. This increase in temperature now allows the actuating elements 2 , provided that they are made of the memory metal, to jump into their second position ( FIG. 2), as a result of which the circumferential extension and diameter increase of the ring-shaped partition consisting of the individual segments 1 , 3 take place. Since the control elements 2 made of memory metal or bimetal undergo a reversible change in shape without external force, the change in shape again takes place in a small temperature range, and when using memory metal in a very short time, a very fast transition from the a radial end position in the other radial end position of the partition.

Bei Ausschaltung der hydrodynamischen Bremse entleert sich der Torus und die Stellelemente 2 kühlen sich ab. Bei Erlangen der Temperaturgrenze erinnern sie sich wieder an ihre ursprüngliche Form und verkürzen dadurch den Umfang des Ringes. Damit wird der Kreislauf der vorhandenen Luft zwischen Rotor und Stator erneut gestört und ein entspre chender Druckaufbau verhindert, womit die gewünschte Ver ringerung der Verlustleistung erzielt wird.When the hydrodynamic brake is switched off, the torus empties and the control elements 2 cool down. When the temperature limit is reached, they remember their original shape and thus shorten the circumference of the ring. The circulation of the existing air between the rotor and stator is thus disturbed again and a corresponding pressure build-up is prevented, which achieves the desired reduction in the power loss.

Die vorliegende Erfindung eignet sich nicht nur für hydrodynamische Bremsen, sondern auch für hydrodynamische Strömungsmaschinen, wie Drehmomentwandler, Verdichter und dergleichen.The present invention is not only suitable for hydrodynamic brakes, but also for hydrodynamic Fluid machines, such as torque converters, compressors and the like.

Reference list

11

Segment
segment

22nd

Stellelement
Actuator

33rd

Segment
segment

44th

Freiraum
free space

55

Torusraum
Torus space

66

Torusraum
Torus space

77

Gehäuse
casing

Claims

1.Hydodynamic brake, in which a variable flow obstacle to prevent ventilation losses is arranged between the rotor and stator, which acts when the brake is idling in the area of the outer diameter of both toroidal spaces as a ring-shaped partition and protrudes radially into the common toroidal space and that behind braking operation the outer torus contour is retracted, the flow obstacle being acted upon by actuating elements, characterized in that the flow obstacle consists of several segments ( 1 , 3 ) which are arranged at a distance from one another and that an actuating element ( 2 ) is provided that changes the distance between them.

2. Hydrodynamic brake according to claim 1, characterized in that the adjusting elements ( 2 ) consist of a material which changes its shape in a reversible manner at a temperature change.

3. Hydrodynamic brake according to claim 2, characterized in that the adjusting elements ( 2 ) consist of a material with shape memory.

4. Hydrodynamic brake according to claim 2, characterized in that the adjusting elements ( 2 ) consist of bimetals.

5. Hydrodynamic brake according to one of the previous ones the claims, characterized, that the control elements have a lamellar shape.

6. Hydrodynamic brake according to one of the previous ones the claims, characterized, that the control elements have a spring shape.