DE2018871B2

DE2018871B2 - Hydrodynamische bremse fuer transportmaschinen

Info

Publication number: DE2018871B2
Application number: DE19702018871
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Priority date: 1969-05-05
Filing date: 1970-04-20
Publication date: 1977-03-31
Also published as: AT304198B; SU417651A1; DE2018871A1

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine hydrodynamische Bremse für Transportmaschinen, in deren Gehäuse auf der treibenden Welle ein Pumpenrad angeordnet ist das mit dem feststehenden Turbinenrad einen toroidalen Arbeitsraum bildet, der mit einem zusätzlichen Vorratsraum in Verbindung steht welcher zur Stabilisierung des Druckes der Arbeitsflüssigkeit beim Austritt aus der Bremse bestimmt ist während innerhalb des Arbeitsraumes seitens des Turbinenrades koaxial zur Bemsenachse e>ne axial verschiebbare Ringklappe angeordnet ist, die den Luftstrom im Turbinenrad absperrt und derart vorgesehen ist daß sie den Durchgang für die Arbeitsflüssigkeit durch das Turbinenrad bei ihrem Verschieben längs der Bre-nsenachse mittels mehrerer Hydraulikzylinder freigibt Eine solche Ausbildung ist aus Glasers Annaien 91 (1967), Nr. 6, Seite 167, Bild 5 bekannt

Bei der bekannten Ausbildung durchtrennt die Ringklappe die Turbinenschaufeln in einem zur Kupplungsachse konzentrischen Schlitz, so daß die außerhalb des in seine Wirklage ausgefahrenen Rings befindlichen Schaufelteile noch in der Luftströmung stehen und Venülationsverhiste verursachen. Tatsächlich wird durch die Ringklappe die Ventilationsverlustleistung gegenüber den Verlusten bei offenem Turbinenrad um nur etwadas 5- bis 6fache verringert * 7ur Verbringung in die unwirksame Stellung wird die RingkJappe durch die Hydraulikzylinder in den Körper des Turbinenrades eingefahren, wodurch der Durchgang für die Arbeitsflüssigkeit durch den toroidalen Arbeitsraum freigegeben wird. Hierdurch ist eine große axiale Baulänge bedingt Außerdem liegen die Hydraulikzylinder ebenfalls im Körper des Turbinenrades längs der Kupplungsachse hinter der Ringklappe. Auch dies führt zu einer Vergrößerung der Abmessungea

Während die mit der bekannten Ausbildung erzielbare Verringerung der Ventilationsverlustleistung für z. B. Diesellokomotiven mit Flüssigkeitsgetriebe und mechanischer Gangschaltung ausreicht wird für Maschinen mit einem reinen Flüssigkeitsgetriebe wegen des größeren Drehzahlbereichs eine stärkere Verringerung der Venttlationsverluste erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es mithin, eine hydrodynamische Bremse zu schaffen, die bei kompaktem Aufbau und geringem Gewicht eine größere — nicht weniger als das lOfache betragende - Reduzierung der Ventilationsverluste erlaubt

Ausgehend von der eingangs beschriebenen Ausbildung wird zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß am äußeren Umfang des am stillstehenden Turbinenrad befestigten ringförmigen Kernleitringteiles eine koaxial gerichtete zylindrische Führungsfläche für eine zylindrische Gegenfläche eines die Ringklappe bildenden Ringes angeordnet ist und die Verschiebezylinder für den Ring entweder innerhalb oder außerhalb des toroidalen Arbeitsraumes untergebracht sind.

Bei dieser Ausbildung schließt die Ringklappe die Turbinenkanäle so weit radial außen ab, daß die Turbineneintrittskanten, in Strömungsrichtung gesehen, hinter der Ringklappe angeordnet sein können, so daß bei in Wirklage befindlicher Ringklappe sich gegenüber den Austrinskanten der Pumpenschaufeln ein schaufelloser glatter Raum befindet der keine wesentliche Verwirbelung verursachen kann. Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung wird eine Verringerung der Ventilationsverlustleistung um das 10- bis 12fache erreicht

Weiterhin ermöglicht die erfindungsgemäße Ausbildung die angestrebte Verkürzung der Baulänge und Verminderung des Gewichts der Bremse sowie erlaubt einen strömungsgünstigen zentralen Einlauf der Arbeitsflüssigkeit in das Gehäuse, da dieser Raum nicht mehr für den Verschiebeantrieb der Ringklappe benötigt wird.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung sind die Verschiebezylinder im Kernleitring angeordnet, wobei ihre Enden die Turbinenkanäle durchdringen. Bei einer solchen Ausbildung können auch die radialen Abmessungen besonders klein gehalten werden.

Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, wenn die Verschiebezylinder am äußeren Umfang des Kuppiungsgehäuses angeordnet sind. Eine solche Ausbildung empfiehlt sich für Bremsen kleinerer Leistung, die von vornherein einen geringeren Außendurchmesser des Arbeitsraums aufweisen.

Bei dieser zuletzt genannten Ausbildungsmöglichkeit ist es schließlich zweckmäßig, wenn die Arbeitskammer jedes Hydraulikzylinders mit dem Vorratsraum in Verbindung steht Dadurch kann die Beaufschlagung der Kolben der Hydraulikzylinder durch die an der

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e unter dem Druck der Zentrifugalkraft Afbeitsflüssigkeit selbst bewirkt werden, was «Druckquelle zur Betätigung dieser Zylinder ehrüch macht

_llchend wird die Erfindung durch die Beschrei- '% Ausführungsbeispielen erläutert Es zeigt eine hydrodynamische Bremse gemäß der mit Anordnung der Hydraulikzylinder im tnogteil, Längsschnitt,
iden Schnitt nach Linie H-H von F i g. 1, eiiie hydrodynamische Bremse gemäß der g mit Anordnung der Hydraulikzylinder im ή Längsschnitt,
% den Schnitt nach Linie IV-IV von F i g. 3.

Fig. 1 und 2 illustrierte hydrodynamische i_S

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(besitzt ein feststehendes Gehäuse 1, in dem in \ager 2 eine Welle 3 gelagert ist die mit dem ;rk der Transportmaschine kinematisch verbun-Auf dieser Welle sitzt ein Pumpenrad 4. Im _uenau^ 1 ist ein Turbinenrad 5 unbeweglich angeord- _M net Das Pumpenrad 4 und das Turbinenrad 5 stehen einander unter Belassung eines Axialspalts gegenüber und bilden einen toroidalen Arbeitsraum 6.

Im Gehäuse 1 ist zwischen seiner Innenwand und dem Außenumfang von Pumpenrad 6 und Turbinenrad 5 ein Zusatzraum 7 vorgesehen, die über den Axialspalt zwischen den Rädern mit dem Arbeitsraum 6 ständig in Verbindung steht Der Zusatzraum 7 ist zur Stabilisierung des Drucks der Arbeitsflüssigkeit beim Austritt aus der Bremse bestimmt wenn diese in das Kühlsystem (nicht abgebildet) gelangt

Innerhalb des Arbeitsraumes 6 ist an Schaufeln 8 des Turbinenrades 5 gleichachsig mit der Kupplungsachse 9 ein Kernleitringteil 10 unbeweglich angeordnet Im vorliegenden Beispiel ist das Kernleitringteil einstückig _J5 mit dem Turbinenrad ausgeführt Es kann auch als getrenntes Teil ausgeführt und an den Schaufeln des Turbinenrades fest angebracht sein.

An der Außenfläche des Kernleitringteils 10 ist eine Ringklappe 11 angeordnet die zum Unterbinden der Luftzirkulation im Turbinenrad 5 beim Betrieb der Bremse im Leerlauf und damit zur Verringerung der Ventilationsverluste dient Zur Verschiebung der Ringklappe 11 längs der Kupplungsachse 9 auf dem Kernleitringteil 10 in die Schaufelkanäle 12, durch welche die ArOeitsflüssigkeit aus dem Kühlsystem dem Arbeitsraum 6 zugeführt wird, sind drei Hydraulik-Zylinder 13 angeordnet

Jeder Hydraulikzylinder besitzt einen Zylinder 14 und einen Kolben 15, der mittels eines Mitnehmerstiftes 16 mit der Ringklappe 11 verbunden ist. Im Innern des Kolbens 15 ist eine Rückholfeder 17 angeordnet. Zum Durchgang des Mitnehmerstifts 16 beim Verschieben der Ringklappe U ist im Zylinder 14 eine Nut 18 vorhanden.

Die Schaufeln 8 des Turbinenrades 5 sind am Eintritt abgeschnitten. In Fig. 1 ist die Eintrittskante der Turbinenradschaufeln mit 32 bezeichnet ν Die Arbeitskammer 19 jedes Hydraulikzylinders 13 %ird über einen Kanal 20 beim Einschalten dtr Bremse itijt einer selbständigen Druckquelle in Verbindung iSesetzt, deren Flüssigkeit die Kolben 15 zusammen mit ϊ&Γ Ringklappe 11 verschiebt, wodurch der Durchgang ifflr die Arbeitsflüssigkeit im Turbinenrad 5 geöffnet

^Wifd.

■ Die Arbeitskammer 19 des Zylinders 14 kann mit dem -Zusatzraum 7, der Hohlraum des Zylinders 14 aber, in «Welchem die Feder 17 untergebracht ist mit der Atmosphäre in Verbindung gesetzt werden. In diesem FaU wird die Bewegung der Kolben IS und somit der Ringklappe 11 durch die Arbeitsflüssigkeit bewirkt, die sich in der Bremse befindet

Bei hydrodynamischen Bremsen kleinerer Leistung m^;t einem kleineren Außendurchmesser des toroidalen Arbeitsrawns sind, wie in F i g. 3 und 4 illustriert, die die Ringklappe U verschiebenden Hydraulikzylinder 21 in dem Gehäuse 22 der Bremse untergebracht Diese Hydraulikzylinder sind parallel zur Kupplungsachse 9 in einem Abstand angeordnet der den Außendurchmesser des Pumpenrades 23 und des Turbinenrades 24 übersteigt

jeder Hydraulikzylinder 21 besteht aus e^;nem Zylinder 25 und einem Kolben 26, der mittels eines irfitnehmerstiftes 27 mit der Ringklappe 11 verbunden ist die auf dem Kernleitringteil 28 sitzt Die Zylinder 25 sind in einem Stück mit dem Gehäuse 22 ausgeführt und treten nicht über die axialen Abmessungen des Arbeitsraumes hinaus. Die Arbeitskammer 29 jedes Hydraulikzylinders steht mit dem Zusatzraum 30 in ständiger Verbindung. Diese Verbindung der Kammer 29 mit dem Zusatzraum 30 vereinfacht die Bremsenkonstruktion und gewährleistet eine automatische Steuerung der Verschiebung der Ringklappe 11 unmittelbar durch die in der Bremse befindliche Arbeitsflüssigkeit.

Im übrigen entspricht diese Bremse der erstbeschriebenen Ausbildung.

Im Betrieb der Bremse gemäß Fig. 1 und 2 gelangt die Arbeitsflüssigkeit von der Speisepumpe des Flüssigkeitsgetriebes über einen Eintrittskanal 31 und die Kanäle 12 in den Arbeitsraum 6 und zum Eintritt in das Pumpenrad 4, das sich mit einer Winkelgeschwindigkeit dreht die der Fahrgeschwindigkeit der Transportmaschine proportional ist Das Pumpenrad 4 befördert durch seine Drehung die Arbeitsflussigkeit vom Eintritt zur Peripherie des Arbeitsraums.

Gleichzeitig gelangt von der nicht dargestellten selbständigen Druckquelle Druckflüssigkeit über den Kanal 20 in die Kammer 19 und verschiebt die Kolben 15 und zusammen mit ihnen auch die Ringklappe 11. Hierbei gibt die Ringklappe 11 den Durchgang für die Arbeitsflüssigkeit im Turbinenrad 5 frei. Die Bremse fängt an wirksam zu werden. Der Füllungsgrad des Arbeitsraumes b wird durch den Bremsbetrieb bestimmt. Der Zusatzraum ist in allen Bremsbetnebszuständen völlig gefüllt was die Stabilisierung des Druckes der Arbeitsflüssigkeit gewährleistet, die in das Kühlsystem gelangt.

Beim Ausschalten der Bremse werden der Zusatzraum 7 und die Kammer 19 entlüftet. Die Arbeitsflüssigkeit strömt aus dem Zusatzraum 7 durch einen am Gehäuseumfang abgehenden Tangentialstutzen ab. Die Kolben 15 werden unter Einwirkung der Federn 17 in die äußere rechte Lage bewegt und verschieben die Ringklappe 11, die den Luftstrom im Turbinenrad versperrt wodurch der Luftstrom im Arbeitsraum 6 in einzelne Ströme zerteilt wird. Der eine Strom, der an der Peripherie des Arbeitsraums zwischen der Ringklappe 11 und dem Pumpenrad 4 zirkuliert, dreht sich zusammen mit diesem Pumpenrad und wird praktisch nicht abgebremst. Der andere Strom, der am Eingang tn das Pumpenrad zirkuliert, wird durch das Turbinenrad abgebremst. .

Dadurch, daß im Arbeitsraum 6 das Kernleitringteii 10 angeordnet ist und die Schaufeln 8 des Turbinenrades 5 am Eingang derart abgeschnitten sind, daß ihre Eintrittskanten 32 parallel zur Kupplungsachse 9 hegen,

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sind im Arbeitsraum beim Absperren der Schaufelkanäle des Turbinenrades 5 die Ventilationsverluste beträchtlich verringert Hierbei ist die Summenverlustleistung der zwei erwähnten Luftströme um das 10- bis 12fache geringer als die Verlustleistung des Stroms, der im Arbeitsraum bei geöffnetem Durchgang durch das Turbinenrad 5 zirkuliert

Der Betrieb der in F i g. 3 und 4 dargestellten Bremse verläuft analog: Beim Einschalten der Bremse gelangt die Arbeitsflüssigkeit über den Kanal 33 zum Eintritt in das Pumpenrad 23, welches sie zur Peripherie des Rades befördert, so daß sie den Zusatzraum 30 füllt

Da der Zusatzraum 30 mit den Kammern 29 der Hydraulikzylinder 21 in ständiger Verbindung steht, verschiebt die in die Kammern 29 gelangende

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Arbeitsflüssigkeit die Kolben 26 und zusammen mit ihnen auch die Ringklappe 11, wodurch diese den Durchgang für die Arbeitsflüssigkeit im Turbinenrad 24 freigibt Der Füllungsgrad des Arbeitsraumes 34 wird durch die Betriebsart der Bremse bestimmt.

Beim Ausschalten der Bremse wird der Zusatzraum 30 geleert

Zur Verringerung der Axialkraft, die auf das Pumpenrad seitens der Arbeitsflüssigkeit einwirkt, sind in der Bremse mit Anordnung der Hydraulikzylinder im Kernleitringteil 10 in der Schale des Pumpenrades 4 (F i g. 1) Schlitze 35 vorhanden, und in der Bremse mit Anordnung der Hydraulikzylinder im Gehäuse sind zur Verringerung der Axialkraft am Rücken der Schale des Pumpenrades 23 einige Rippen 36 angeordnet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydrodynamische Bremse für Transportmaschinen, in deren Gehäuse auf der treibenden Welle ■ein Pumpenrad angeordnet ist, das mit dem feststehenden Turbinenrad einen toroidalen Arbeitsraum bildet, der mk einem zusätzlichen Vorratsraum in Verbindung steht welcher zur Stabilisierung des Druckes der Arbeitsflüssigkeit beim Austritt aus der Bremse bestimmt ist, während innerhalb des Arbeitsraumes seitens des Turbinenrades koaxial zur Bremsenachse eine axial verschiebbar? Ringklappe angeordnet ist die den Luftstrom im Turbinenrad absperrt und derart vorgesehen ist, daß sie den Durchgang für die Arbeitsflüssigkeit durch das Turbinenrad bei ihrem Verschieben längs der Bremsenachse mittels mehrerer HydraulikzylHtder freigibt dadurch gekennzeichnet, daß am äußeren Umfang des am stillstehenden Turbinenrad (8) befestigten ringförmigen Kernleitringteiles (10) _2C eine koaxial gerichtete zylindrische Führungsfläche (Ua) für eine zylindrische Gegenfläche eines die Ringklappe bildenden Ringes (11) angeordnet ist und die Verschiebezylinder (14) für den Ring entweder innerhalb oder außerhalb des toroidalen Arbeitsraumes untergebracht sind.

2. Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Verschiebezylinder (14) im Kernleitring (10) angeordnet sind, wobei ihre Enden die Turbinenkanäle durchdringen.

3. Bremse nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet daß die Verschiebezylinder (14) am äußeren Umfang des Kupplungsgehäuses t'22) angeordnet sind.

4. Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Einlaufkanten des Turbinenrades auf dem Durchmesser der zylindrischen Führungsfläche (113^ liegen.

5. Bremse nach den Ansprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet daß die Arbeitskammer (29) jedes Hydraulikzylinders (21) mit dem Vorratsraum (30) in Verbindung steht