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Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Bremse, vorzugsweise eine Wasserwirbelbremse, zur Simulation von Belastungen an motorbetriebenen Geräten und Maschinen, die insbesondere direkt oder indirekt mit dem Wirkbereich dieser Geräte gekoppelt wird und die die für den Arbeitsbereich erforderliche Energie als Bremsenergie auf diesen Wirkbereich überträgt.
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Aus dem Stand der Technik sind derartige Vorrichtungen als Strömungsbremsen, hydrodynamische Bremsen oder als Flüssigkeitswirbelbremsen hinreichend bekannt. So wird bereits in PS Nr. 510373 eine Wasserwirbelbremse zur Messung der Leistung von Kraftmaschinen beschrieben. Hierbei sind auf einem umlaufenden Rotor und an der Innenwand eines schwingbar gelagerten Gehäuses Widerstandskörper reihenweise angeordnet, wobei die Anordnung derart erfolgt, dass ihre Verteilung auf Schraubenlinien und nicht auf achsparallelen Mantellinien erfolgt. Durch diese Anordnung soll eine Störung der Strömung der Bremsflüssigkeit vermindert werden.
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In PS Nr. 802030 wird ebenfalls eine Wasserwirbelbremse beschrieben. Die Erfindung beschreibt eine Wasserwirbelbremse mit einem Laufrad und einem Gehäuse mit eingeschlossenen Wasserumlaufkanälen, die durch Zwischenwände in schräg gestellte Wassertaschen unterteilt sind. Hierbei sind die Schaufeln so ausgebildet, dass dies beiderseits eines Ständers nach außen liegend schräg angeordnet sind. Mit einer derartigen Anordnung soll ein möglichst hoher Flüssigkeitsdruck zur Erzeugung der Bremsenergie erreicht werden.
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In PS 1123167 wird eine hydrodynamische Bremse unter Schutz gestellt. Ziel der Erfindung ist es, eine veränderbare Schaufelstellung zu realisieren, um so das Bremsmoment drehzahlabhängig variieren zu können. Die Realisierung erfolgt mit einem komplizierten Hebelmechanismus, der die Winkelstellung der Schaufeln entgegen der angreifenden Strömungskraft verändert.
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In
CH 650567 A5 wird ebenfalls eine hydrodynamische Bremse unter Schutz gestellt. Diese hydrodynamische Bremse ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass in einem äußeren Kreislauf ein Einlassventil und ein davon getrenntes Auslassventil angeordnet ist. Durch eine speziell angeordnete Schaltung dieser Ventile und über eine angeordnete Stellvorrichtung soll erreicht werden, dass auch sehr kleine Bremsmomente erzeugt werden können und somit der Einsatzbereich dieser Bremse vergrößert wird.
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Mit der Auslegungsschrift 1204892 wird eine Flüssigkeitsbremse unter Schutz gestellt, bei der zu einem geschlossenen, mit Bremsflüssigkeit gefülltem Kreislauf, ein zusätzlicher Flüssigkeitsbehälter nachgeschaltet ist, der mit dem mit Bremsflüssigkeit gefüllten Kreislauf in Wirkverbindung steht. Dadurch soll erreicht werden, dass die jeweils für die Bremswirkung erforderliche Bremsflüssigkeit zu geführt wird.
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In PS
DD 287000 A5 wird eine weitere hydrodynamische Bremse unter Schutz gestellt. Die kennzeichnenden Merkmale sind getrennt angeordnete Rotor- und Statorschaufeln die schräg angeordnet sind und einen gemeinsamen Arbeitsraum bilden. Zur Regelung der Bremswirkung sind den Statorschaufeln zusätzlich Leitschaufeln zugeordnet, die entsprechend der benötigten Bremswirkung verstellbar angeordnet sind. Mit dieser technischen Ausführung erfolgt das Steuern des Bremsmomentes über die Variation der Schrägstellung der Leitschaufeln und nicht über die Variation des Füllungsgrades. Um den erfinderischen Gedanken zu realisieren, ist ein äußerst aufwendiger Verstellmechanismus für die Leitschaufeln erforderlich, der die Wirtschaftlichkeit eines derartigen Systems in Frage stellt.
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Nachteilig bei den hier angeführten und weiteren unter Schutz gestellten Erfindungen ist insbesondere der erheblich hohe technische und fertigungstechnische Aufwand zur Erzielung einer spezifischen Verbesserungen der Bremsleistung bzw. deren Feinregulierung. Die teilweise erforderliche schaltungstechnische Anordnung ist ebenfalls nur mit einem nicht vertretbarem technischen Aufwand realisierbar. Eine direkte Anordnung der Bremse an das Arbeitsaggregat ist in der Regel nicht gegeben und das teilweise extrem hohe Massenträgheitsmoment der bewegten Funktionselemente der Bremse beeinflussen eine exakt aufzubringende Bremsenergie auf das Arbeitsaggregat erheblich negativ. Eine Anordnung derartiger Bremsen für messtechnische Zwecke scheidet aus, da dadurch keine reproduzierbaren Messergebnisse erzielt werden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine hydrodynamische Bremse zu schaffen, mit der es möglich ist, die bekannten Nachteile aus dem Stand der Technik zu beseitigen und mit minimalem technische Aufwand und minimiertem Trägheitsmoment der bewegten Funktionsteile eine reproduzierbare Bremsenergie zu erzeugen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass in einem Gehäuse (1) ein Wirbelrad (4) drehbar angeordnet ist, wobei zur Lagerung des Wirbelrades (4) vorzugsweise ein Lagergehäuse (3) vorgesehen ist. Das Gehäuse (1) ist hierbei so ausgebildet, dass an der Innenwand Wirbelsegmente (13) nach innen ragend fest angeordnet sind und diese zueinander jeweils eine Wirbelkammer (14) bilden. Am Gehäuse (1) ist ein Einlass (6) und ein Auslass (5) für die Bremsflüssigkeit vorgesehen. Für den Verschluss des Gehäuses (1) ist ein Gehäusedeckel (8) stirnseitig angeordnet. Zur Erzielung eines Bremsmomentes über die Bremsflüssigkeit ist das Wirbelrad (4) so ausgebildet, dass radial Stege (12) so angeordnet sind, dass diese mit dem jeweils benachbarten Steg (12) eine Wirbelkammer (2) bilden. Das im Lagergehäuse (3) drehbar gelagerte Wirbelrad (4) kann direkt über die Anschlusswelle (7) oder über die im Lagergehäuse (3) vorgesehenen Aussparung (11) über die Koppelstelle (10) mit dem abzubremsenden Arbeitsgerät in Wirkverbindung gebracht werden. Um das Bremsmoment zur Wirkung zu bringen, ist das Gehäuse (1) ortsfest, vorzugsweise über eine Drehmomentenstütze (9) anzuordnen. Die Ausbildung der Wirbelsegmente (13) im Gehäuse (1) ist vorzugsweise so auszugestalten, dass ihre Anzahl gleich oder geringfügig kleiner ist als die am Wirbelrad (4) angeordneten Stege (2). Damit befinden sich im Gehäuse (1) gleich viel oder geringfügig weniger Wirbelkammern (14) als am Wirbelrad (4). Zur Reglung des gewünschten Bremsmomentes kann vorzugsweise am Lagergehäuse (1) oder, bei Ausbildung des Wirbelrades (4) mit durchgehender Welle am Gehäusedeckel (8), ein Impulsgeber (16) so angeordnet werden, dass dieser mit einem am Einlass (6) angeordnetem Einlassventil (15), welches vorzugsweise als Proportionalventil ausgebildet ist, über eine geeignete Steuerung in Wirkverbindung steht.
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Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die definierte und reproduzierbare Belastung von motorisch angetriebenen Arbeitsgeräten, Maschinen und Werkzeugen, insbesondere zur Simulation der Belastung zur Erzeugung der hierfür erforderlichen Bremsenergie.
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An einem Ausführungsbeispiel soll die erfindungsgemäße Vorrichtung näher beschrieben werden. Hierzu zeigen:
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1: Gesamtdarstellung der hydrodynamischen Bremse
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2: Die Anordnung des Wirbelrades
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3: Die hydrodynamische Bremse in Explosivdarstellung
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In der Darstellung der erfinderischen Vorrichtung in 1 ist ersichtlich, dass das Wirbelrad 4 im Gehäuse 1 angeordnet und im Lagergehäuse 3 drehbar gelagert ist, wobei am Gehäuse 1 ein Gehäusedeckel 8 angeordnet ist. Das Gehäuse 1 ist so ausgebildet, dass an der Innenwand des Gehäuses 1 Wirbelsegmente 13 nach innen ragend fest angeordnet sind. Für die Bremsflüssigkeitszu- bzw. -abfuhr ist am Gehäuse 1 ein Einlass 6 und ein Auslass 5 angeordnet. Zur Regelung der erforderlichen Bremsenergie ist vorteilhafter Weise am Einlass 6 ein Einlassventil 15, vorzugsweise als Proportionalventil ausgebildet, angeordnet. Um das Bremsmoment zur Wirkung zu bringen, ist das Gehäuse 1 bzw. das Lagergehäuse 3 ortsfest ausgebildet. Dies geschieht vorzugsweise durch die Anordnung einer Drehmomentenstütze 9. Zur Regelung des gewünschten Bremsmomentes ist vorzugsweise am Lagergehäuse 1 oder, bei Ausbildung des Wirbelrades 4 mit durchgehender Welle am Gehäusedeckel 8, ein Impulsgeber 16 angeordnet. Dieser steht mit dem am Einlass 6 angeordneten Einlassventil 15 in Wirkverbindung. Es ist vorteilhaft, das Einlassventil 15 als Proportionalventil auszubilden.
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In 2 ist die erfinderische Ausbildung und Anordnung des Wirbelrades 4 im Gehäuse 1 näher dargestellt. Im Gehäuse 1 sind Wirbelsegmente 13 fest angeordneten. Diese bilden zueinander jeweils Wirbelkammern 14. Am im Gehäuse 1 drehbar gelagerten Wirbelrad 4 sind Stege 12 radial angeordnet und diese bilden untereinander die Wirbelkammern 2, die mit den Wirbelkammern 14 in Wirkverbindung stehen. Zur Erzielung eines minimalen Trägheitsmomentes des rotierenden Wirbelrades 4 ist es vorteilhaft, dieses aus einem Werkstoff geringer Dichte auszubilden.
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Zur Übertragung des mit dem Wirbelrad 4 erzielten Bremsmomentes auf das Arbeitsgerät ist, wie in 3 dargestellt, am Wirbelrad 4 eine Anschlusswelle 7 so angeordnet, dass diese über eine Koppelstelle 10 und vorzugsweise einer entsprechenden Aussparung 11 zur Wirkung gebracht wird.
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Weitere vorteilhafte Ausführungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Merkmalen der Schutzansprüche.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Wirbelkammer
- 3
- Lagergehäuse
- 4
- Wirbelrad
- 5
- Auslass
- 6
- Einlass
- 7
- Anschlusswelle
- 8
- Gehäusedeckel
- 9
- Drehmomentenstütze
- 10
- Koppelstelle
- 11
- Aussparung
- 12
- Steg
- 13
- Wirbelsegment
- 14
- Wirbelkammer
- 15
- Einlassventil
- 16
- Impulsgeber
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CH 650567 A5 [0005]
- DD 287000 A5 [0007]
