DE2135268A1 - Hydrodynamische bremse - Google Patents

Description

ap/A 3078 Voith Getriebe KO

Kennwort: "Steife Ventilationsblende" Heidenheim (Brenz)

Hydrodynamische Bremse f Fa-

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Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Bremse mit einem Rotorschaufelrad und mit einem in einem Bremsgehäuse angeordneten Statorschaufelrad, die miteinander einen torusförmigen, nur im eingeschalteten Zustand, d.h. während des Brerasvorganges mit Arbeitsflüssigkeit und im ausgeschalteten Zustand mit Luft gefüllten Arbeitsraum bilden, wobei sich zwischen den Schaufelrädern ein Spalt befindet, ferner mit zum Drosseln der im ausgeschalteten Zustand im Arbeitsraum auftretenden Luftströmung dienenden Strömungshindernissen, die im Bereich des äußeren Umfanges des Arbeltsraumes mit dem Bremagehäuse verbunden sind und im ausgeschalteten Zustand sich entlang dem Spalt in den Arbeitsraum erstrecken.

Die Hauptanmeldung lehrt, die Strömungshindernisse derart auszubilden, daß sie im ausgeschalteten Zustand entgegen der Luftströmung selbsttätig in den Arbeitsraum einschwenken und im eingeschalteten Zustand unter dem Druck der Flüssigkeitsströmung an die Innenwand des Arbeltsraumea zurückweichen. Dadurch werden Einrichtungen zum Führen der Strömungshindernisse und zum Steuern ihrer Schwenkbewegung entbehrlich; vor allem erfolgt das Ein- und Ausschwenken selbsttätig und somit ohne zeitliche Verzögerung.

Weiterhin lehrt die Hauptanmeldung, die Strömungehinderniese als Zungen aus elastischem Material auszubilden, die im Bereich des äußeren Umfanges des Arbeitsraumes im Bremsgehäuse eingespannt sind. In solchen z.B. aus dünnem Federblech herzustellenden Zungen oder Blattfedern wird, wenn sie unter dem Druck

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der strömenden Arbeitsflüssigkeit zurückweichen und dabei gebogen werden, eine Rückstellkraft erzeugt, die nach dem Entleeren des Arbeitsraumes entgegen der Luftströmung das Hereinsohwenken der Zungen in den Arbeitsraum bewirkt. Diese 2ungen oder Blattfedern haben den Nachteil, daß sie - auch bei Verwendung von hochwertigen Werkstoffen - nach einer gewissen Zeit ermüden und im Bereich der Einspannstelle abbrechen. Es ist daher Aufgabe der Zusatzerfindung, die in der Hauptanmeldung angegebenen Strömungshindernisse derart weiterzubilden, daß ihre Lebensdauer im Vergleich zu den genannten Blattfedern möglichst weltgehend erhöht wird.

fc Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das einzelne Strömungshindernis als eine steife, drehbar gelagerte Klappe ausgebildet ist, und daß zum Aufbringen der genannten Federkraft eine ein gesondertes Element bildende Feder vorgesehen ist.

Bei dieser Bauweise sind also das einzelne Strömungshindernis selbst und die zur Erzeugung der Rückstellkraft dienende Feder als getrennte Elemente ausgebildet. Dies hat gegenüber dem als Blattfeder ausgebildeten Strömungshindernis wesentliche Vorteile: Einerseits kann das Strömungshindernis selbst, nämlich die genannte Klappe mit beliebiger Wanddicke hergestellt werden; es kann somit außerordentlich steif und robust ausgeführt werden und ist dadurch sehr gut geeignet, der rauhen Betriebsweise * einer sehr häufig ein- und auszuschaltenden Strömungsbremse stand zuhalten. Andererseits kann die Feder wesentlich genauer als bisher dimensioniert werdenj d.h. die Vorspannkraft der Feder kann unabhängig von der Form und Größe des Strömungshindernisses bestimmt werden.

Besonders zweckmäßig ist es, die genannte, ein gesondertes Element bildende Feder als Schraubenfeder auszubilden. Eine Schraubenfeder kann nämlich im Hinblick auf ihre Federkraft -

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wie an sich bekannt - besonders exakt dimensioniert werden. Dies ist für die Erfindung von großer Bedeutung; denn es kommt darauf an, daß jede Klappe einerseits sofort nach dem Ausschalten der Bremse, d.h. nach Abzug der Arbeitsflüssigkeit, in den Arbeitsraum einschwenkt und andererseits beim Wiedereinschalten schon bei sehr kleiner Teilfüllung des Arbeitsraumes mit Flüssigkeit - oder schon bei verhältnismäßig kleiner Geschv.'indigkeit der Flüssigkeitsströmung - wieder zurückweicht.

Grundsätzlich können alle Arten von Schraubenfedern verwendet werden, z.B. Zugfedern oder sogenannte als Torsionsfedern wirkende Schenkelfedern. Besonders bewährt haben sich jedoch Druckfedern, wobei zum Übertragen der Federkraft auf die Klappe ein Zwischenstück vorgesehen ist, dessen der Klappe zugewandte Fläche als Kugelfläche ausgebildet ist. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, das Zwischenstück insgesamt als Kugel auszubilden, weil hierdurch die Verwendung eines handelsüblichen Bauteiles möglich ist.

Bei Verwendung der genannten als Druckfedern ausgebildeten Schraubenfedern kann es unter Umständen nachteilig sein, daß diese in Richtung der Rotorachse verhältnismäßig viel Platz beanspruchen; denn die Längsachse der einzelnen Schraubenfeder wird sich in der Regel wenigstens angenähert senkrecht zur Winkelhalbierenden desjenigen Winkels erstrecken, der von den beiden äußersten Stellungen der einzelnen Klappe eingeschlossen 1st, d.h. also überwiegend in Richtung der Rotorach3e. Um diesen llachteil zu vermelden, kann es zweckmäßig sein, die gemäß der Erfindung vorgesehene, ein gesondertes Element bildende Feder als Flachfeder auszubilden. Eine solche Flachfeder wird man vorzugsweise derart anordnen, daß sie eich vom Außenumfang des Bremsgehäuses radial nach innen erstreckt, wobei sie mit ihrem äußeren Ende im Bremsgehäuse eingespannt ist und mit ihrem inneren Ende an der Klappe angreift. Durch die Anwendung einer

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solchen Flachfeder kann das bei Schraubendruckfedern meist erforderliche Zwischenstück entfallen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird eine besonders einfache Ausbildung der Lagerung der Klappen im Bremsgehäuse vorgeschlagen. Danach ist Jede Klappe mit einer zur Klappen-Drehachse wenigstens angenähert konzentrischen, vorzugsweise der Klappe direkt angeformten Ausrundung versehen, während das Bremsgehäuse eine entsprechende zur Aufnahme der Ausrundung dienende, zur Rotor-Drehachse konzentrisch angeordnete Ringnut aufweist. Durch eine solche Konstruktion wird die Anwendung kostspieliger Scharniere oder Gelenke vermieden, Die besonderen Vorteile bestehen darin, daß die einzelne Klappe einstückig ausgebildet werden kann und nur in die genannte Ringnut eingesetzt zu werden braucht, und daß diese Ringnut bei dem ohnehin erforderlichen mechanischen Bearbeiten des Bremsgehäuses in besonders einfacher Weise durch Drehen eingearbeitet werden kann. Der hierfür erforderliche Aufwand ist also nahezu gleich Null.

Die Erfindung wird noch dadurch weitergebildet, daß das Bremsgehäuse - wie an sich bekannt - in ein erstes, das Statorschaufelrad enthaltendes Gehäuseteil und in ein zweites, das Rotorschaufelrad zumindest auf dessen Rückseite umschließendes Gehäuseteil unterteilt ist, und daß zwischen den beiden Gehäuseteilen ein Zwischenflansch vorgesehen ist, der mit dem ersten Gehäuseteil eine im wesentlichen radiale, auf der axialen Höhe des Schaufelradspaltes angeordnete Trennfuge bildet, und daß ferner die genannte Ringnut im Bereich dieser Trennfuge angeordnet ist. Mit anderen Worten: Die Ringnut wird von der Trennfuge aus entweder in den Zwischenflansch oder in das genannte erste Gehäuseteil eingearbeitet. Durch eine derartige Ausbildung der Strömungsbremse erzielt man eine besonders leichte Montierbarkeit der Einzelteile, insbeson-

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dere im Hinblick auf die Klappen und Federn.Mit Hilfe des Zwischenflansches können nämlich die Klappen und Federn und gegebenenfalls die Zwischenstücke vor dem Zusammenbau der gesamten Bremse zunächst mit dem genannten ersten Gehäuseteil verbunden werden; d.h. es ist eine in sich geschlossene Baueinheit gebildet, bestehend aus dem ersten Gehäuseteil, welches das Statorschaufelrad enthält, ferner aus den Klappen mit Zubehör und dem Zwischenflansch; diese Baueinheit kann anschließend sehr leicht mit den übrigen Teilen der Bremse zusammengebaut werden. Dies ist von besonderer Bedeutung wegen der meist großen Anzahl der Klappen. Es werden nämlich je nach Größe der Bremse etwa 16 bis 32 Stück benötigt, denn Jeder einzelnen zwischen zwei Schaufeln des StatorSchaufelrades befindlichen Tasche muß eine Klappe zugeordnet werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend an Hand der beiliegenden Zeichnung beschrieben. Darin zeigen

Fig. 1 und 2 je eine Strömungsbremse im Schnitt entlang der Rotordrehachse, wobei sich die beiden Bremsen im wesentlichen nur durch Verwendung von verschiedenen zur Bewegung der Strömungshindernisse dienenden Federn unterscheiden;

Fig. 3 eine Teilansicht auf das das Statorschaufelrad enthaltende Gehäuseteil mit den als Klappen ausgebildeten Strömungshindernissen in Richtung des Pfeiles III der Fig. 1;

Fig. 4 eine Teilansicht auf den zur Befestigung der Klappen dienenden Zwischenflansch und die Klappen in Richtung des Pfeiles IV der Fig.

In allen Figuren sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.

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Jede der in der Zeichnung dargestellten hydrodynamischen Bremsen weist ein Rotorschaufelrad 10, das mit einer (nicht dargestellten) abzubremsenden Welle verbunden ist_f und ein in einem Bremsgehäuse 11,Hai 12 angeordnetes Statorschaufelrad 20 auf. Rotor- und Statorschaufelrad bilden miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum, wobei zwischen den Schaufelrädern ein Spalt I3 verbleibt. Die Bremse wird über den Zulaufkanal 5 mit Arbeitsflüssigkeit versorgt und über die ringförmige Kammer 6 und den Ablaufkanal 7 entleert. Die Schaufeln 17*19 der Schaufelräder 10,20 sind, wie Pig. 3 zeigt, in bekannter V/eise gegen die Achsrichtung schräggestellt; dadurch erzielt man gegenüber Bremsen mit achsparallel angeordneten Schaufeln eine beträchtliche Steigerung der Leistungsaufnahme.

Das Bremsgehäuse besteht aus einem ersten, das Statorschaufelrad enthältendenGehäuseteil 11, Ha und aus einem zweiten Gehäuseteil 12, welches die genannten Zu- und Ablaufkanale 5,7 und die Ringkammer 6 umfaßt. Zwischen den beiden Gehäuseteilen 11,11a; 12 ist ein Zwischenflansch 14,14a vorgesehen, der für sich allein an das erste Gehäuseteil 11 bzw. Ha angeschraubt werden kann. Die im wesentlichen radiale Trennfuge 15 zwischen dem ersten Gehäuseteil H, Ha und dem Zwischenflansch 14,1²Va ist auf der axialen Höhe des Schaufelradspaltes 13 angeordnet; mit anderen Worten: die Trenn — fuge 15 liegt in der radialen Verlängerung des Schaufelradspaltes 13· Im Bereich der Trennfuge I5 sind in dem ersten Gehäuseteil 11,Ha und im Zwischenflansch 14, 14a Aussparungen 32,32a; 33.»33aj 34, 36 zur Aufnahme von beweglichen Klappen 22, 22a und von Federn 24, 26 zum Betätigen der Klappen vorgesehen. Diese Klappen 22,22a dienen in der oben beschriebenen Weise im ausgeschalteten Zustand der Bremse, d.h. wenn die Bremse anstatt mit Flüssigkeit; mit Luft gefüllt ist und das Rotorschaufelrad 10 weiter umläuft, zum Drosseln der Luftströmung im Arbeitsraum. Genauer gesagt, die Klappen 22,22a verhindern, daß die vom Rotorschaufelrad 10 erzeugte Luftströmung in das Statorsohaufelrad 20 eintritt, Dadurch wird die unerwünschte Leistungsaufnahme der Bremse im ausgeschalteten Zustand auf ein erträgliches Maß reduziert.

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Die Klappen 22,22a sind zwischen dem ersten Gehäuseteil 11,11a und dem Zwischenflansch 14,14a drehbar gelagert und ragen von dort in den Arbeitsraum hinein, und zwar im ausgeschalteten Zustand der Bremse unter der Kraft der Federn 24,26 parallel zum Schaufelradspalt 13 nach innen (in Fig. 1 und 2 mit vollen Linien dargestellt), während sie sich im eingeschalteten Zustand unter dem Druck der Flüssigkeitsströmung an die Innenwand des cehäuseteils ll_flla anlegen und dadurch fast vollständig aus dem Arbeitsraum ausweichen (in Fig. 1 und 2 mit gestrichelten Linien dargestellt).

Die Klappen 22,22a weisen eine im wesentlichen rechteckige Grundform auf} nur eine der radial inneren Ecken ist abgeschrägt, und zwar mit Rücksicht auf die oben erwähnte Schrägstellung der Schaufeln 19 des Statorschaufelrades 20. Am radial äußeren Ende weist jede Klappe 22,22a zur Verbindung mit dem Gehäuse eine wulstartige Ausrundung 23,23a auf, die in eine der genannten Aussparungen 33,33a hineinragt. Diese für die Lagerung der Klappen bestimmten Aussparungen 33*33a sind als eine einzige zur Rotorachse 9 konzentrische Ringnut ausgebildet. Eine solche Ringnut ist mit etwa halbkreisförmigem Querschnitt (Fig. 1) oder mit etwa rechteckigem Querschnitt (Fip. 2) in den Zwischenflansch 14 bzw. 14a eingearbeitet. Die Ringnut kann aber auch in dem ersten Gehäuseteil 11 bzw. 11a angeordnet sein. Zur Führung der Klappen 22,22a in Umfangsrichtung ist im Bereich jeder Schaufeltasche in das erste Gehäuseteil 11,11a eine Aussparung 32 bzw. 32a eingearbeitet, deren Grundfläche etwa tangential zur Innenfläche des Arbeitsraumes verläuft und im eingeschalteten Zustand der Bremse als Anlagefläche für die Klappe 22,22a dient.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist die wulstartige Ausrundung 23 der Klappe 22 beim mechanischen Bearbeiten der Klappe angeformt worden. Es hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, die Klappen für eine Bremse aus einem Ring zu bilden, dessen Querschnitt dem in Fig. 1 gezeigten Querschnitt der Klappe 22 entspricht, wobei der Ring nach dem Fertigbearbeiten nur noch in die einzelnen Klappen unterteilt zu werden braucht. Auf diese Weise kann die Form

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der Ausrundung sehr leicht der Ringnut y$ angepaßt werden, wie insbes. aus den Figuren 3 und 4 ersichtlich. Bei diesem Herstellungsverfahren sind zwar die aufeinander gleitenden Flächen der Ausrundung 23 und der Ringnut 33 nicht - wie man dies üblicherweise für notwendig halten würde - genau konzentrisch zur Klappendrehachse 21. Es hat sich aber gezeigt, daß sich die Klappen bei dem nur verhältnismäßig kleinen Schwenkwinkel (maximal 45°) und bei ausreichendem Spiel zwischen den Gleitfläehen - trotz der theoretisch nicht ganz korrekten Formgebung leicht verdrehen lassen.

Es sind auch andere kostensparende Herstellungsverfahren für die Klappen 22 denkbar; z.B. können die Klappen aus einem geraden Profilstab gewonnen werden, der durch mechanisches Bearbeiten oder durch Strangpressen hergestellt wird. Als Werkstoff für die Klappen 22 P kommt außer den üblichen Metallen wegen der geringeren Masse auch Kunststoff in Frage.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die einzelne Klappe 22a aus Blech hergestellt, wobei die zur Lagerung dienende Ausrundung 23a durch Umbördeln des radial äußeren Endes gewonnen wurde.

Die Federn sind beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 als Schraubendruckfedern 24 ausgebildet; sie ruhen in einer in dem ersten Gehäuseteil 11 eingearbeiteten Bohrung 34. Zur Kraftübertragung von der Feder 24 auf die Klappe 22. dient eine Kugel 35. Beim Ausführungsbeispiel nach Flg. 2 sind die Federn als Flachfedern 26 ausgebildet, die direkt an den Klappen 22a angreifen und zwischen dem ersten Gehäuseteil 11a und dem Zwischenflansch 14a eingespannt oder an einem dieser Teile befestigt sind. Damit das radial innere Ende der einzelnen Flachfeder 26 im eingeschalteten Zustand der Bremse das Zurückweichen der Klappe 22a nicht behindert, ist in das Gehäuseteil 11a von der Grundfläche der Aussparung 32a aus eine Vertiefung 36 eingearbeitet.

Heidenheim/Breriz, den 12. Juli I97I

Sh/HKn 209884/0605

Claims (7)

ap/A 5078 ~9 - Voith Getriebe KQ Kennwort: "Steife Ventilationsblende" Heidenheim/Brenz Patentanmeldung P 21 35 268.1 Patentansprüche

1. Hydrodynamische Bremse mit einem in einem Bremsgehäuse angeordneten RotorSchaufelrad und mit einem mit dem Bremsgehäuse verbundenen Statorschaufelrad, wobei die Schaufelräder miteinander einen torusförmigen, nur im eingeschalteten Zustand, d.h. während des BremsVorganges, mit Arbeitsflüssigkeit und im ausgeschalteten Zustand mit Luft gefüllten Arbeitsraum bilden und sich zwischen den Schaufelrädern ein Spalt befindet, ferner mit zum Drosseln der im ausgeschalteten Zustand im Arbeitsraum auftretenden Luftströmung dienenden Strömungshindernissen, die im Bereich des äußeren Umfanges des Arbeitsraumes mit dem Bremsgehäuse verbunden sind und im ausgeschalteten Zustand sich entlang dem Spalt in den Arbeitsraum erstrecken, wobei die Strömungshindernisse derart ausgebildet sind, daß sie im ausgeschalteten Zustand der Bremse entgegen der Luftströmung durch Federkraft in den Arbeitsraum einschwenken und im eingeschalteten Zustand unter dem Druck der Flüssigkeitsströmung entgegen der Federkraft zurückweichen, dadurch gekennzeichnet, daß das einzelne Strömungshindernis eine steife, drehbar gelagerte Klappe (22, 22a) aufweist und daß zum Aufbringen der genannten Federkraft eine ein gesondertes Element bildende Feder (24, 26) vorgesehen ist.

2. Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder als Schraubenfeder (24) ausgebildet ist.

3. Bremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (24) als Druckfeder ausgebildet ist und daß zum Übertragen der Federkraft auf die Klappe (22) ein Zwischenstück (55) vorgesehen ist, dessen der Klappe (22) zugewandte Fläche eine Kugelfläche aufweist.

Heiidenheim, don l6.11.1072

Lo/arö 209384/0605

4. Bremse nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß

das Zwischenstück (35) insgesamt als Kugel ausgebildet ist.

5. Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet^ daß die Feder als Flachfeder (26) ausgebildet ist.

6. Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 5j dadurch gekennzeichnet, daß zur Lagerung der Klappen (22,22a) im Bremsgehäuse jede Klappe mit einer zur Klappen-Drehachse (21) wenigstens angenähert konzentrischen Ausrundung (23,23a) und das Bremsgehäuse mit einer entsprechenden zur Rotor-Drehachse (9) konzentrischen Ringnut (33*33a) zur Aufnahme der Ausrundungen versehen ist.

7. Bremse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsgehäuse - wie an sich bekannt - in ein erstes, das Statorechaufelrad (20) enthaltendes Gehäuseteil (11,11a) und in ein zweites, das Rotorschaufelrad (10) zumindest auf dessen Rückseite umschließendes Gehäuseteil (12) unterteilt ist, und daß zwischen den beiden Gehäuseteilen ein Zwischenflansch (I4,l4a) vorgesehen ist, der mit dem ersten Gehäuseteil (11,11a) eine im wesentlichen radiale, auf der axialen Höhe dee Schaufelradspaltes (I3) angeordnete Trennfuge (15) bildet, und daß ferner die genannte Ringnut (j5J5*J5j5^a) im Bereich dieser Trennfuge (I5) angeordnet 1st.

Heidenheira/Brenz, den 12. Juli I97I Sh/HKn

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