DE2135268A1 - Hydrodynamische bremse - Google Patents
Hydrodynamische bremseInfo
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Description
ap/A 3078 Voith Getriebe KO
Kennwort: "Steife Ventilationsblende" Heidenheim (Brenz)
Hydrodynamische Bremse f Fa-
'■■■■-■.,
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 -
-A
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■·> 1135268
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 istf 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 llflla 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)
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*J5j5a) im Bereich dieser Trennfuge (I5) angeordnet 1st.
Heidenheira/Brenz, den 12. Juli I97I
Sh/HKn
209034/0605
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ID=5813693
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