DE2135268B2 - Hydrodynamische Bremse - Google Patents

Description

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Die Erfindung geht aus von der hydrodynamischen Bremse nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Das Hauptpatent lehrt, die in dieser Bremse zum Drosseln der Luftströmung (die im ausgeschalteten Zustand im Arbeitsraum auftritt) dienenden Strömungshindernisse derart auszubilden, daß sie beim Einschalten der Bremse unter dem Staudruck der sich einstellenden Flüssigkeitsströmung entgegen einer Rückstellkraft (ζ. B. Federkraft) an die Innenwand des Arbeitsraumes zurückweichen und beim Ausschalten der Bremse entgegen der Luftströmung durch die Rückstellkraft wieder in den Arbeitsraum einschwenken. Dadurch werden Einrichtungen zum Führen der Strömungshindernisse und zum Steuern ihrer Schwenkbewegung entbehrlich; vor allem erfolgt das Ein- und Ausschwenken der Strömungshindernisse selbsttätig und somit ohne zeitliche Verzögerung.

Weiterhin lehrt das Hauptpatent, die Strömungshindernisse 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 der strömenden Arbeitsflüssigkeit zurückweichen und dabei gebogen werden, die genannte Rückstellkraft erzeugt, die nach dem Entleeren des Arbeitsraumes entgegen der Luftströmung das Hereinschwenken der Zungen in den Arbeitsraum bewirkt. Diese Zungen oder Blattfedern haben den Nachteil, daß sie — auch bei Verwendung von hochwertigen Werkstoffen — nach einer gewissen Zeit ermüden und im Bereich der Einspannstelle abbrechen. Außerdem ist es sehr schwierig, bei der Herstellung solcher Blattfedern eine bestimmte erforderliche Federsteifigkeit genau einzuhalten. Wenn aber die Federsteifigkeit z. B. zu hoch ist, dann besteht die Gefahr, daß die Blattfedern schon bei einem Bremsvorgang mit einem kleinen eingestellten Bremsmoment (kleiner Füllungsgrad im Arbeitsraum) in den Arbeitsraum einschwenken. Die Bremse würde dann nicht mehr ordnungsgemäß arbeiten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die im Hauptpatent angegebene hydrodynamische Bremse derart weiterzubilden, daß die Lebensdauer der Strömungshindernisse im Vergleich zu den genannten Blattfedern möglichst weitgehend erhöht wird und daß die das Einschwenken der Strömungshindernisse in den Arbeitsraum bewirkende Federkraft genauer als bisher bemessen werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Danach sind 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 in sich steife Klappe, mit beliebiger Wanddicke hergestellt werden; sie kann somit außerordentlich robust ausgeführt werden und ist dadurch sehr gut geeignet, der rauhen Betriebsweise einer sehr häufig ein- und auszuschaltenden Strömungsbremse standzuhalten. Andererseits kann die Feder als Schraubenfeder wesentlich genauer als bisher dimensioniert werden; d. h., die Federkraft kann unabhängig von der Form und Größe des Strömungshindernisses bestimmt 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 ader verhältnismäßig kleiner Geschwindigkeit der Flüssigkeitsströmung wieder zurückweicht

Zwar ist aus der USA-PS 23 47 121 eine Iiydrodynamische Kupplung bekannt, die als Strömungshindernisse steife, drehbare Klappen mit separaten Federn aufweist. Dort liegen die Lagerstellen für die Klappen innerhalb der Schaufelräder; außerdem müssen dort sämtliche Schaufeln, die in achsparallelen Ebenen liegen, mit Aussparungen zur Führung der Klappen und zur Aufnahme der sich kreisförmig durch das ganze Schaufelrad erstreckenden Feder versehen sein. Die Klappen dienen dort zu dem Zweck, das Kriechen des Sekundärrades bei kleinen Antriebsdrehzahlen zu verhindern. Im übrigen werden dort die Klappen in Abhängigkeit von der Drehzahl der Schaufelräder ein- oder ausgerückt

Eine derartige Bauweise kann in einer hydrodynamischen Kupplung durchaus ihren Zweck erfüllen, zumal eine solche Kupplung eine — im Vergleich zu einer hydrodynamischen Bremse — viel geringere spezifische Leistungsaufnahme aufweist und in ihrem Arbeitsraum weitaus geringere Strömungsgeschwindigkeiten auftreten. In einer hydrodynamischen Bremse kann aber die beschriebene Bauweise der Klappen nicht ohne wesentliche Änderungen angewendet werden. Sonst würden nämlich die in den Schaufeln vorgesehenen Aussparungen und auch die Klappen selbst beim Betrieb mit Flüssigkeitsfüllung die Strömung erheblich stören. Es müßte daher mit einem beträchtlichen Absinken der spezifischen Leistungsaufnahme, die bei hydrodynamischen Bremsen sehr hoch sein muß, gerechnet werden. Im übrigen wäre wohl eine Führung der Klappen durch Aussparungen, die in schräggestellten Schaufeln angeordnet sind, gar nicht oder zumindest nur mit großen Schwierigkeiten verwirklichbar.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Strömungsbremse sind die an sich bekannten Klappen und deren Federn gegenüber der US-PS grundsätzlich abweichend ausgebildet und angeordnet. Insbesondere sind die Drehachse, d. h. die Lagerung für die einzelne Klappe und die zu jeder Klappe gehörende Schraubenfeder außerhalb des Arbeitsraumes im Bremsgehäuse angeordnet. Dadurch kann sichergestellt werden, daß die Klappen in der ausgerückten Stellung höchstens nur ganz wenig mit ihrem äußersten Ende in den Arbeitsraum hineinragen. Es mußte nun allerdings befürchtet werden, daß auch die für die Unterbringung der Klappen im Statorschaufelrad erforderlichen so Ausnehmungen eine Reduzierung der spezifischen Leistungsaufnahme verursachen würden. Bei Versuchen hat sich aber überraschenderweise gezeigt, daß dies nicht der Fall ist.

Für die im Anspruch 1 genannte Feder können grundsätzlich 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.

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 irr. 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, insbesondere 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 in der Regel muß jeder einzelnen zwischen zwei Schaufeln des Statorschaufelrades befindlichen Tasche eine Klappe zugeordnet werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 eine hydrodynamische Bremse im Schnitt entlang der Rotordrehachse;

F i g. 2 eine Teilansicht auf das das Statorschaufelrad enthaltende Gehäuseteil mit den als Klappen ausgebildeten Strömungshindernissen in Richtung des Pfeiles Il der F i g. 1;

F i g. 3 eine Teilansicht auf den zur Befestigung der Klappen dienenden Zwischenflansch und die Klappen in Richtung des Pfeiles IH der F i g. 1.

In allen Figuren sind gleiche Teile mit denselben Bezu^szeichen versehen.

Die in der Zeichnung dargestellte hydrodynamische Bremse weist ein Rotorschaufelrad 10, das mit einer (nicht dargestellten) abzubremsenden Welle verbindbar ist, und ein in einem Bremsgehäuse 11,12 angeordnetes Statorschaufelrad 20 auf. Rotor- und Statorschaufelrad

bilden miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum, wobei zwischen den Schaufelrädern ein Spalt 13 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 F i g. 2 zeigt, in bekannter Weise 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 20 enthaltenden Gehäuseteil 11 und aus einem zweiten Gehäuseteil 12, welches die genannten Zu- und Ablaufkanäle 5, 7 und die Ringkammer 6 umfaßt. Zwischen den beiden Gehäuseteilen 11,12 ist ein Zwischenflansch 14 vorgesehen, der für sich allein an das erste Gehäuseteil 11 angeschraubt werden kann. Die im wesentlichen radiale Trennfuge 15 zwischen dem ersten Gehäuseteil 11 und dem Zwischenflansch 14 ist auf der axialen Höhe des Schaufelradspaltes 13 angeordnet; mit anderen Worten: Die Trennfuge 15 liegt in der radialen Verlängerung des Schaufelradspaltes 13. Im Bereich der Trennfuge 15 sind in dem ersten Gehäuseteil 11 und im Zwischenflansch 14 Aussparungen 32,33,34 zur Aufnahme von beweglichen Klappen 22 und von Schraubendruckfedern 24 zum Betätigen der Klappen vorgesehen. Diese Klappen 22 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 behindern das Eintreten der Luftströmung in das Statorschaufelrad 20. Dadurch wird die unerwünschte Leistungsaufnahme der Bremse im ausgeschalteten Zustand auf ein erträgliches Maß reduziert.

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

Die Klappen 22 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 zur Verbindung mit dem Gehäuse eine wulstartige Ausrundung 23 auf, die in eine der genannten Aussparungen 33 hineinragt. Diese für die Lagerung der Klappen bestimmten Aussparungen 33 sind als eine einzige zur Rotorachse 9 konzentrische

ίο Ringnut ausgebildet. Eine solche Ringnut ist mit etwa halbkreisförmigem (oder auch mit etwa rechteckigem) Querschnitt in den Zwischenflansch 14 eingearbeitet. Die Ringnut kann aber auch in dem ersten Gehäuseteil 11 angeordnet sein. Zur Führung der Klappen 22 in Umfangsrichtung ist im Bereich jeder Schaufeltasche in das erste Gehäuseteil 11 eine Aussparung 32 eingearbeitet, deren Grundfläche etwa tangential zur Innenfläche des Arbeitsraumes verläuft und im eingeschalteten Zustand der Bremse als Anlagefläche für die Klappe 22 dient.

Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 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 F i g. 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 der Ausrundung sehr leicht der Ringnut 33 angepaßt werden, wie insbesondere aus den F i g. 2 und 3 ersichtlich ist. 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 Gleitflächen —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 kommt außer den üblichen Metallen wegen der geringeren Masse auch Kunststoff in Frage. Im übrigen können die Klappen auch aus Blech hergestelll werden, wobei die zur Lagerung dienende Ausrundunj durch Umbördeln des radial äußeren Endes gewonner wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Hydrodynamische Bremse mit einem Rotor- und einem Statorschaufelrad, deren Schaufeln gegen die Achsrichtung schräggestellt sind und die a miteinander einen torusförmigen, im eingeschalteten Zustand der Bremse wenigstens teilweise mit Arbeitsflüssigkeit und im ausgeschalteten Zustand mit Luft gefüllten Arbeitsraum bilden, ferner mit im Bereich des Außenumfangs des Statorschaufelrades angeordneten, beim Einschalten der Bremse aus dem Arbeitsraum ausrückbaren und beim Ausschalten der Bremse in den Arbeitsraum einrückbaren Strömungshindernissen (22), wobei als Strömungshindernisse bewegliche Elemente vorgesehen sind, die entgegen einer Rückstellkraft (ζ. Β. Federkraft) durch den Staudruck der Arbeitsflüssigkeitsströmung ausrückbar und entgegen dem Staudruck der Luftströmung im Arbeitsraum durch die Rückstellkraft wieder einrückbar sind, nach Patent 16 75 263, dadurch gekennzeichnet, daß das einzelne Strömungshindernis als eine an sich bekannte steife, drehbar gelagerte Klappe (22) ausgebildet ist, deren Drehachse radial außerhalb des Arbeitsraumes im Bremsgehäuse (11) liegt, wobei zur Aufnahme jeder Klappe (22) im Statorschaufelrad (20) zwischen zwei Schaufeln (19) eine sich in das Bremsgehäuse (11) erstreckende Ausnehmung (32, 33) vorgesehen ist, und daß zum Aufbringen der Rückstellkraft eine ein gesondertes Element bildende und ebenfalls im Bremsgehäuse (11) liegende Schraubenfeder (24) vorgesehen ist.

2. Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (24) als Druckfeder ausgebildet ist und daß zum Übertragen der Federkraft auf die Klappe (22) ein Zwischenstück (35) vorgesehen ist, dessen der Klappe (22) zugewandte Fläche als Kugelfläche ausgebildet ist.

3. Bremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (35) insgesamt als Kugel ausgebildet ist.

4. Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lagerung der Klappen (22) im Bremsgehäuse jede Klappe mit einer zur Klappen-Drehachse (21) wenigstens angenähert konzentrischen Ausrundung (23) und das Bremsgehäuse mit einer entsprechenden zur Rotor-Drehachse (9) konzentrischen Ringnut (33) zur Aufnahme der Ausrundungen versehen ist.

5. Bremse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsgehäuse — wie an sich bekannt — in ein erstes, das Statorschaufelrad (20) enthaltendes Gehäuseteil (11) und in ein zweites, das Rotorschaufelrad (10) zumindest auf dessen Rückseite umschließendes Gehäuseteil (12) unterteilt ist und daß zwischen den beiden Gehäuseteilen ein Zwischenflansch (14) vorgesehen ist, der mit dem ersten Gehäuseteil (11) eine im wesentlichen radiale, auf der axialen Höhe des Schaufelradspaltes (13) angeordnete Trennfuge (15) bildet, und daß ferner die genannte Ringnut (33) im Bereich dieser Trennfuge (15) angeordnet ist.