DE2238726A1

DE2238726A1 - Hydrodynamische bremse

Info

Publication number: DE2238726A1
Application number: DE19722238726
Authority: DE
Inventors: Klaus Vogelsang
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 1972-08-05
Filing date: 1972-08-05
Publication date: 1974-02-21
Also published as: FR2195300A5; GB1380847A; DE2238726B2; IT990150B

Description

3174 .' Voith Turbo KG

Kennwort; "Doppe!sumpfbremse" Crailsheim

Hydrodynamische Bremse

Sine hydrodynamische Bremse der im Oberbegriff des Hauptanspruches angegebenen Gattung stellt eine verschleißlose und vorzugsweise für Fahrzeuge bestimmte Bremse dar. Eine bekannte derartige Bremse ■ (VDI-Zeitschrift Heft 5/1969, Seiten 333 bis 338, Bild 2) besitzt verhältnismäßig viele, durch Steuerluftdruck oder Druckflüssigkeit zu betätigende Steuerungseinrichtungen, nämlich ein Schaltventil zum Unterbrechen des Kühlkreislaufes, ein an den Arbeitsraum angeschlossenes, regelbares Überströmventil zur Regelung des Püllungsgrades und damit des gewünschten Bremsmomentes und eine aus dem zweiten Behälter (Sammelbehälter) ansaugende Füllpumpe zum Ergänzen der Arbeitsflüssigkeitsmenge, insbesondere bei Regelvorgängen während des Bremsbetriebes. Außerdem ist der genannte erste Behälter als sogenannter Ladezylinder ausgebildet, in dessen Innerem sich ein Membrankolben befindet. Dieser wird von der einen Seite her durch Federkraft in eine Endlage verschoben und saugt hierbei aus dem Sammelbehälter und aus der Kühlkreislaufleitung Bremsflüssigkeit an. In die Verbindungsleitung zwischen Sammelbehälter und Ladezylinder ist ein federbelastetes Rückschlagventil eingebaut, welches sich nur während des Ansaugens von Flüssigkeit aus dem Sammelbehälter öffnet und ansonsten geschlossen ist. Bei Bremsbeginn wird durch Zuführen von Druckluft der Membrankolben entgegen der Federkraft in die andere Endlage verschoben und hierdurch - unter gleichzeitigem öffnen des Schaltventils - ein rasches Füllen des Bremsenarbeitsraumes bewirkt.

Bei einer ebenfalls bekannten Bremse (DT-OS 1 680 803, Fig.l) wird

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der Ladezylinder nicht nur bei Bremsbeginn zum Füllen der Bremse, sondern auch während des Bremsbetriebes zum Verstellen des Füllungsgrades der Bremse verwendet, und zwar durch Verändern des im Ladezylinder herrschenden Luftdruckes. Da diese bekannte Bremse keinen Sammelbehälter besitzt, wird hier das Füllen und Entleeren des Bremsen-Arbeitsraumes ausschließlich durch Flüssigkeitsaustausch zwischen dem Ladezylinder und dem Arbeitsraum vorgenommen. Dies erfolgt somit zwar ohne Füllpumpe, jedoch müssen hierfür entscheidende Nachteile in Kauf genommen werden: Durch das Fehlen eines Sammelbehälters, in dem die an der Durchführung der Rotorwelle durch das Bremsengehäuse austretende Leckflüssigkeit gesammelt werden könnte, geht diese Leckflüssigkeit verloren und muß in verhältnismäßig kurzen Zeitabständen durch Nachfüllen frischer Arbeitsflüssigkeit ersetzt werden, d.h. die im allgemeinen geforderte Unerschöpflich- ' keit ist bei dieser bekannten Bremse nicht gewährleistet. Ein weiterer durch das Fehlen eines Sammelbehälters verursachter Nachteil besteht darin, daß der Bremsenarbeitsraum keine Be- und Entlüftungseinrichtung aufweisen kann, weil hier während des Bremsbetriebes ebenfalls Leckflüssigkeit anfallen würde. Eine solche bei anderen bekannten Bremsen als Drosselöffnung ausgebildete Be- und Entlüftungseinrichtung fördert beim Ein- und Ausschalten der Bremse das rasche Füllen bzw. Entleeren des Arbeitsraumes und ist somit eine der wesentlichen Voraussetzungen für ein verzögerungsfreies Ansprechen der Bremse.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten hydrodynamischen Bremsen dahingehend zu verbessern, daß die Verwendung einer Pumpe vermieden und die Zahl der durch Fremdkraft (z.B. Druckluft) zu betätigenden Steuereinrichtungen möglichst weit reduziert oder deren Ausführung wenigstens vereinfacht wird, und daß dennoch das Auffangen und Rückführen von Leckflüssigkeit möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die Anwendung der Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Hauptanspruches gelöst. Durch die dort beschriebene Steuerung des Sperrventils (Merkmal a) wird erreicht, daß in den Bremspausen eine kommunizierende Verbindung zwischen dem

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Sammel- und dem Ladebehälter aufrechterhalten wird, so daß in jeder Bremspause ein freier Flüssigkeitsaustausch zwischen diesen beiden Behältern stattfinden kann. Die sich im Sammelbehälter ansammelnde Leckflüssigkeit kann somit in viel einfacherer Weise als bei der eingangs genannten bekannten Bauweise in den Ladebehälter zurückgeführt usäd wieder als Arbeitsflüssigkeit nutzbar ge- ■ macht werden; man benötigt hierzu nämlich weder einen mit einem Kolben ausgerüsteten Ladezylinder noch eine Pumpen denn es ist bei der erfindungsgemäßen Bauweise nicht mehr erforderlich, die Leckflüssigkeit anzusaugen. Da gleichzeitig durch Anwendung des Merkmales b) dafür gesorgt ist, daß auch für die Füllungsregelung, keine Pumpe mehr benötigt wird, liegt der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung darin, daß die Pumpe ganz entfallen kann. Dadurch werden die Herstellungskosten der Bremse erheblich gesenkt; dies im übrigen auch deshalb, weil die Innenwand des Ladebehälters infolge des Wegfalles des Kolbens nicht mehr bearbeitet zu werden braucht. Ferner kann die Form des Lade.behälters - abweichend vom zylindrischen Querschnitt - weitgehend beliebig gestaltet und somit entsprechend den jeweiligen Raumverhältnissen der Form des Bremsengehäuses angepasst werden.

Durch das Merkmal des Anspruches 2 wird eine besonders einfache und zugleich betriebssichere Bauweise für das genannte Sperrventil gewonnen. Zum einen wird.die Verwendung eines durch Fremdkraft, z.B. Steuerluft, zu betätigenden Ventils vermieden; zum anderen werden die Nachteile der handelsüblichen Rückschlagventile beseitigt, bei denen eine Rückstellkraft stets in schließendem Sinne wirkt, und bei denen daher die'in den Bremspausen vom Sammel- zum Ladebehälter rückströmende Flüssigkeit die Rückstellkraft überwinden müsste. Stattdessen steht bei der erfindungsgemäßen Bauweise das Sperrventil während der Bremspausen stets offen und behindert somit den freien -Flüssigkeitsaustausch zwischen den beiden Behältern überhaupt ni cht.

Durch das Merkmal des Anspruches 3 wird das Rückführen der Leckflüssigkeit in den Ladebehälter noch erleichtert.

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Durch die Merkmale des Anspruches 4 wird erreicht, daß beim Ein- und Ausschalten der Bremse für das Be- bzw. Entlüften des Arbeitsraumes ein genügend großer Strömungsquerschnitt zur Verfügung steht und die Bremse sich somit rasch füllen bzw. entleeren kann, wobei durch das selbsttätige Be- und Entlüftungsventil während des Bremsbetriebes ein ständiges Abströmen größerer Flüssigkeitsmengen vermieden wird. Zum Entleeren des Arbeitsraumes genügt es hierbei, im Ladebehälter die Druckluft entweichen zu lassen, d.h. den Flüssigkeitsdruck im Bremseneinlaß abzusenken. Die Bremse entleert sich dann auch ohne Vorhandensein eines den Kühlkreislauf unterbrechenden Schaltventils unter Ansaugen von Luft selbsttätig, so daß das genannte Schaltventil nicht mehr erforderlich ist.

Außer einem einzigen Regelventil zum Einstellen des Luftdruckes entsprechend dem gewünschten Bremsmoment weist die erfindungsgemäße Bremse somit keine durch Fremdkraft (z.B. Druckluft) zu betätigende und Schaltelemente (z.B. Kolben) aufweisende Schalteinrichtungen auf. Somit ist eine äußerst einfache und in der Herstellung billige Bremse geschaffen worden, wobei auch deren Unerschöpflichkeit für alle in der Praxis vorkommenden Bremszeiten voll gewährleistet ist.

Für den theoretisch denkbaren Fall, daß die Bremszeiten die in der Praxis üblicherweise vorkommenden Werte noch übersteigen, kann es durch die Merkmale des Anspruches 5 ermöglicht werden, die in dem dort genannten Zwischenbehälter sich ansammelnde Leckflüssigkeit gegen den bei Bremsbetrieb im Ladebehälter herrschenden Druck aus dem Zwischenbehälter in den Ladebehälter zurückzufordern. Zweckmäßig wird man diesen Vorgang mit Hilfe von Niveaufühlern automatisch einleiten. Dadurch kann also das Rückfördern der Leckflüssigkeit völlig unabhängig von der Dauer der Bremsungen stattfinden.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand einer Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

Fig.l einen schematischen Längsschnitt durch eine hydrodynamische Bremse;

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9- Q Q

Fig.2 ein Teilstück der Pig.1 mit einer Zusatzeinrichtung zum Rückfördern von Leckflüssigkeit· auch während einer Bremsung.

In Fig.1 ist das Rotorschaufelrad mit 10, die■dazugehörige Rotorwelle mit 11, das Statorschaufelrad mit 12 und das Bremsengehäuse mit 13 bezeichnet. Während des Bremsbetriebes strömt die Arbeitsflüssigkeit infolge der Pumpwirkung des .Rotors ständig durch den Kühlkreislauf (Leitung 17, Kühler 18, Leitung 19). ,Die Rotorwelle 11 ruht in zwei Wälzlagern 14, "Me Abdichtung der Durchführungen der Rotorwelle 11 durch das Bremsengehäuse IJ erfolgt durch je zwei Diehtelemente 15 und 16. Die durch das jeweils innere Dichtelement 15 hindurchtretende Arbeitsflüssigkeit wird über die Leitungen 15a bzw. 15b in den Teil 19 der Kühlkreislaufleitung zurückgeführt. Die durch das jeweils äußere Dichtelement l6 noch hindurchtretende Arbeitsflüssigkeit wird als Leckflüssigkeit in dem als drucklosen Sammelbehälter 20 ausgebildeten Teil des Bremsengehäuses gesammelt '{Leitungen l6a und lob).

Im unteren Bereich des Bremsengehäuses 13 ist ein besonderer, als Ladebehälter 22 ausgebildeter Raum vorgesehen. Dieser ist über eine Leitung 24 oder über eine in der Zwischenwand 21 vorgesehene öffnung 24 kommunizierend mit dem Sammelbehälter 20 verbunden, derart, daß die im Sammelbehälter anfallende Leckflüssigkeit in freiem Lauf in den Ladebehälter übertreten kann. Eine Füll- und Entleerleitung 26 verbindet den Ladebehälter 22 mit dem Teil 19 der Kühlkreislaufleitung.

Um die Bremse einzuschalten, d.h. um den. Arbeitsraum der Bremse mit Flüssigkeit zu füllen, wird dein Ladebehälter 22 über die Leitung 23 Druckluft zugeführt, welche die Arbeitsflüssigkeit über die Leitungen'26 und 19 in den Arbeitsraum preßt (Pfeile 2j5a und 26a). Die Höhe des Druckes der Druckluft und damit der Füllungsgrad der''Bremse wird in einem Regelventil 50 eingestellt. Diesem wird, aus dem Vorratsbehälter 51 über die Leitung 52 Vorratsluft und über die Leitung 53 Steuerluft zugeführt, deren Druck dem gewünschten

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Bremsmoment entspricht (Steuerventil 54 mit Bremshebel 55). Eine Regelung des Bremsmomentes auf einen z.B. von der Rotordrehzahl unabhängigen konstanten Wert kann durch Vergleich des Steuerluftdruckes mit einem dem tatsächlichen Bremsmoment entsprechenden Flüssigkeitsdruck vorgenommen werden. Dieser Flüssigkeitsdruck wird über die Leitung 56 vom Arbeitsraum der Bremse dem Regelventil zugeführt.

Beim Entleeren der Bremse entweicht die Luft unter dem Druck der zurückströmenden Arbeitsflüssigkeit (Pfeil 26 b) aus dem Ladebehälter 22 über die Leitung 23 (Pfeil 23 b), das Regelventil 50. und die Leckieitung 57 in das Bremsengehäuse 13, so daß evtl. mitgerissene Arbeitsflüssigkeit zurückgewonnen wird.

Damit nicht während des Bremsbetriebes Arbeitsflüssigkeit aus dem Ladebehälter 22 in den Sammelbehälter 20 zurückströmt, ist in die Leitung 24 ein Sperrventil 25 eingebaut. Dieses ist, abweichend von bekannten Rückschlagventilen, derart ausgebildet, daß es durch eine Rückstellkraft (z.B. Feder 25 a) offengehalten und nur in Strömungsrichtung vom Lade- zum Sammelbehälter durch den vom strömenden Medium ausgeübten Staudruck geschlossen wird.

Ein ähnliches Sperrventil ("Lüftungsventil" 29) ist in eine an den Arbeitsraum der Bremse angeschlossene und in den Sammelbehälter mündende Be- und Entlüftungsleitung 28 eingebaut. Die Feder 29a dieses Lüftungsventils ist jedoch derart ausgelegt, daß sie das Ventil gegen den Staudruck von in Richtung zum Sammelbehälter 20 strömender Luft offenhält, so daß das Ventil nur durch den Staudruck von in Richtung zum Sammelbehälter strömender Flüssigkeit geschlossen wird.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen wird die im Ladebehälter 22 befindliche Arbeitsflüssigkeit direkt mit Druckluft beaufschlagt. Stattdessen kann jedoch das Luftpolster von der Flüssigkeit auch durch eine flexible Membran getrennt werden.

Die in Fi₆.2 dargestellte Bremse weist einen zusätzlichen Zwischenbehälter 32 auf, der über die Leitung 30 mit dem Sammelbehälter,

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verbunden ist. Das in diese Leitung 30 eingebaute Sperrventil 34 hat den gleichen Aufbau und die gleiche Wirkung wie das Sperrventil 25. In einer Verbindungsleitung 31 vom Zwischenbehälter 32 zum Ladebehälter 22 ist ein normales Rückschlagventil 33 eingebaut. Zum Nachführen von Leckflüssigkeit aus dem Zwischenbehälter 32 zum Ladebehälter 22 wird dem Zwischenbehälter 32 über die Leitung 49 und das Magnetventil 35 Druckluft zugeführt. Das selbsttätige Einleiten dieses Vorganges erfolgt mittels der Niveauwächter 36, 37 und 38 sowie der Relais 39, 40, 4l und 42; die letzteren könnten aber auch durch elektronische Bausteine ersetzt werden.

Der elektrische Teil dieser pneumatischen Flüssigkeitsnachführung ist so gehalten, daß durch Selbsthaltung der Relais eindeutige . Schaltfolgen durchfahren werden und somit durch Schlingerbewegungen des Plussigkeitsspiegels keine ständigen Schaltimpulse hervorgerufen werden können.

Während der Bremspausen sind der Ladebehälter 22 und der Zwischenbehälter 32 mit dem Sammelbehälter 20 durch die beiden geöffneten Ventile 25 und 34 kommunizierend verbunden. Bei Bremsbefehl ist der Ladebehälter - wie oben beschrieben - mit Druckluft beaufschlagt; dadurch sind das Rückschlagventil 33 und das Sperrventil 25 geschlossen. Ausschließlich bei Bremsbetrieb werden die vier Relais 39, 40, 4-1 und 42 mit elektrischer Energie versorgt. Bei Absenkung des Plussigkeitsspiegels im Ladebehälter 22 wird der Niveauwächter 38 masseleitend; er ist auch gleichzeitig das Schutzglied, das ein Überfüllen des Ladebehälters 22 verhindert. Das Relais 40 hat ebenfalls geschaltet, da Niveauwächter 36 durch genügend hohen Flüssigkeitsspiegel im Zwischenbehälter 32 masseleitend ist. Bis zu diesem Zeitpunkt wird das Relais 43 des druckluftschaltenden Magnetventils 33 elektrisch nicht angesprochen. Erst eine weitere Absenkung des Plussigkeitsspiegels im Ladebehälter 22 bewirkt die Masseleitfähigkeit des Niveauwächters 37, der jetzt das Relais 39 und damit die Relais 4l, 43 und 42 anspricht; das Magnetventil 35 öffnet sich und läßt Druckluft in den Zwischenbehälter 32 strömen. Durch das Relais 42 wird die elektrische Selbsthaltung von Relais 4l

■f/ Sperrventil 34 wird hierdurch geschlossen.

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und damit von Relais 43 erreicht. Dies bedeutet, daß Niveauwächter 37 durch schwankenden Flüssigkeitsspiegel keine fortwährenden Schaltungen verursacht. Erst der jetzt im Zwischenbehälter 32 absinkende Flüssigkeitsspiegel bewirkt bei Erreichung eines einstellbaren Tiefstwertes die Masseabschaltung des Niveauwächters und damit die Aufhebung der elektrischen Selbsthaltung, da Relais 40 spannungslos wird. Gleichzeitig unterbricht das Magnetventil 35 die Druckluftzufuhr zum Zwischenbehälter 32.

Crai-LSheim, 1. August
Sh/Rä

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Claims

ap/A 3174 3 Voith Turbo KG

Kennwort: "Doppelsumpfbremse" Crailsheim

Hydrodynamische Bremse Patentansprüche

(l.yHydrodynamische Bremse mit einem Rotor- und einem Stator-Schaufelrad, die miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum bilden, und mit einer vom Arbeitsraum zu einem Kühler und von dort wieder zurückführenden Kühlkreislaufleitung sowie mit einem ersten Behälter für Arbeitsflüssigkeit (Ladebehälter), an den eine zur Kühlkreislaufleitung führende Füll- und Entleerleitung angeschlossen ist und der zum Füllen des Arbeitsraumes mit Druckluft beaufschlagbar ist, sowie mit einem zur Aufnahme überschüssiger und/oder als Leckflüssigkeit anfallender Arbeitsflüssigkeit dienenden zweiten Behälter (Sammelbehälter), der mit dem ersten Behälter über eine Leitung verbunden ist -mit einem den Durchfluß in Richtung zum zweiten Behälter sperrenden Sperrventil, und der zumindest in gleicher Höhe wie der erste Behälter angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß.

a) das Sperrventil (2^) derartig gesteuert ist, daß. es während der gesamten Dauer der Bremspausen geöffnet und nur bei Bremsbetrieb geschlossen ist, und daß

b) der Druck der dem Ladebehälter (22) zugeführten Druckluft _s

wie an sich bekannt,' zwecks Einstellen des gewünschten Bremsmomentes veränderbar ist»

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2. Bremse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung des Sperrventils (25), daß es durch eine Rückstellkraft (Schwerkraft oder Feder 25a) offengehalten und nur in ■Strömungsrichtung vom Ladebehälter (22) zum Sammelbehälter (20) durch den von strömendem Medium ausgeübten Staudruck geschlossen wird.
3. Bremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelbehälter (20) oberhalb des Ladebehälters (22) angeordnet ist. '
4. Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß eine den Arbeitsraum der Bremse mit dem Sammelbehälter (20) verbindende und als eine ungedrosselte Leitung (28) ausgebildete Be- und Entlüftungseinrichtung vorgesehen ist, mit einem Sperrventil ("Lüf tungsventil"29),welches durch eine Rückstellkraft (z.B. Feder 29a) offengehalten und nur in der Richtung zum Sammelbehälter durch den von einer Flüssigkeitsströmung ausgeübten Staudruck geschlossen wird, wobei die Rückstellkraft derart ausgelegt ist, daß sie das Lüftungsventil auch gegen aen Staudruck von in Richtung zum Sammelbehälter strömender Luft; offenhält.
5. Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurc.-i iekennzeicnnet, daß zwischen dem Sammelbehälter (20) und dem Ladecehälter (22) ein Zwischenbehälter (j52) angeordnet ist, wobei ir. der Verbindungsieitung (J51) vom Zwischen- zum Ladebehälter ein den Durch-r fluß in Richtung zum Zwischenbehälter sperrendes Jperrventil

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BAD ORIGINAL

angeordnet ist, und daß der Zwischenbehälter (32) zwecks Rückführung von Leckflüssigkeit in den -Ladebehälter (22) mit Druckluft beaufschlagbar und über eine nur während der Druck luftbeaufschlagung geschlossene und ansonsten geöffnete
Leitung (j50) mit dem Sammelbehälter kommunizierend verbunden ist.

Crailsneim, I.August 19T²

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