DE2304343C3 - Regeleinrichtung für Flüssigkeitswirbelbremsen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betriffi eine Regeleinrichtung für Flüssigkeitswirbelbremsen mit einem den Auslaßquerschnitt verändernden Auslaßventil, das mit einem von der Bremsendrehzahl beeinflußten Steuerdruck beaufschlagt wird.

Bei Flüssigkeitswirbelbremsen sollen Schwankungen der /uNicßcnden Flüssigkeitsmenge keinen Einfluß auf die Bremsmomentenkennlinie haben. Dazu ist es erforderlich, den Füllungsgrad der Wirbelbremse, d. h. die radiale Höhe des Flüssigkeitsrings konstant zu halten und Änderungen, die sich durch Schwankungen im Zulauf ergeben, durch Veränderung des Auslaßquerschnitts auszugleichen. Dazu ist es bekannt (DT-PS 11 171, 7 44 509, 7 28 010), ein hydraulisch betätigbares Auslaßventil, das den Auslaßquerschnitt der Flüssigkeitswirbelbremse verändert, in Schließrichtung mit einem hydraulischen Druck zu beaufschlagen, der von einer Kreiselpumpe erzeugt wird, die mit dem Rotor der Flüssigkeitswirbelbremse gekuppelt ist. Der Bauaufwand dieser Bremsen ist hoch, insbesondere durch ^S die Notwendigkeit einer gesonderten Kreiselpumpe.

Weiterhin ist aus der DL-PS 91 752 eine hydraulische Bremse mit einem manuell gesteuerten Schieberventil bekannt bei der eine Korrektur der Schieberstellung mit nur einem Flüssigkeitsdruck der hydraulischen Wirbelbremse erfolgt. Dabei soll eine von der Drehzahl möglichst unabhängige Bremskraft der hydraulischen Wirbelbremse erzielt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Regeleinrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß mit geringem Bauaufwand ein schnell ansprechender Regelkreis zur Konstanthaltung einer vorgegebenen, beispielsweise quadratischen Bremsmomentenkennlinie geschaffen wird.

Diese Aufgabe wird crfindungsgemaß dadurch gelöst, daß das Auslaßventil in Abhängigkeit vom Druckverhältnis zwischen zwei auf unterschiedlichen Radien liegenden Punkten des in der Wirbelbremse umlaufenden Flüssigkeitsrings gesteuert wird. Ohne die Notwendigkeit einer zusätzlichen Kreiselpumpe, die den Steuerdruck für das Auslaßventil erzeugt, wird eine Konstanthaltung des Füllungsgrades und damit der Bremsmomentenkennlinie erreicht. Da die Druckverhältnisse in der Bremse unmittelbar zur Steuerung des Auslaßventils herangezogen werden, spricht der so gebildete Regelkreis auf Schwankungen sehr rasch an und gleicht sie aus, bevor es zu wesentlichen Abweichungen vom Sollwert kommt.

In besonders bevorzugter Ausführungsform des Frfindungsgedankens ist vorgesehen, daß das Auslaßventil ein druckentlastetes Ventil ist. dessen Absperrorgan mit zwei unterschiedlich großen Flächen verbunden ist. wobei die kleinere Fläche in Schließrichtung des Ventils mit dem Druck beaufschlagt wird, der an dem auf größerem Radius liegenden Punkt des Flüssigkeitsrings abgegriffen wird, und die größere Fläche in entgegengesetzter Richtung mit dem Druck beaufschlagt wird, der an dem auf kleinerem Radius liegenden Punkt des Flüssigkeitsrings abgegriffen wird. Damit wird erreicht, daß bei einem vorgegebenen Verhältnis der mit Druck beaufschlagten Flächen die radiale Höhe des Flüssigkeitsringes unabhängig von der Drehzahl konstant bleibt. Schwankungen der durchfließenden Wassermenge haben keinen Einfluß auf den Verlauf der Bremsmomentenkennlinie, die in diesem Fall quadratisch verläuft.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der eben genannten Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrorgan des druckentlasieten Ventils über eine Kolbenstange mit einem in einem Zylinder beweglichen doppelt wirkenden Kolben mit unterschiedlich großen Kolbenflächen verbunden ist.

Um mehrere Bremsmomcntenkennlinien einstellen zu können, kann vorgesehen werden, den auf kleinerem Radius liegenden Druckabgriffspunkt radial verstellbar auszuführen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels in der Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert.

Die Figur zeigt eine Wasserwirbelbrcmse im Schnitt. Das Gehäuse 1 ist über Kugellager 2 in zwei Lagerbökken 3 pendelnd gelagert und mit einer nicht dargestellten Einrichtung zum Messen des auf das Gehäuse übertragenen Drehmoments verbunden, beispielsweise einer außermittigen Abstützung auf einer Waage oder einer anderen Kraftmeßeinrichtung. Das Gehäuse 1 ist mit dem Stator 4 einstückig ausgeführt und weist einen Innenraum 5 auf, der den Rotor 6 aufnimmt.

Der Rotor 6 ist auf einer Welle 7 befestigt, die über Kugellager 8 im Gehäuse 1 drehbar gelagert ist. An beiden Enden weist die Welle 7 jeweils einen Flansch 9

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/um Anschluß der Antriebsmaschine auf. deren Leistung gemessen werden soll. Beispielsweise kann über eine Zwischenwelle, vorzugsweise als Gelenkwelle ausgeführt, ein Verbrennungsmotor angeschlossen werden.

Der Stator 4 und der Rotor 6 vcisen in ihren einander zugekehrten Stirnflächen jeweils einen Kran/ von Schaufeln IO bzw. 11 auf, die Wirbeikammern 12 bilden, in denen das Wasser in Richtung der Pfeile IJ imlüuft. wenn der Rotor 6 gedreht wird.

Das für die Drehmomentübertragung /wischen Stator und Rotor notwendige Wasser wird den Wirbelkammern 12 zentral durch eine oder mehrere Leitungen 14 zugeführt. Um die Zentren der Wirbclkammern 12 auf Atmosphärendruck zu halten, führt mindestens eine Leitung 15 von dort zur Außenseite des Gehäuses I Aus dem Innenraum 5 des Bremsengehiiuses 1 strömt das Wasser über eine Leitung 16 und drrch ein Auslaßventil 17 ab. Die Rückseite des Rotors 6 isi mit einer Beschaufelung 18 versehen.

Das Auslaßventil 17 ist als druckentlastetes Doppelveniil ausgeführt. Zwei Ventilteller oder -kolben 18 sind auf einer gemeinsamen Kolbenstange 19 in gleichem Abstand angeordnet wie zwei Ringkörper 20 im Ventilgehäuse 21, deren Innendurchmesser annähernd gleich dem Außendurchmesser der Ventilkolben 18 ist.

Wenn die Ventilkolben 18 nach einer Seite verschoben werden, geben sie jeweils /wischen sich und dem benachbarten Ringkörper 20 einen Durchtriitss;alt für das ausströmende Wasser derart frei, daß sich der eine Ventilkolben 18 vor und der andere Veniilkolben 18 hinter dem jeweiligen Ringkörper 20 befindet (gesehen in Strömungsrichtung), so daß sich die an beiden Veniilkolben oder -tellern 18 durch das ausströmende Wasser ergebenden Kräfte gegenseitig aufheben. Das Ventil ist daher vom statischen und dynamischen Druck des ausströmenden Wassers entlastet. Das Wasser strömt durch zwei Leitungen 22 ab, beispielsweise in einen Sammelbehälter, von wo es gegebenenfalls nach Kühlung wieder in die Kinirittsleitung 14 gepumpt werden kann.

Die Ventilkolbenstange 19 trägt an einem Knde einen größeren Steuerkolben 23 und am entgegengesetzten Ende einen kleineren Steuerkolben 24. Beide Kolben sind jeweils in einem Zylinder 25 bzw. 26 angeordnet, dessen kolbensiangcnseitige Kammer jeweils zur Umgebung geöffnet ist. Die auf der Seite der freien Kolbenfläche 27 des größeren Kolbens 23 liegende Kammer des Zylinders 25 ist über eine Leitung 28 mit dem Innenraum 5 des Bremsengehäuses ( verbunden, und zwar mündet die Leitung 28 an einem Punkt 29, dessen radialer Abstand zur Achse des Rotors b geringer ist als die gesamte radiale Ausdehnung des Bremseninnenraums 5. Die freie Kolbenfläche 30 des kleineren Kolbens 24 ist einer Kammer des Zylinders 26 zugekehrt, die über eine Leitung 31 ebenfalls mit dem Innenraum 5 des Bremsengehäuses 1 verbunden ist; die Leitung 31 mündet an einem Punkt 32, der auf dem größten Innenradius des Bremseninnenraumes 5 liegt.

Die das Ventil 17 mit dem Bremsengehäuse 1 verbindenden Leitungen 16, 28 und 31 können als flexible Schläuche ausgeführt sein, wenn das Ventil (7 ortsfest angeordnet wird; die Leitungen können aber auch starr sein, so daß das Ventil 17 die Pendelbewegungen des Bremsengehäuses 1 mitmacht. Die letztgenannte Lösung wird bevorzugt, um einen Kraftnebenschluß auf das Gehäuse 1 zu vermeiden.

Beim Betrieb der Wasserwirbelbiemse stellt sich im Bremseninnenraum 5 ein Wasserring ein, dessen innerer Spiegel 33 in der Kigur angedeutet ist. Um einen erwünschten quadratischen Verlauf der Bremsmoment-Drehzahl-Kennlinie zu erreichen, muß der Füllungsgrad der Wasserwirbelbremse und damit der Innenradius des Wasserspiegels 33 im gesamten Drehzahlbereich konstant gehalten werden. Diese konstanten Verhältnisse stellen sich dadurch ein. daß die wegen der radial unterschiedlichen Lage der Punkte 29 und 32 auf unterschiedlich große Kolbenflächen 27 b/w. 30 wirken. Der geringere Druck am Abgriffspunkt 29 mit geringerem Radius beaufschlagt die größere Kolbenfläche 27 und sucht das Ventil 17 zu öffnen; der am radial weiter außen liegenden Punkt 32 abgegriffene größere Druck wirkt auf die kleinere Kolbenfläche 30 in .Schließrichtung des Ventils.

Das Ventil 17 vergrößert oder verringert den Ausirinsquerschnitt so lange, bis sich ein Kräftegleichgewicht an den beiden Kolbenflächen 27 und 30 einstellt. Von da ab wird die radiale Lage des Wasserspiegels 33 unabhängig von der Menge des zugeführten Wassers und von der Drehzahl des Rotors h konstant gehalten, so daß das Bremsmoment quadratisch mit der Drehzahl verlauf 1.

Zwischen dem Gehäuse 1 und der Welle 7 ist auf beiden Seiten des Gehäuses jeweils eine Dichtung vorgesehen, die aus zwei Teilen 34, 35 besteht Mindestens der dem Bremseninnenraum zugekehrte Dichtungsteil 34 ist jeweils als berührungsfreie Spaltdichtung, beispielsweise Labyrinthdichtung, ausgeführt. Hin zwischen beiden Dichtungsteilen 34 und 35 liegender Ringraum 36 ist über eine Leitung 37 entlüftet. Dadurch ist die Möglichkeit zum Druckausgleich /wischen dem Breinseninnenraum nahe der Welle 7 und der Umgebung geschaffen, um einen unkontrollierten Druckaufbau zu verhindern.

Um die Lage der quadratischen Bremsmomenikennlinie zu verändern, kann einer der beiden Druckabgriffspunkte 29 bzw. 32, vorzugsweise der Punkt 29, in seiner radialen Lage geändert werden. Da/u kann die Leitung 28 als Sonde ausgeführt sein, die im Gehäuse 1 radial verschiebbar ist, oder die Leitung 28 kann wahlweise an mehrere Abgriffspunkte 29 angeschlossen werden, die auf unterschiedlichen Radien liegen.

Weitere Veränderungen des Kcnnlinienverlaufs, insbesondere auch erwünschte Abweichungen vom quadratischen Verlauf, können dadurch herbeigeführt werden, daß die Absperrorgane 18, 19 des Auslaßventils 17 in Schließrichtung mit einer Kraft beaufschlagt werden, die nicht dadurch erzeugt wird, daß der bei 32 abgegriffene Druck auf die Kolbenfläche 30 wirkt, sondern beispielsweise ein Druck, der konstant ist oder nach der Bremsendrehzahl geregelt wird. Die Kammer 26 ist dann über die Leitung 31 mit einer Druckquelle und nicht mit dem Bremseninnenraum 5 verbunden. Es ist auch denkbar, daß die Kraft durch eine Feder od. dgl. erzeugt wird. Statt der Kolben 23 und 24 können auch druckbcaufschlagte Membranen verwendet werden. Es ist nicht unbedingt erforderlich, das Auslaßventil 17 als druckcntlastetes Ventil auszuführen; allerdings muß dann die von dem abströmenden Wasser auf das Absperrorgan des Ventils ausgeübte Kraft bei der Bildung des Kräftegleichgewichts berücksichtigt werden. Das Auslaßventil 17 könnte beispielsweise auch als verstellbare Blende ausgeführt sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Regeleinrichtung für Flüssigkeitswirbelbremsen mit einem den Ausgangsquerschni'.t verändernden Auslaßventil, das mit einem von der Bremsendrehzahl beeinflußten Steuerdruck beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventil (17) in Abhängigkeit vom Druckverhältnis zwischen zwei auf unterschiedlichen Radien liegenden Punkten (29 bzw. 32) des in der Wirbelbremse umlaufenden Flüssigkeitsrings gesteuert wird.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventil (17) ein druckentlastetes Ventil ist, dessen Absperrorgan (18) mit zwei unterschiedlich großen Flächen (27 b/.v.. 30) verbunden ist, wobei die kleinere Fläche (30) in Schließrichtung des Ventils mit dem Druck beauf schlagt wird, der an dem auf gröOercm Radius licgenden Punkt (Ϊ2) des Flüssigkeitsrings abgegriffen wird, und die größere Fläche (27) in entgegengesetzter Richtung mit dem Druck beaufschlagt wird, der an dem auf kleinerem Radius liegenden Punkt (29) des Flüssigkeitsrings abgegriffen wird. ²S

1 Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrorgan (18) des druckentlasteten Ventils (17) über eine Kolbenstange (19) mit einem in einem Zylinder beweglichen doppeltwirkenden Kolben mit unterschiedlich großen KoI-benflächen verbunden ist.

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrorgan (18) des druckentlastctcn Ventils (17) eine sich nach beiden Richtungen erstreckende Kolbenstange (19) trägt, die an einem Ende mit einem größeren Kolben (23) und am anderen Ende mit einem kleineren Kolben (24) verbunden ist.

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der auf kleinerem Radius liegende Druckabgriffspunkt (29) radial verstellbar ist.