DE2413732B2 - An einem gehaeuse anflanschbare hydrodynamische bremse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine an einem Gehäuse •nflanschbare hydrodynamische Bremse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige bekannte hydrodynamische Bremse (vgl. FR-PS 15 95 589) weist ein gesondertes Wälzlager auf, das den auf den Wellenstumpf mit dem Endstück während des Betriebes der Bremse ausgeübten beträchtlichen Axialschub aufnimmt, der dadurch entsteht, daß auf das Rotorschaufelrad an dessen beiden Seiten, d. h. Innen- und Außenfläche, unterschiedliche Flüssigkeitsdrücke einwirken.

Ein derartiges Wälzlager erhöht nicht nur den Raumbedarf der gesamten Bremse, wobei unter Umständen in Personen- oder Nutzfahrzeugen mit einer derartigen Bremse eine Einsparung von nur einigen Millimetern überhaupt die Unterbringung der Bremse ermöglicht, sondern erhöht auch die Herstellungskosten und erschwert die Wartung.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine hydrodynamische Bremse der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß auf das den Axialschub aufnehmende Wälzlager verzichtet werden kann, dadurch die axiale Baulänge verkürzt wird, ihre Einbaumöglichkeiten verbessert werden und schließlich ihr Aufbau und ihre Wartung vereinfacht werden.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.

Der durch die erfindungsgemäße Wahl des mittleren Durchmessers der Drosselstelle erzielte Druckausgleich an beiden Seiten des Rotorschaufelrades verringert also den resultierenden Axialschub so stark, daß kein axiales Wälzlager mehr erforderlich ist

Dabei ist die Lehre nach dem Patentanspruch 2 besonders einfach realisierbar.

Die Erfindung ist besonders vorteilhaft bei der Lehre nach dem Anspruch 3, denn die von der eingangs erwähnten bekannten hydrodynamischen Bremse durch das Rotorschaufelrad erzeugte axiale Schubkraft hätte zu einer Störung des radialen Kurbelwellenlagers geführt Auf diese Weise wird also eine kurze Einbaulänge der Bremse weiter gefördert.

Ähnlich besonders vorteilhaft ist die Lehre nach dem Patentanspruch 4, da auf diese Weise ebenfalls eine sehr kurze Einbaulänge gewährleistet ist, also auch die Einbaumöglichkeiten verbessert sind.

Die Erfindung ist nachstehend beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, welche schematisch eine erfindungsgemäße hydrodynamische Bremse zeigt.

Diese Bremse enthält in an sich bekannter Wtlse einen Rotor 1 mit einem mit Zellen versehenen halbringkörperförmigen Rotorschaufelrad 2, das an einem Endstück, das mit einem zu bremsenden Wellenstumpf 3 drehfest verbunden ist, in einer weiter unten erläuterten Weis«; angebracht ist, wobei der durch öffnungen 4 ausgehöhlte Boden des Rotorschaufelrades 2 an einen Schaufelkranz 5 angeschlossen ist, welcher eine Speise-Fliehkraftpumpe bildet, sowie ein Bremsengehäuse 6, welches ein mit Zellen versehenes halbringkörperförmiges Statorschaufelrad 7, das axial dem Rotorschaufelrad 2 gegenüber angeordnet ist, sowie einen die Abdeckung des Rotorschaufelrades 2 vervollständigenden Deckel 8 aufweist.

Innerhalb des Deckels 8 sind eine zentrale Vorratskammer 9 für die Arbeitsflüssigkeit, in welche die stromaufliegenden Enden kleinen Durchmessers der Schaufeln des Schaufelkranzes 5 münden, und eine ringförmige Umfangskammer 10, welche die aus den Schaufelrädern 2 und 7 durch das Spiel 11 zwischen ihren Rändern größten Durchmessers austretende Arbeitsflüssigkeit auffängt, gebildet.

Die unmittelbare Verbindung dieser beiden Kammern 9 und 10 miteinander längs der Außenfläche des Rotorschaufelrades 2 wird dadurch verhindert, daß dieser Außenfläche örtlich eine ringförmige Zone des Deckels 8 genähert wird, wobei den Querschnitten der beiden benachbarten Zonen des Rotorschaufelrades 2 und des Deckels 8 die Form von zusätzlichen Drosselkanälen gegeben wird, welche eine ringförmige Drosselstelle 12 bilden.

Beim Arbeiten der Bremse übt die Arbeitsflüssigkeit, welche vom Schaufelkranz 5 aus der Vorratskammer 9 angesaugt und nacheinander in das Rotorschaufelrad 2 durch die öffnungen 4 und hierauf in die Umfangskam-

mer 10 durch das Spiel It gefördert wird, auf die beiden Flächen dieses Rotorschaufelrades 2 einander entgegengesetzte Axialdrücke bzw. -Schübe aus.

Bei den bekannten Konstruktionen ist die Resultierende dieser Axialschübe nicht Null und wird durch ein im allgemeinen vom Pressengehäuse S getragenes besonderes Wälzlager aufgenommen, welches den Wellenstumpf 3 trägt, mit welchem es axial fest verbunden ist

Wie oben ausgeführt, besitzt ein derartiges Wälzlager eine gewisse Zahl von Nachteilen und ist insbesondere sehr sperrig, wodurch die gesamte Bremse häufig eine unzulässige axiale Baulänge erhält

Erfindungsgemäß fällt ein derartiges Wälzlager weg, wodurch die axiale Baulänge der Bremse beträchtlich verringert werden kann, indem dem mittleren Durchmesser der Drosselstelle 12 ein solcher Wert gegeben wird, daß sich die axial von der Arbeitsflüssigkeit auf die entgegengesetzten Seiten des Rotorschaufelrades 2 ausgeübten hydraulischen Drücke ungefähr ausgleichen.

Die Wahl eines derartigen Parameters (mittlerer Durchmesser) ermöglicht nämlich, die dem Druck der Arbeitsflüssigkeit in der ringförmigen Umfangskammer 10 ausgesetzte ringförmige Außenfläche des Rotorschaufelrades 2 und somit die auf dieses durch das in der Umfangskammer 10 vorhandene Arbeitsflüssigkeitsvolumen ausgeübte Axialkraft zu beeinflussen. Diese Wahl ermöglicht außerdem, den gewünschten Ausgleich ohne Veränderung der den günstigsten Wert des Moments der Bremse bestimmenden Faktoren, nämlich Form und innere Abmessungen des Schaufelkranzes 5 und der Schaufelräder 2 und 7 und größter Druckabfall in der Drosselstelle 12, zu erzielen.

Um einen derartigen Ausgleich zu erhalten, kann man aufeinanderfolgende Versuche vornehmen, wobei zu berücksichtigen ist, daß der Druck der in der ringförmigen Umfangskammer 10 vorhandenen Arbeitsflüssigkeit erheblich größer als der in den Schaufelrädern 2 und 7 herrschende ist.

Außerdem gibt man vorzugsweise der Drosselstelle

12 die Form eines zylindrischen Zwischenraumes oder Spiels mit kleber radialer Abmessung, welches durch zwei einander gegenüberliegende zylindrische Flächen

13 und 14 begrenzt wird, welche dem Rotorschaufelrad 2 bzw. dem Bremsengehäuse 6 angehören.

Diese Flächen können leicht mit genauen Abmessungen gedreht werden.

Außerdem, und dies ist ein wesentlicher Vorteil, ermöglicht ein derartiger Aufbau die gegenseitigen Axialverschiebungen des Rotorschaufelrades 2 und des Bremsengehäuses 6 ohne Veränderung des Wertes oder der radialen Lage dieses Spiels, so daß der erzielte Ausgleich trotz dieser gegenseitigen Verschiebungen aufrechterhalten bleibt.

Das zylindrische Spiel 12 schließt sich an die beiden Kammern 9 und 10 durch andere ringförmige schmale Zwischenräume an, bei welchen der axiale Abschnitt der Mittellinie wenigstens eine radiale Komponente aufweist.

Derartige Zwischenräume sind zweckmäßig die mit 15 und 16 bezeichneten, welche durch zwei querliegende ebene einander gegenüberliegende Flächen begrenzt werden.

Die axiale Breite dieser Zwischenräume hat keine Bedeutung und kann daher verhältnismäßig groß gemacht werden, was die Notwendigkeit einer genauen und kostspieligen axialen Einstellung beim Einbau des Rntorschaufelrades in das Bremsengehäuse in Fortfall bringt

Das Rotorschaufelrad 2 enthält in der Nähe seiner mittigen Nabe einen Kranz von axialen Löchern 17, welche die Vorratskammer 9 mit einer kleinen ringförmigen Kammer 18 in Verbindung setzen, welche eine zwischen dem Wellenstumpf 3 und dem Bremsengehäuse 6 vorgesehene Dichtung 19 umgibt und mit dem Innern der Schaufelräder 2 und 7 über das Spiel 20 in Verbindung steht, welches unvermeidlich zwischen den

ίο einander gegenüberliegenden Rändern kleinsten Durchmessers der Schaufelräder 2 und 7 vorhanden ist

Die Löcher 17 ermöglichen, zu der Vorratskammer 9 das Arbeitsflüssigkeitsvolumen abzuführen, welches aus den Schaufelrädern 2 und 7 in Richtung auf die Achse über das Spiel 20 entweicht, und so die an der Stelle der Dichtung 19 erzeugte Wärme abzuführen.

Die so durch die Löcher 17 bewirkte Rückführung von Arbeitsflüssigkeit beeinflußt den axialen Abgleich des Rotorschaufelrades. Man kann daher den Durchmesser dieser Löcher so einstellen, daß der gewünschte axiale Abgleich vervollkommnet wird.

Der Fortfall des erwähnten Wä'zlagers ermöglicht eine beträchtliche Verringerung der axialen Baulänge des Bremsengehäuses 6 und die unmittelbare Anbringung des Rotorschaufelrades 2 am zu bremsenden Wellenstumpf 3 (Kurbelwelle od. dgl.), welcher gegebenenfalls hierfür verlängert wird.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Wellenstumpf 3, an welchem das Rotorschaufelrad 2 angebracht ist, verhältnismäßig kurz und einstückig mit einer Scheibe 21, welche ihrerseits mit Hilfe von Bolzen 22 mit der Antriebsriemenscheibe 23 des Gebläses und der Wasserpumpe des Motors des Fahrzeugs gekuppelt ist.

E-.ne Leitung 24 dient zur Zufuhr der Arbeitsflüssigkeit in die Vorratskammer 9, welche tangential zur Vorratskammer 9 liegt; ferner sind zu sehen Mittel zur Anbringung des Deckels 8 am Statorschaufelrad 7 sowie zur Anbringung dieser Anordnung an einem Gehäuse 25, z. B. dem Stirnräder 26 des Motors des Fahrzeugs enthaltenden. Diese Mittel enthalten Systeme mit Bolzen und Muttern 27, welche unter Zwischenschaltung einer ringförmigen Dichtung 31 durch an dem Umfang des Deckels 8 bzw. des Statorschaufelrades 7 vorgesehene Flansche 28 und 29 treten, sowie Schrauben 32, welche das Statorschaufelrad 7 unter Festlegung ihrer Winkelstellung an an dem Gehäuse 25 vorspringenden Laschen 30 befestigen. Eine derartige, an von der Achse der Bremse entfernten Punkten vorgenommene Verbindung gewährleistet eine gute Widerstandsfähigkeit derselben gegen Erschütterungen. Bei den bekannten Ausführungen ist das Rotorschaufelrad an dem zu bremsenden Wellenstumpf durch Bandagen oder eine Schweißung befestigt, da erhebliehe Axialkräfte von dem einen auf das andere dieser Elemente übertragen werden müssen.

Da die Übertragung derartiger Axialkräfte erfindungsgemäß praktisch in Fortfall kommt, kann hier eine erheblich einfachere Befestigungsart gewählt werden, welche im wesentlichen die Bremsmomente von dem einen auf das andere der beiden zusammengebauten Elemente überträgt.

Hierfür sind an der Außenfläche des Wellenstumpfes 3 drei zylindrische Ausnehmungen 33 und in einer in der Rotornabe vorgesehenen axialen Bohrung andere, zu den vorhergehenden komplementäre zylindrische Ausnehmungen 34 vorgesehen.
Die Anbringung des Rotorschaufelrades 2 am

Wellenstumpf 3 erfolgt dann durch gegenseitiges axiales Einschieben der zueinander komplementären Ausnehmungen, wobei die Blockierung dieses Eingriffs durch axiales Einschrauben eines Bolzens oder einer Mutter 35 in das freie Ende des Wellenstumpfes 3 unter Zwischenschaltung einer (insbesondere durch eine oder • zwei Tellerfedern gebildeten) elastischen Lochscheibe 36 erfolgt

Eine derartige elastische Verbindung gestattet, die Verschiedenheiten der Wärmedehnungen der (im allgemeinen aus einem Leichtmetall bestehenden) Rotornabe und des (im allgemeinen aus Stahl bestehenden) Welienstumpfes aufzunehmen.

Sie gestattet ferner, in einem gewissen Maße Mikroerschütterungen des Motormoments aufzunehmen, welche in dem einen der beiden Elemente der Verbindung erzeugt werden, wodurch ihre Übertragung auf das andere Element verringert wird.

Außerdem ist sie leicht ausbaubar.

Der durch das Einschrauben des Bolzens oder der Mutter 35 erzeugte Axialdruck kann unmittelbar auf eine ringförmige Schulter 37 des Wellenstumpfes 3 wirken.

Die Oberfläche der Schulter 37 muß dann aber verhältnismäßig groß sein, um zu verhindern, daß der auf das verhältnismäßig weiche Schaufelrad-Metall wirkende spezifische Druck zu groß wird.

Um dieses Ergebnis zu erhalten, ohne der Schulter 37 einen großen Außendurchmesser zu geben, welcher auf die verschiedenen, die Schulter 37 umgebenden Teile (hier die Dichtung 19 und das Statorschaufelrad 7) zurückwirken würde, wird zweckmäßigerweise zwischen der Rotornabe und der Schulter 37 ein Ring 38 aus einem harten Werkstoff angeordnet, dessen Innendurchmesser gleich dem der Schulter 37, dessen Außendurchmesser aber erheblich größer als der der Schulter 37 ist.

Man erzielt so mittels des Ringes 38 eine ausgezeichnete Übertragung der Axialdrücke vom Rotorschaufelrad 2 auf den Wellenstumpf 3 und umgekehrt, ohne dem Außendurchmesser der Schulter 37 einen großen Wert zu geben.

Die Dichtung 19 wird in an sich bekannter Weise durch einen Ring 39 aus Graphit oder einem ähnlichen Werkstoff gebildet, welcher elastisch mittels einer gebogenen Lochscheibe 40 aus einem Elastomer gegen einen Ring 4 aus einem wärmeleitenden Werkstofl gedruckt wird.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind der Ring 39 und die elastische Lochscheibe 40 am Rotorschaufelrad 2 angebracht, während der Ring 4t am Bremsengehäuse 6 angebracht ist, doch kann auch die umgekehrte Anordnung getroffen werden.

In beiden Fällen erfolgt die Anbringung des Ringes 41 an der Anordnung, welcher er angehört, so, daO gleichzeitig die Abdichtung gegen die Arbeilsflüssigkeit insbesondere mittels eines Dichtungsringes 42, und ein unmittelbarer Wärmekontakt mit der Masse dieser Anordnung hergestellt werden. Diese Ausbildung gewährleistet eine wirksame Abfuhr der im Ring 41 durch die Reibung des Ringes 39 an diesem erzeugter Wärme.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   t. An einem Gehäuse anflanschbare hydrodynamische Bremse zum Abbremsen eines aus diesem Gehäuse austretenden Wellenstumpfes, bei welcher ein Rotorschaufelrad an einem drehfest mit dem Wellenstumpf verbundenen Endstück axial neben einem Statorschaufelrad angeordnet ist, welches Teil eines das Rotorschaufelrad umgebenden festen Bremsengehäuses ist, wobei die Arbeitsflüssigkeit in das Rotorschaufelrad durch dessen Rückseite aus einer zentralen, in der Nähe der Bremsenachse liegenden Vorratskammer zugeführt und aus ihm an der Stelle dessen größten Durchmessers in eine Umfangskammer abgeführt wird und wobei einander gegenüberliegende Bereiche der Außenfläche des Rotorschaufelrades und der Innenfläche des Bremsengehäuses so ausgebildet sind, daß sie eine ringförmige Drosselstelle bilden, dadurch gekennzeichnet, daß

   a) das mit dem Rotorschaufelrad (2) fest verbundene Endstück des abzubremsenden Wellenstumpfes (3) ohne weitere Lagerstelle in dem Statorschaufelrad (7) des Bremsengehäuses (6) angeordnet ist und

   b) der mittlere Durchmesser der Drosselstelle (12) derart gewählt ist, daß sich die axial von der Arbeitsflüssigkeit auf die beiden Seiten des Rotorschaufelrades (1) ausgeübten hydraulisehen Drücke ungefähr ausgleichen.
2. 2. Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle (12) durch einen zylindrischen Ringraum dargestellt ist, dessen Achse mit der Bremsenachse zusammenfällt.
3. 3. Bremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rotorschaufelrad (2) zusammen mit dem Endstück und dem Wellenstumpf (3) im Gehäuse (25) durch eines der Kurbelwellenlager eines Verbrennungsmotors gelagert ist.
4. 4. Bremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenstumpf (3) am zum Endstück abgewandten Ende fest mit einer Scheibe (21) verbunden ist, die drehfest mit der Antriebsriemenscheibe (23) eines Aggregats des Verbrennungsmotors, insbesonders des Gebläses und/oder der Wasserpumpe, verbunden ist.