DE2515761B2 - Hydrostatische Bremse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Bremse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

ho Es sind zahlreiche Arten von elektromagnetisch betätigbaren Bremsen bekannt, so beispielsweise Wirbelstrombremsen, bei denen die Bremswirkung allerdings mit abnehmender Drehgeschwindigkeit geringer wird und die nicht als Stillstandbremse verwen-

tv-, det werden können. Die Ableitung der durch den Bremsvorgang entstehenden Wärme bietet gewisse Schwierigkeiten.

Eine andere bekannte elektromagnetische Bremse

verwendet eine Füllung von magnetisierbaren Körr'ern oder Feilenspänen, die mit Bremsöl vermischt sind und bei eingeschaltetem Erregerstrom eine mehr oder weniger feste Brücke zwischen dem Stator- und dem Rotorteil bilden. Nachteilig bei dieser Art von Bremse ist, daß auch im Leerlauf ein gewisser Reibungsverlust entsteht.

Schließlich sind verschiedene Ausführungen von Bremsen bekannt, die nach dem Prinzip einer Verdrängerpumpe arbeiten und eine Bremsflüssigkeit umwälzen, wobei die Bremswirkung durch eine Drosselstelle erzeugt wird, die zwischen der Druckseite und der Saugseite der Pumpe eingefügt ist. Dabei handelt es sich meist um Kolbenpumpen, die eine Mehrzahl von radial um einen Exzenter angeordneten Kolben aufweisen, von dem sie betätigt werden. Auch hier ist im Leerlauf eine nicht unwesentliche Bremswirkung unvermeidlich. Zudem benötigt eine solche Bremse verhältnismäßig viel Platz.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei kleinem Raumbedarf ein intensives Umwälzen einer Bremsflüssigkeit zu erzielen, wobei die Steuerung der DrosselsteHen elektrisch bzw. elektromagnetisch erfolgt, die eine gute Ableitung der bei der Bremsung freigesetzten Wärme sichert und die auch als Stillstandbremse verwendbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeicht η des Anspruchs 1 beschriebenen Merkmale gelöst.

Weitere, besonders vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Bremse ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen 2 bis 8.

Der grundsätzliche Aufbau und die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen elektromagnetisch betätigbaren, als Bremse verwendbaren Drehschieberpumpe sind anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert. Gleiche Teile sind in den verschiedenen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße, elektromagnetisch betätigbare, hydrostatische Bremse gemäß Schnitt I-I in Fig. 2,

Fig. 2 einen Längsschnitt gemäß 1I-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt ähnlich Fig. 1 mit einer zusätzlichen, vom Erregerstrom unabhängigen Drosselstelle,

Fig. 4 einen Längsschnitt der Ausführung gemäß Fig. 3,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch den Statorkörper einer mit einem als zusätzliche Drosselstelle wirkenden zylindrischen Drehschieber ausgestatteten Bremse,

Fig. 6 einen Querschnitt durch den Statorkörper gemäß Fig. 5,

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht der Außenfläche des in Fig. 5 und 6 verwendeten Drehschiebers mit Längs- und Quernuten zur Bildung von DrosselsteHen,

Fi g. 8 eine schematische Darstellung einsr ringförmigen Drosselstellenanordnung und

Fi g. 9 einen schematisch vereinfachten Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Bremse mit parallel geschalteten DrosselsteHen.

In Fig. 1 bis 4 stellt A ein Rotorgehäuse aus nicht magnetisierbarem, gut Wärme leitendem Material dar, das über parallele, glatte Flanschen M, Q und zwei Wälzlager O, O' auf einer ortsfesten Achse d drehbar gelagert ist. Das Gehäuse umschließt einen zylinderförmigen Innenraum α und weist an seiner Außenseite eine Anzahl von Ausbuchtungen B auf, die in Umfangsrichtung durch Kühlrippen R untereinander verbunden sind, wobei jede Ausbuchtung eine nach dem Innenraum α hin offene Führungsnut C .nit parallelen Seitenwänden b umschließt. In jeder Führungsnut C ist je ein in radialer Richtung frei bewegbares Schieberplättchen J aus magnetisierbarem Material geführt. Im Innern des zylinderförmigen Innenraums A ist auf der Achse d ein zylindrischer Statorkörper D, K, L ortsfest befestigt, dessen geometrische Achse y, y' um den Betrag S gegenüber der geometrischen Achse x, x' des Rotorgehäuses und der festen Achse d exzentrisch versetzt ist. Der Außendurchmesser des Statorkörpers ist um mindestens 2 S kleiner als der Innendurchmesser des Innenraumes a. D bezeichnet die Nabe des Statorkörpers, der an seinem Umfang einen magnetisierbaren Ring mit U-förmigem Querschnitt K trägt, dessen seitliche Schenkel F eine in Umfangsrichtung verlaufende, nach außen hin offene Nut G umschließen, in der eine ringförmige Erregerwicklung E eingebettet ist. Eine zylindrische Hülse L aus nicht magnetisierbarem Material schließt die Nut G und die Erregerwicklung E druckdicht gegen den Innenraum α des Rotorgehäuses A ab. Die Erregerwicklung E wird über Leiter H, die in Bohrungen h durch die Achse d in den Statorkörper eingeführt sind, mit einem einstellbaren Errege^rstrom, vorzugsweise Gleichstrom oder gleichgerichtetem Wechselstrom, gespeist. Dadurch wird im magnetisierbaren Ring K ein Magnetfluß induziert, der in Fig. 2 durch gestrichelte Schlaufen e angedeutet ist und sich über die Schieberplättchen J zu einem magnetischen Kreis schließt. Sobald ein Erregerstrom von genügender Stromstärke fließt, werden die Schieberplättchen J durch die Wirkung des magnetischen Flusses e in Richtung des magnetischen Ringes K, F angezogen, bis sie an der Hülse L anstehen bzw. durch den sich zwischen Plättchen J und Hülse L bildenden Flüssigkeitskeil in einer schwebenden Stellung gehalten werden.

Das Rotorgehäuse wird durch Zuganker zusammengehalten, die durch Bohrungen P hindurchgesteckt sind und die Flanschen M und Q druckdicht mit dem ringförmigen Teil des Rotorgehäuses A verbindet. Der Innenraum α und die Führungsnuten C des Rotorgehäuses sind vollständig mit einer Bremsflüssigkeit gefüllt, deren Viskosität so wenig als möglich von der Temperatur abhängig ist.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende: Das Rotorgehäuse ist fest mit der zu bremsenden Welle und durch diese beispielsweise mit einer Kupplung oder einem Getriebe verbunden. Es rotiert im Uhrzeigersinn gemäß Pfeil U um die Achse d. Unter der Wirkung der Zentrifugalkraft werden die Schieberplättchen J nach außen auf den Grund der Führungsnut C getrieben. In diesem Zustand läuft die Bremse leer, indem die im Innenraum α befindliche Bremsflüssigkeit den Statorkörper D, K, L mit geringer Reibung umströmt. Sobald ein Erregerstrom eingeschaltet wird, wird nun zunächst nur das sich gerade im Bereich Z befindliche Schieberplättchen, das ja bereits beinahe die Statorhülse L berührt, vom Elektromagneten E, K angezogen. Infolge des geringen Abstandes ist die auf das Plättchen wirksame Anziehungskraft durchaus genügend, um es beim Weiterdrehen des Gehäuses aus einer Führungsnut herauszuziehen. Die nicht magnetisierbare Hülse L verhindert andererseits ein ohne sie denkbares »Klebenblei-

ben« und fördert die Bildung des gewünschten Flüssigkeitskeiles zwischen der Hülse L und der gerundeten Längskante des Plättchens J. Ist der Erregerstrom noch gering, so vergrößert sich dabei die Dicke des Flüssigkeitskeiles, und die Anziehungskraft nimmt mit zunehmender Keildicke ab, etwa mit dem Quadrat des Abstandes zwischen den magnetisierbaren Massen, so daß das Plättchen nach einem von der Stromstärke des Erregerstroms abhängigen Drehwinkel des Rotorgehäuses sowohl unter dem Einfluß der hydrodynamischen Wirkung des Flüssigkeitskeiles als auch wegen der Zentrifugalkraft wieder »abgeworfen« wird und in seine Führungsnut zurückkehrt.

Bei jedem nachfolgenden Schieberplättchen J wiederholt sich dieser Vorgang in gleicher Weise. Bei zunehmendem Erregerstrom wird auch die Drosselwirkung im Flüssigkeitskeil verstärkt und der Drehwinkelabschnitt, in dem jedes der Plättchen eine Bremswirkung hervorruft, vergrößert. Durch die Ausnutzung der der magnetischen Anzugskraft entgegengesetzten Zentrifugalkraft und die Bildung des Flüssigkeitskeiles kann somit, vor allem bei Beginn der Bremsung, ein feines und gut regulierbares Bremsmoment erzeugt werden.

Bei zweckmäßiger Bemessung der Erregerwicklung und der Stromstärke ist es sodann möglich, zu erreichen, daß die Plättchen über den ganzen Umfang des Stators angezogen bleiben. Dies entspricht einem Zustand starker Bremswirkung, doch ist die Regulierbarkeit in diesem Bereich geringer. Die Ausführungsformen gemäß den Ansprüchen .3 bis 7 und den Fig. 3 bis 9 erlauben es ferner, die Druckdifferenzen zwischen je zwei benachbarten saug- oder druckseitigen Arbeitsräumen K₀, K₁, V₂ bzw. V₀', V_x, V₂' und damit die Dicke der zwischen diesen liegenden Flüssigkeitskeile mindestens teilweise über die radialen Bohrungen 10,11 und die zugerhörigen Drosselstellen 15, 18 auszugleichen, wobei der Regulierbereich der Bremse erweitert und die Bremswirkung auf die zusätzlichen, unabhängig vom Erregerstrom regulierbaren Drosselstellen 15, 18 übertragen wird.

Die in den Fig. 1 und 3 rechts befindlichen Arbeitsräume V₀, V_x, V₂ befinden sich auf der Druckseite der Bremse. Sie verengern sich, bis sie wieder in den Bereich Z gelangen, in dem der Abstand zwischen Statorkörper D, K, L und Rotorgehäuse A am kleinsten ist. Auch auf der Druckseite besteht zwischen zwei nebeneinanderliegenden Arbeitsräumen K₀, K₁, K₂ ein erheblicher Druckunterschied und eine Drosselwirkung, wie dies auf der Saugseite der Fall ist.

Solange der Erregerstrom fließt, greift somit an jedem Schieberplättchen in Umfangsrichtung eine Bremskraft an, die durch die Stromstärke des Erregerstroms einstellbar ist.

In radialer Richtung sind die Schieberplättchen J frei bewegbar, indem die im Grund der Führungsnut C befindliche Bremsflüssigkeit durch die in den Plättchen angebrachten Bohrungen N frei in den Innenraum α und wieder zurück in die Nut C fließen kann.

Die Ausführungsform und die Wirkungsweise gemäß Fig. 3 und 4 sind grundsätzlich die gleichen wie für Fig. 1 und 2. Zusätzlich ist jedoch im Statorkörper D, K, L zusätzlich eine unabhängig vom Erregerstrom einstellbare Drosselstelle 15, beispielsweise ein Drosselventil eingebaut, das über eine Leitung H' auf bekannte Weise mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder auf einem anderen geeigneten Wege gesteuert wird. Da die Art der Steuerung für die Erfindung an sich unwichtig ist, wurde die entsprechende Steuervorrichtung nicht dargestellt.

Saugseitig besitzt der Statorkörper einen ringförmigen Arbeitsraum 12, der durch Bohrungen 11 mit den Arbeitsräumen V₁J, K,', V₂' verbunden ist. Ein analoger, jedoch druckseitiger Arbeitsraum 13 ist durch Bohrungen 10 mit den druckseitigen Arbeitsräumen K₀, K₁, K₂ verbunden. Die Drosselstelle 15 liegt zwischen den beiden Arbeitsräumen 12, 13, die nach außen durch ringförmige Platten 14 druckdicht abgeschlossen sind.

Statt eines Drosselventils 15 kann die Drosselstelle auch durch einen zylinderförmigen Drehschieber 30 (Fig. 5 bis 7) gebildet sein. Wie aus Fig. 7 ersichtlich, weist die Außenseite des Drehschiebers 30 Längsnuten 18 auf, deren Breite mit 22 bezeichnet ist und deren Winkelteilung mit derjenigen der radialen Bohrungen 10,11 in den Schenkeln F des magnetisierbaren Ringes A' übereinstimmt. In Umfangsrichtung sind die Längsnuten 18 durch mindestens eine NuI 19 miteinander verbunden. Der Ringschieber 30 isl gegenüber dem magnetisierbaren Ring K und somil den Bohrungen 10 und 11 verdrehbar. Stimmt die Lage der Längsnuten 18 mit derjenigen der Bohrungen 10,11 überein, so kann die Bremsflüssigkeit aus der Druckseite durch die Bohrungen 10, die Nuten 18,19, die Bohrungen 11 praktisch frei zur Saugseite der Drehschieberpumpe abfließen. Wird nun dei Drehschieber 30 mit Hilfe einer Steuervorrichtung die vom Erregerstrom unabhängig sein kann und durch Zentrierringe 20 in Fig. 5 angedeutet ist, gegenüber den Bohrungen 10, 11 in Umfangsrichtung verdreht, so bilden die Kanten der Seitenwände dei Längsnuten 18 mit den inneren öffnungen der Bohrungen 10, 11 eine einstellbare Drosselstelle.

Die Fig. 8 zeigt schematisch eine Anordnung der Nuten 18, 19 sowie der Bohrungen 10, 11 bzw. vor Drosselventilen 15, bei der die Drosselstellen in Seri« geschaltet sind und die von jedem Fachmann in dei in Fig. 7 dargestellten Weise verwirklicht werder kann. Durch die große Zahl der Drosselstellen 10 11,15,18 kann auf diese Weise der im Leerlauf verbleibende Bremswiderstand erheblich herabgesetzi werden.

Eine andere, nämlich eine parallele Anordnung dei Drosselstellen i5.18 zwischen Saugseite und Druckseite zeigt schließlich die Fig. 9, in der eine Mehrzah von parallel angeordneten Nuten 29, die analog der Umfangsnuten 19 oder durch geeignete Bohrunger verwirklicht werden können, vorgesehen ist, die die Verbindung zwischen Saugseite und Druckseite bzw den Drosselstellen herstellen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Hydrostatische Bremse mit einem um eine ortsfeste Achse drehbar gelagerten, mit der zu bremsenden Welle fest verbundenen, nicht magnetisierbaren Rotorgehäuse, das sinen zylindrischen, koaxial zur festen Achse angeordneten, in sich druckdicht abgeschlossenen und mit Bremsflüssigkeit gefüllten Innenraum umschließt, in dem sich ein exzentrisch zum Rotorgehäuse an der ortsfesten Achse befestigter zylindrischer Statorkörper befindet, ferner mit über den Umfang des Innenraums verteilten, in entsprechend im Rotorgehäuse angebrachten Führungsnuten in radialer Richtung zwischen dem Nutengrund und der Statoroberfläche verschiebbaren, cien Innenraum in Saug- und Druckkammern unterteilenden Schieberplättchen, dadurch gekennzeichnet, daß

a) am Umfang des Statorkörpers (D, K, L) eine ringförmige Erregerwicklung (E) eines mit den Schieberplättchen (J) in Wirkverbindung stehenden Elektromagneten (K, E) angebracht ist,

b) die Schieberplättchen (J) zur Bildung eines Flüssigkeitskeiles an ihrer zur Statoroberfläche (L) hingerichteten Längskante abgerundet sind und mindestens im Bereich dieser Kante aus einem magnetisierbaren Material bestehen, und

c) die Erregerwicklung (E) des Elektromagneten (K, E) über Zuleitungen (H) an eine regulierbare Stromquelle angeschlossen ist.

2. Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieberplättchen (J) zur Sicherung ihrer freien Verschiebbarkeit Bohrungen (N) für den Durchtritt von Bremsflüssigkeit zwischen dem Grund der Führungsnut (C) und dem Innenraum (a) des Rotorgehäuses (A) aufweisen, daß der Elektromagnet des Statorkörpers (D, K₁ L) aus einem magnetisierbaren Ring (K) mit U-förmigem Querschnitt besteht, an dessen Außenseite in Umfangsrichtung eine koaxiale Nut (G) verläuft, die eine zum Statorkörper konzentrische Erregerwicklung (E) aufnimmt und druckdicht von einer Hülse (L) aus nicht magnetisierbarem Material verschlossen ist, welche die ganze zylindrische Oberfläche des Statorkörpers (D, K, L) abdeckt und gleichzeitig die innere, achsnähere Begrenzung des Verschiebbarkeitsbereiches der Schieberplättchen (J) bildet.

3. Bremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die druckseitigen (F₀, F₁, F₂) und saugseitigen (F₀', F₁', F₂') Arbeitsräume, über Kanäle (10, 11,19, 29) untereinander verbunden sind, die in ihrer Wirkung von außen regulierbare, die Bremswirkung beeinflussende Drosselstellen (15, 18) aufweisen.

4. Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstellen zwischen den Arbeitsräumen aus den sich bei sich drehendem Rotorgehäuse und eingeschaltetem, die Erregerwicklung (E) durchfließendem Erregerstrom zwischen den Schieberplättchen (J) und der Statorhülse (L) bildenden Flüssigkeitskeilen bestehen.

5. Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Statorkörper (D, K) je ein ringförmiger, koaxial zum Stator angeordneter, druck- bzw. saugseitiger Sammelraum (13 bzw. 12) für Bremsflüssigkeit eingebaut ist, der durch mehrere radiale Bohrungen (10 bzw. 11) mit den entsprechenden Arbeitsräumen (F₀, F₁, F₂ bzw. F₀', F₁', F₂") verbunden ist, wobei zwischen den beiden Sammelräumen (13 bzw. 12) mindestens eine Drosselstelle (15) für den geregelten Durchfluß von Bremsflüssigkeit angeordnet ist.

6. Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Statorkörper (D, K) zur Bildung von Drosselstellen einen zu ihm koaxialen, hülsenförmigen Drehschieber (30) aufweist, an dessen Außenseite in regelmäßigen Abständen zueinander in axialer Richtung verlaufende Längsnuten (18) und mindestens eine die Längsnuten (18) untereinander verbindende, in Umfangsrichtung verlaufende Nut (19) angebracht sind, daß ferner im einen Polschenkel (F) des magnetisierbaren Ringes (K) des Statorkörpers (D, K, L), in gleichen Winkelabständen wie die Längsnuten (18) über die eine Hälfte des Umfanges verteilte, radiale Bohrungen (10) vorgesehen sind, die mit den druckseitigen Arbeitsräumen (F₀, F₁, F₂, F₃) verbunden sind und deren Durchmesser kleiner sind als die Breite (22) der Längsr.uten (18), daß im anderen Polschenkel (F) analoge Bohrungen (11) mit den saugseitigen Arbeitst äumen (F₀', F₁', V₁', F₃') verbunden sind, wobei die Winkelstellung der Drehschieberhülse (30) gegenüber den Radialbohrungen (10, 11) einstellbar ist und die die innere Öffnung der Bohrungen (10, 11) mehr oder weniger verdeckende Kante der Seitenwände der Längsnuten (18) die einstellbare Drosselstelle bildet.

7. Bremse nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstellen (10,11,15, 30, 18) mit Hilfe einer mechanischen, elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Steuervorrichtung an sich bekannter Art (20, Zuleitungen H') unabhängig vom die Erregerwicklung (E) durchfließenden Strom einstellbar ausgebildet sind.

8. Bremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rotorghäuse (A) in an sich bekannter Weise an seinem Umfang radial nach außen vorstehende, die Führungsnuten (C) für die Schieberplättchen (J) umschließende Ausbuchtungen (B) aufweist und durch in Umfangsrichtung, senkrecht zur Drehachse (X-X') verlaufende,die Ausbuchtungen (ß) untereinander verbindende Kühlrippen (R) verstärkt ist.