DE2526663B1 - Hydrodynamische bremse - Google Patents

Description

Die Möglichkeiten nach Anspruch 1 und 2 unterscheiden sich darin, daß das durch die Nebenschluß-Öffnungen abgezweigte Strömungsmittel gemäß Anspruch 2 innerhalb des torusförmigen Arbeitsraumes der Bremse den Schaufeln ausweicht und nach Anspruch 1 zur Umgehung der Schaufeln aus dem Arbeitsraum hinausgeführt wird. Im ersten Fall ergibt sich der Vorteil einer besonders starken Reduzierung der Bremswirkung, da die Nebenschlußwege extrem kurz sind und das zirkulierende Medium, Strömungsmittel oder Luft, nur wenig von den Schaufeln beeinflußt wird. Gleichzeitig ist der Anspruch an Bauraum sehr gering.

Im zweiten Fall bietet sich der Vorteil, daß das Schaufelrad einteilig ausgebildet werden kann. Die Reduzierung der Bremswirkung ist in diesem Falle noch in ausreichendem Maße gegeben.

Gemäß Anspruch 2 ist eines der beiden Schaufelräder — Rotor oder Stator — aus vorzugsweise zwei hintereinanderliegenden Schaufelkränzen zusammengesetzt, die gemeinsam ein Schaufelrad üblicher Art bilden können. Durch die relative Verdrehung eines Schaufelkranzes zum anderen läßt sich erreichen, daß in einer bestimmten ersten Stellung die Schaufeln fluchten, während in jeder anderen Stellung die Schaufeln in Strömungsrichtung gegeneinander versetzt sind.

Bei einer Verdrehung um etwa ¹Zt Schaufelteilung ist der Versatz der Schaufeln beider Schaufelkränze gegeneinander am größten. In dieser zweiten Stellung ist die Umlenkwirkung der Schaufeln aller Schaufelkränze nahezu aufgehoben, da das Strömungsmittel wechselweise den Schaufeln beider Schaufelkränze ausweichen kann, ohne in die Richtung entgegen der Drehrichtung des Rotors umgelenkt zu werden. Hierdurch ist die Reduzierung der Bremswirkung sehr wirkungsvoll und durch die Verstellmöglichkeit eines Schaufelkranzes auch leicht steuerbar.

Eine vorteilhafte Betriebsweise der hydrodynamischen Bremse ist dadurch möglich, daß die Freigabe der Nebenschlußöffnungen dem Leerlaufzustand zugeordnet wird, wodurch geringere Leerlaufverluste auftreten und der Verschluß der Nebenschlußöffnungen im Bremsbetrieb vorgenommen wird, wenn das volle Bremsmoment abverlangt wird. Diese Zuordnungen können als Grundlage zu einer selbsttätigen Steuerung der Nebenschlußöffnungen gemäß Anspruch 3 dienen, mit der die Gesamtanordnung wesentlich vereinfacht wird.

Es kann je nach Anwendungsfall vorteilhaft sein, die Verstellung des Schaufelrades und damit der Nebenschlußöffnungen durch eine Servoeinrichtung von außen zu beeinflussen.

Hierdurch kann die Bremswirkung von beliebig wählbaren Betriebsparametern abhängig gemacht werden, z. B. um die Bremsleistung zu regeln. Hierzu wäre nur die Verdrehung eines einfachen Bauteiles, z. B. des Schaufelkranzes, erforderlich.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Fig. 1 bis 10 erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine hydrodynamische Bremse im achsparallelen Teilschnitt, bei der das Stator-Schaufelrad aus zwei Schaufelrad-Elementen zusammengesetzt ist und das dem Rotor-Schaufelrad zugewandte Schaufelrad-Element begrenzt drehbar ist,

Fig. 2 eine andere hydrodynamische Bremse im achsparallelen Teilschnitt, ähnlich der in Fig. 1 dargestellten, wobei jedoch das dem Rotor-Schaufelrad abgewendete Schaufelrad-Element begrenzt drehbar ist,

Fig. 3 eine weitere hydrodynamische Bremse im achsparallelen Teilschnitt, bei der das Stator-Schaufelrad im ganzen gegenüber dem Trägerteil (Gehäuse) begrenzt verdrehbar ist, mit Öffnungen in der Toruswandung in jedem Schaufelzwischenraum und zugeordneten Öffnungen im Trägerteil, die zu einem entlüfteten Raum führen,

ίο F i g. 4 eine hydrodynamische Bremse, ähnlich der in Fig. 3, jedoch führen die Öffnungen im Trägerteil zu einem Ringkanal,

F i g. 5 eine axiale Teilansicht des aus zwei Schaufelrad-Elementen bestehenden Stators nach Fig. 1 in der Bremsstellung mit in Strömungsrichtung fluchtenden Schaufelabschnitten,

F i g. 6 die gleiche Teilansicht wie F i g. 5, jedoch in der Leerlaufstellung mit versetzten Schaufelabschnitten,

ao Fig. 7 und 8 eine schematische Darstellung der Schaufeln des zweiteiligen Stator-Schaufelrades der hydrodynamischen Bremse nach Fig. 1, Schnittverlauf VII-VII bzw. VIII-VHI, wie in Fig. 5 bzw. 6 gekennzeichnet, wobei Fig. 7 die Bremsstellung und

*5 F i g. 8 die Leerlaufstellung zeigt,

Fig. 9 und 10 eine schematische Darstellung der Schaufeln des einteiligen Stator-Schaufelrades der hydrodynamischen Bremse nach Fig. 4, Schnittverlauf ähnlich wie bei den Darstellungen Fig.7und8; F i g. 9 zeigt dabei die Schaufelräder in der Bremsstellung und Fig. 10 die gleichen Schaufelräder in der Leerlaufstellung.

Die in Fig. 1, 5, 6, 7 und 8 dargestellte hydrodynamische Bremse besteht aus dem Rotor-Schaufelrad 11, das beispielsweise mit einem Getriebeteil verbindbar ist, und aus einem zweiteiligen Stator-Schaufelrad, das aus zwei hintereinanderliegenden Schaufelrad-Elementen 12 und 13 besteht. Das dem Rotor 11 benachbarte Schaufelrad-Element 12 weist gegenüber dem fest mit einem Gehäuseteil verbundenen Schaufelrad-Element 13 ein durch Anschläge 14, 15 und 16, 17 (Fig. 5 und 6) begrenztes Verdrehspiel auf. In der durch die Anschläge 16 und 17 gegebenen Relativstellung bilden beide Schaufelrad-Elemente 12 und 13 gemeinsam ein Stator-Schaufelrad üblicher Bauart, da die Schaufeln entsprechend aufeinander abgestimmt sind.

In einer anderen Relativstellung beider Schaufelrad-Elemente 12 und 13, entsprechend den Anschlägen 14 und 15, sind deren Schaufeln um etwa V2 Schaufelteilung in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt, so daß an der Trennfuge zwischen beiden Schaufelrad-Elementen breite Nebenschlußöffnungen JV (Fig. 8) vorhanden sind, die eine Strömung quer zur ursprünglichen Schaufelrichtung erlauben, wobei das Strömungsmittel wechselweise den Schaufeln der Schaufelrad-Elemente 12 und 13 aus* weicht.
Mehrere Federn 19 sind so zwischen dem gehäusefesten Schaufelelement 13 und dem begrenzt drehbeweglichen Schaufelrad-Element 12 angeordnet, daß eine der hydrodynamischen Momentwirkung entgegengerichtete Verdrehfederung gebildet wird. Die Höhe des Momentes aus der Federkraft dieser Verdrehfederung ist so abgestimmt, daß sie das relativ geringe Leerlaufmoment des Schaufelrad-Elementes 12 bei entleerter Kupplung übersteigt, jedoch unter dem hydrodynamischen Moment des Schaufelrad-

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Elementes 12 bei gefüllter bzw. teilgefüllter Bremse und öffnungen des Arbeitsraumes der Bremse zu bleibt. Im Leerlaufbetrieb kommen infolgedessen die dem Raum 36 hin bilden, die einen Nebenschluß-Anschläge 14 und 15 (Fig. 6) und im Bremsbetneb strom des Strömungsmediums — Strömungsmittel die Anschläge Ii und 17 (Fig. 5) zur Anlage, d. h. und/oder Luft — zur Umgehung der Stator-Schaudie Steuerung der Nebenschlußöffnungen zwischen 5 fein ermöglichen.

den Schaufeln der beiden Schaufelrad-Elemente er- Diese Endlage des verdrehbaren Stator-Schaufel-

folgt damit selbsttätig. rades 32, bei denen die Nebenschlußöffnungen 34,

Dieser Vorgang geht auch aus den F i g. 7 und 8 36 geöffnet sind, wird bei entleerter Bremse, bei-

hervor, die einen Teil der Schaufelräder in Umfangs- spielsweise durch eine Verdrehfederung, entsprechend

richtung geschnitten schematisch darstellen. Fig. 7 io den vorherigen Beispielen, eingestellt und wechselt

zeigt die fluchtenden Schaufelabschnitte der Schaufel- bei Befüllung der Bremse infolge höherer hydrodyna-

rad-Elemente 12 und 13 in der Bremsstellung; Fig. 8 mischer Momente selbsttätig in die andere Endlage

dagegen zeigt die Schaufelabschnitte in gegeneinan- durch Verdrehen des Stator-Schaufelrades. In diesen

der versetzter Stellung im Leerlaufbetrieb. Endlagen sind die öffnungen 34 und 36 so weit gegen-

Die in Fig. 2 dargestellte hydrodynamische Bremse 15 einander versetzt, daß die Nebenschlußöffnungen zum besteht ebenfalls aus einem Rotor-Schaufelrad 21 Raum 35 geschlossen sind. Dieser Vorgang geht auch und einem aus zwei Schaufelrad-Elementen22und23 aus den Fig. 9 und 10 hervor, wobei Fig. 10 die bestehenden Stator-Schaufelrad. In diesem Beispiel Leerlaufstellung mit geöffneten Nebenschlußöffnunist jedoch das dem Rotor21 benachbarte Schaufel- gen 34, 36 und Fig. 9 die Bremsstellung mit gerad-Element 23 fest mit einem Gehäuseteil verbun- ao schlossenen Nebenschlußöffnungen zeigt,
den, während das andere Schaufelrad-Element 22 Die hydrodynamische Bremse nach Fig. 4 entbegrenzt verdrehbar ist und auch über eine Verdreh- spricht der vorhergehend beschriebenen Bremse weitfederung selbsttätig seine Stellung zum Schaufelkranz gehend bis auf das Merkmal, daß die Nebenschluß-23 ändert. Die schematischen Darstellungen (F i g. 7 öffnungen statt in einen entlüfteten Raum in einen und 8) gelten auch sinngemäß für diese hydrodyna- as Ringkanal 37 münden, der nicht entlüftet zu sein mische Bremse. braucht und der beispielsweise in eine Gehäusewand

Die hydrodynamische Bremse nach F i g. 3 besteht eingegossen sein kann.

dagegen aus einteiligen Schaufelrädern, Rotor 31 und In den beschriebenen Beispielen wurden die beStator 32. Das Stator-Schaufelrad 32 ist gegenüber grenzt verdrehbaren Schaufelkränze 12, 23 bzw. das einem benachbarten und abstützenden Gehäuseteil 30 Schaufelrad 32 durch die einwirkenden Brems-33 begrenzt verdrehbar und weist in der Toruswan- momente und eine entgegengerichtete Verdrehfededung zwischen jeder Schaufel, d. h. in den Schaufel- rung selbsttätig eingestellt. Es ist jedoch in allen bezwischenräumen, Durchbrüche 34 auf. Das Gehäuse- schriebenen Fällen auch möglich, die Schaufelradteil 33, beispielsweise eine Gehäusezwischenwand, Elemente bzw. -räder durch eine Stelleinrichtung, grenzt an einen ringförmigen, entlüfteten Raum 35, 35 z. B. einen Servozylinder an Stelle der Druckfedern z. B. eines Getriebes, und weist eine gleiche Anzahl 19 zu verstellen.

Durchbrüche 36 auf, die nach Form, Größe und Ferner ist es ohne weiteres denkbar, auch in Rotor-Lage so auf die Durchbrüche 34 im Stator-Schaufel- Schaufelrädern Schaufelrad-Elemente verdrehbar anrad abgestimmt sind, daß sie mit diesen in einer durch zuordnen, obwohl es im Regelfall unkomplizierter erAnschläge begrenzten Endlage des verdrehbaren 40 scheint, diese Maßnahme bei einem ortsfesten Stator-Stator-Schaufelrades 32 etwa deckungsgleich sind Schaufelrad anzuwenden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Hydrodynamische Bremse mit einem angetriebenen und einem festgehaltenen Schaufelrad (Rotor und Stator), dadurch gekennzeichnet, daß eines dieser Schaufelräder (32) in einem zugeordneten Schaufelradträger (33) begrenzt verdrehbar gelagert ist und in seiner torusförmigen Außenschale, etwa im mittleren Durchmesserbereich des Strömungskreislaufs und zwisehen den Schaufeln Durchbrüche (34) aufweist, die einer gleichen Anzahl Durchbrüchen (36) im Schaufelradträger (33) zugeordnet sind, wobei die Durchbrüche (34) des Schaufelrades und diejenigen (36) des Schaufelradträgers hinsichtlich Form, Größe und Lage jeweils aufeinander abgestimmt sind, daß sie in einer ersten Endlage des Verdrehweges miteinander etwa deckungsgleich sind und dadurch Nebenschlußöffnungen für das Strömungsmittel zu einem benachbarten Raum (35, 37) bilden und in der zweiten Endlage des Verdrehweges gegeneinander ausreichend versetzt sind, um die Nebenschlußöffnungen abzuschließen.

2. Hydrodynamische Bremse mit einem angetriebenen und einem festgehaltenen Schaufelrad (Rotor und Stator), dadurch gekennzeichnet, daß eines dieser Schaufelräder aus mehreren kranzförmigen, axial hintereinander angeordneten Schaufelrad-Elementen (12 und 13, 22 und 23) zusammengesetzt ist, von denen mindestens eines (12, 22) gegenüber den übrigen (13 bzw. 23) begrenzt verdrehbar gelagert ist und alle Schaufelrad-Elemente (12, 13 bzw. 22, 23) in einer ersten Endlage des Verdrehweges infolge aufeinander abgestimmter Schaufelabschnitte jeweils gemeinsame, in Stromrichtung fluchtend durchgehende Schaufeln bilden und in der zweiten Endlage des Verdrehweges die Schaufelabschnitte der Schaufelelemente so weit quer zur Stromrichtung gegeneinander versetzt sind, daß sich zwischen den Schaufelabschnitten Spalten (N) als Nebenschlußöffnungen bilden, die durch Verdrehung der Schaufelrad-Elemente (12 gegenüber 13, 22 gegenüber 23) gegeneinander in die erste Endlage verschließbar sind.

3. Hydrodynamische Bremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das relativ drehbare Schaufelrad (32) bzw. Schaufelrad-Element (12, 22) mit seinem Schaufelradträger (33) oder entsprechenden Trägerteil (13, 23) über eine Verdrehfederung (19) verbunden ist, deren Kräfte dem hydrodynamischen Reaktionsmoment entgegengerichtet sind.

4. Hydrodynamische Bremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Servoeinrichtung (z. B. Kolben) für die relative Verdrehung des Schaufelrades (32) bzw. Schaufelrad-Elementes (12, 22) zur Steuerung der Nebenschlußöffnungen OV, 34, 36) vorgesehen ist.

5. Hydrodynamische Bremse nach Anspruch 4, ⁶« dadurch gekennzeichnet, daß die Servoeinrichtung für die relative Verdrehung des Schaufelrades (32) bzw. Schaufelrad-Elementes (12, 22) zur Steuerung der Nebenschlußöffnungen (N, 34, 36) von einer Einrichtung zur Steuerung der Bremsleitung innerhalb des Bremsbetriebes betätigt wird.

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Bremse mit einem angetriebenen und einem festgehaltenen Schaufelrad nach dem Föttinger-Prinzip.

Bremsen dieser Art, die auch als Retarder bezeichnet werden, haben den Vorzug, die abzubremsende Energie ohne Verschleiß in Wärme umzuwandeln. Ein besonderes Problem ist jedoch die Verlustleistung im Leerlauf, die trotz entleertem Arbeitsraum der Bremse infolge der Luftzirkulation und anderer Einflüsse noch erheblich störend sein kann.

Es ist bekannt, im Leerlaufzustand Strömungshindernisse, wie z. B. Blenden, zwischen beiden Schaufelrädern anzuordnen, um die Zirkulation von Luft und gegebenenfalls restlichem Strömungsmittel zu verhindern.

Die hydrodynamischen Bremsen dieser Art sind dadurch jedoch kompliziert, nicht zuletzt wegen des Betätigungsorgans, das die Strömungshindernisse in den Kreislauf hinein- und auch wieder zurückbewegen muß. Ein Beispiel für Bremsen dieser Art geht aus der DT-OS 16 75 248 hervor, bei dem axial verschiebliche Paßstücke in den Schaufelzwischenräumen des Stators angeordnet sind, die im Leerlauf bis etwa zum Schaufelradspalt zwischen Rotor und Stator vorgeschoben werden und die eine Strömungsmittelzirkulation unterbinden. Die Vielzahl der dabei erforderlichen Paßstücke und eine gleiche Zahl an Betätigungsgliedern zur Verschiebung dieser Paßstücke erhöhen natürlich den Herstellaufwand einer solchen Bremse wesentlich.

Die Aufgabe dieser Erfindung ist eine kostengünstig herstellbare hydrodynamische Bremse, bei der das Bremsmoment im Leerlauf, das als Verlust wirkt, gering ist. Zusätzlich ist es wünschenswert, daß die gleiche Maßnahme, die das Verlustmoment im Leerlauf gering hält, auch zur steuerbaren Verminderung der Momentwirkung im Bremsbetrieb benutzt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch eine hydrodynamische Bremse mit den Merkmalen nach Anspruch 1 oder 2 gelöst, die auf dem gleichen Lösungsprinzip beruhen.

Der beiden Lösungen gemeinsame Erfindungsgedanke ist der, daß bei einer hydrodynamischen Bremse nach dem Oberbegriff ein Schaufelkranz gegenüber seinem Trägerteil begrenzt verdrehbar ist und daß die Schaufelkammern dieses verdrehbaren Schaufelkranzes untereinander veränderbare Nebenschlußöffnungen in Verbindung stehen, die durch Relativdrehung des Schaufelkranzes geöffnet bzw. geschlossen werden und bei öffnung dem Strömungsmittel einen abweichenden Strömungsweg zur Umgehung der Schaufelumlenkung erlauben, um damit die Bremswirkung (bei jedem Medium) zu vermindern.

Es wird also die Zirkulation des Strömungsmediums (öl und/oder Luft) im Arbeitsraum der Bremse nicht unterbunden, sondern es wird die Umlenkung der Strömung im Schaufelbereich, von der die Momentwirkung abhängt, wesentlich vermindert. Sämtliche Nebenschlußöffnungen werden dabei durch einfache Relativdrehung eines Schaufelrades geschlossen oder geöffnet, was durch kostengünstige, den Bauraumanspruch der Bremse kaum vergrößernde konstruktive Maßnahmen erreicht werden kann. Dabei ist die verlustmindernde Wirkung der Nebenschlußöffnungen beachtlich, besonders bei den — allgemein üblichen —■ Retardern mit in Umfangsrichtung schräg angestellten Schaufeln.