DE2526663C2 - Hydrodynamische Bremse - Google Patents

Description

elemente so weit quer zur Stromrichtung gegen- Diese Aufgabe wird durch eine hydrodynamische einander versetzt sind, daß sich zwischen den 4° Bremse mit den Merkmalen nach Anspruch 1 oder 2 Schaufelabschnitten Spalten (N) als Nebenschluß- gelöst, die auf dem gleichen Losungsprinzip beruhen. Öffnungen bilden, die durch Verdrehung der Der beiden Lösungen gemeinsame Erfindungs-Schaufelrad-Elemente (12 gegenüber 13, 22 ge- gedanke ist der, daß bei einer hydrodynamischen genüber 23) gegeneinander in die erste Endlage Bremse nach dem Oberbegriff ein Schaufelkranz verschließbar sind. 45 gegenüber seinem Trägerteil begrenzt verdrehbar ist

3. Hydrodynamische Bremse nach Anspruch 1 und daß die Schaufelkammern dieses verdrehbaren oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das relativ Schaufelkranzes untereinander veränderbare Nebendrehbare Schaufelrad (32) bzw. Schaufelrad- schlußöffnungen in Verbindung stehen, die durch Element (12, 22) mit seinem Schaufelradträger Relativdrehung des Schaufelkranzes geöffnet bzw. (33) oder entsprechenden Trägerteil (13, 23) über 5° geschlossen werden und bei Öffnung dem Strömungseine Verdrehfederung (19) verbunden ist, deren mittel einen abweichenden Strömungsweg zur UmKräfte dem hydrodynamischen Reaktionsmoment gehung der Schaufelumlenkung erlauben, um damit entgegengerichtet sind. die Bremswirkung (bei jedem Medium) zu vermin-

4. Hydrodynamhche Bremse nach Anspruch 1 dem.

oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Servo- 55 Es wird also die Zirkulation des Strömungseinrichtung (z. B. Kolben) für die relative Ver- mediums (öl und/oder Luft) im Arbeitsraum dei drehung des Schaufelrades (32) bzw. Schaufelrad- Bremse nicht unterbunden, sondern es wird die UmElementes (12, 22) zur Steuerung der Neben- lenkung der Strömung im Schaufelbereich, von dei schlußöffnungen (N, 34, 36) vorgesehen ist. die Momentwirkung abhängt, wesentlich vermindert

5. Hydrodynamische Bremse nach Anspruch 4, 60 Sämtliche Nebenschlußöffnungen werden dabei durcl dadurch gekennzeichnet, daß die Servoeinrich- einfache Relativdrehung eines Schaufelrades getung für die relative Verdrehung des Schaufel- schlossen oder geöffnet, was durch kostengünstige rades (32) bzw. Schaufelrad-Elementes (12, 22) den Bauraumanspruch der Bremse kaum vergrö zur Steuerung der Nebenschlußöffnungen (N, 34, Bernde konstruktive Maßnahmen erreicht werdet 36) von einer Einrichtung 2.ur Steuerung der 65 kann. Dabei ist die verlustmindernde Wirkung de: Bremsleitung innerhalb des Bremsbetriebes be- Nebenschlußöffnungen beachtlich, besonders bei dei tätigt wird. — allgemein üblichen — Retardem mit in Umfangs

richtung schräg angestellten Schaufeln.

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 and das zirkulierende Medium, Strömungsmittel oder Luft, nur wenig von den Schaufehl 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 bfcälen 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 einer bestimmten ersten Stellung die Schaufeln

fluchten, während in jeder anderen Stellung die Schaufeln in Strömungsrichtung gegeneinander versetzt sind.

Bei einer Verdrehung um etwa Vs 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 Bremsrooment 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 ehe weitere hydrodynamische Bremse im achsparallelen Teilschnitt, bei der das Stator-Schauf elrad im ganzen gegenüber dem Trägerteil (Gehäuse) begrenzt verdrehbar ist; mit Offnungen in der Toruswandung in jedem Schaufelzwischenraum und zugeordneten Öffnungen im Trägerteil, die zu einem entlüfteten Raum führen,

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. Vlll-yill, wie in Fig. 5 bzw. 6 gekennzeichnet, wobei F i g. 7 die Bremsstellung und as F i g. 8 die Leerlaufstellung zeigt,

Fig. 9 und 10 eine schematische Darstellung der Schaufeln des einteiligen Stator-Schaufelrades der hydrodynamischen Bremse nach F i g. 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 Vi Schaufel teilung in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt, so daß an der Trennfuge zwischen beiden Schaufelrad-Elementen breite Nebenschlußöffnungen N (Fig. 8) vorhanden sind, die eine Strömung quer zur ursprünglichen Schaufelrichtung erlauben, wobei das Strömungsmittel wechselweise den Schaufeln der Schaufelrad-Elemente 12 und 13 ausweicht.

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-

Elementes 12 bei gefüllter bzw. teilgefüllter Bremse bleibt. Im Leerlaufbetrieb kommen infolgedessen die Anschläge 14 und 15 (F i g. 6) und im Bremsbetrieb die Anschläge 16 und 17 (F i g. 5) zur Anlage, d. h. die Steuerung der Nebenschlußöffnungen zwischen den Schaufeln der beiden Schaufelrad-Elemente erfolgt damit selbsttätig.

Dieser Vorgang geht auch aus den F i g. 7 und 8 hervor, die einen Teil der Schaufelräder in Umfangsrichtung geschnitten schematisch darstellen. Fig. 7 zeigt die fluchtenden Schaufelabschnitte der Schaufelrad-Elemente 12 und 13 in der Bremsstellung; F i g. 8 dagegen zeigt die Schaufelabschnitte in gegeneinander versetzter Stellung im Leerlaufbetrieb.

Die in F ig. 2 dargestellte hydrodynamische Bremse besteht ebenfalls aus einem Rotor-Schaufelrad 21 und einem aus zwei Schaufelrad-Elementen 22 und 23 bestehenden Stator-Schaufelrad. In diesem Beispiel ist jedoch das dem Rotor 21 benachbarte Schaufelrad-Element 23 fest mit einem Gehäuseteil verbunden, während das andere Schaufelrad-Element 22 begrenzt verdrehbar ist und auch über eine Verdrehfederung selbsttätig seine Stellung zum Schaufeikranz 23 ändert. Die schematischen Darstellungen (F i g. 7 und 8) gelten auch sinngemäß für diese hydrodynamische Bremse.

Die hydrodynamische Bremse nach F i g. 3 besteht dagegen aus einteiligen Schaufelrädern, Rotor 31 und Stator 32. Das Stator-Schaufelrad 32 ist gegenüber einem benachbarten und abstützenden Gehäuseteil 33 begrenzt verdrehbar und weist in der Toruswandung zwischen jeder Schaufel, d. h. in den Schaufelzwischenräumen, Durchbrüche 34 auf. Das Gehäuseteil 33, beispielsweise eine Gehäusezwischenwand, grenzt an einen ringförmigen, entlüfteten Raum 35, z. B. eines Getriebes, und weist eine gleiche Anzahl Durchbrüche 36 auf, die nach Form, Größe und Lage so auf die Durchbrüche 34 im Stator-Schaufelrad abgestimmt sind, daß sie mit diesen in einer durch Anschläge begrenzten Endlage des verdrehbaren Stator-Schaufelrades 32 etwa deckungsgleich sind und öffnungen des Arbeitsraumes der Bremse zu dem Raum 36 hin bilden, die einen Nebenschlußstrom des Strömungsmediums — Strömungsmittel und/oder Luft — zur Umgehung der Stator-Schaufein ermöglichen.

Diese Endlage des verdrehbaren Stator-Schaufelrades 32, bei denen die Nebenschlußöffnungen 34, 36 geöffnet sind, wird bei entleerter Bremse, beispielsweise durch eine Verdrehfederung, entsprechend

ίο den vorherigen Beispielen, eingestellt und wechselt bei Befüllung der Bremse infolge höherer hydrodynamischer Momente selbsttätig in die andere Endlage durch Verdrehen des Stator-Schaufelrades. In diesen Endlagen sind die öffnungen 34 und 36 so weit gegeneinander versetzt, daß die Nebenschlußöffnungen zum Raum 35 geschlossen sind. Dieser Vorgang geht auch aus den Fig. 9 und 10 hervor, wobei Fig. 10 die Leerlaufstellung mit geöffneten Nebenschlußöffnungen 34, 36 und Fig. 9 die Bremsstellung mit ge-

ao schlossenen Nebenschlußöffnungen zeigt.

Die hydrodynamische Bremse nach Fig. 4 entspricht der vorhergehend beschriebenen Bremse weitgehend bis auf das Merkmal, daß die Nebenschlußöffnungen statt in einen entlüfteten Raum in einen

»5 Ringkanal 37 münden, der nicht entlüftet zu sein braucht und der beispielsweise in eine Gehäusewancä eingegossen sein kann.

In den beschriebenen Beispielen wurden die begrenzt verdrehbaren Schaufelkränze 12, 23 bzw. das Schaufelrad 32 durch die einwirkenden Bremsmomente und eine entgegengerichtete Verdrehfederung selbsttätig eingestellt. Es ist jedoch in allen beschriebenen Fällen auch möglich, die Schaufelrad-Elemente bzw. -räder durch eine Stelleinrichtung,

z. B. einen Servozylinder an Stelle der Druckfedern 19 zu verstellen.

Ferner ist es ohne weiteres denkbar, auch in Rotor-Schaufelrädern Schaufelrad-Elemente verdrehbar anzuordnen, obwohl es im Regelfall unkomplizierter erscheint, diese Maßnahme bei einem ortsfesten Stator-Schaufelrad anzuwenden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Patentansprüche: Bremse mit einem angetriebenen und einem festgehal-

1. Hydrodynamische Bremse mit einem ange- tenen Schaufelrad nach dem Föttinger-Prinzip

triebenen und einem festgehaltenen Schaufelrad Bremsen dieser Art, die auch ak Retarder bezetth-

(Rotor und Stator), dadurch gekenn- 5 net werden, haben den Vorzug die abzubremsende

zeVchnet? άί ein£ dieser Schaufebäder (32) Energie ohne Verschleiß in Warme ^wandeln,

in einem zugeordneten Schaufelradträger (33) be- Ein besonderes Problem ,st jedoch die Veriustleistung

grenzt verdrehbar gelagert ist und in seiner torus- im Leerlauf, die trotz enüeertem Arbeitsraum der

förmigen Außenschalef etwa im mittleren Durch- Bremse infolge der Luftzirkulation und anderer Em-

messerbereich des Strömungskreislaufs und zwi- io flüsse noch erhebhch storend sein kann

sehen den Schaufeln Durchbrüche (34) aufweist, Es ist bekannt, im Leerlaufzustand Stromungs-

die einer gleichen Anzahl Durchbrächen (36) im hindernisse, wie z. B. Blenden, zwischen beiden

Schaufelradträger (33) zugeordnet sind, wobei die Schaufelrädern anzuordnen, um die Zirkulation von

Durchbrüche (34) des Schaufelrades und die- Luft und gegebenenfalls restlichem Stromungsmittel

jenigen (36) des Schaufelradträgers hinsichtlich 15 zu verhindern.

Form, Größe und Lage jeweils aufeinander ab- Die hydrodynamischen Bremsen dieser Art sind

Bestimmt sind, daß sie in einer ersten Endlage des dadurch jedoch kompliziert, nicht zuletzt wegen des

Verdrehweges miteinander etwa deckungsgleich Betätigungsorgans, das die Strömungshindernisse in

sind und dadurch Nebenschlußöffnungen für das den Kreislauf hinein- und auch wieder zurückbewe-

Strömungsmittel zu einem benachbarten Raum ao gen muß. Ein Beispiel für Bremsen dieser Art geht

(35, 37) bilden und in der zweiten Endlage des aus der DT-OS 16 75 248 hervor, bei dem axial ver-

Verdrehweges gegeneinander ausreichend versetzt schiebliche Paßstücke in den Schaufelzwischenräumen

sind, um die Nebenschlußöffnungen abzuschließen. des Stators angeordnet sind, die im Leerlauf bis etwa

2. Hydrodynamische Bremse mit einem ange- zum Schaufelradspalt zwischen Roter und Stator vortriebenen und einem festgehaltenen Schaufelrad »5 geschoben werden und die eine Strömungsmittel-(Rotor und Stator), dadurch gekennzeichnet, daß zirkulation unterbinden. Die Vielzahl der dabei ereines dieser Schaufelräder aus mehreren kranz- forderlichen Paßstücke und eine gleiche Zahl an Beförmigen, axial hintereinander angeordneten tätigungsgliedern zur Verschiebung dieser Paßstücke Schaufelrad-Elementen (12 und 13, 22 und 23) erhöhen natürlich den Herstellaufwand einer solchen zusammengesetzt ist, von denen mindestens eines 3» Bremse wesentlich.

(12, 22) gegenüber den übrigen (13 bzw. 23) be- Die Aufgabe dieser Erfindung ist eine kostengüngrenzt verdrehbar gelagert ist uid alle Schaufel- stig herstellbare hydrodynamische Bremse, bei der rad-Elemente (12, 13 bzw. 22, 23) in einer ersten das Bremsmoment im Leerlauf, das als Verlust wirkt, Endlage des Verdrehweges infolge aufeinander gering ist. Zusätzlich ist es wünschenswert, daß die abgestimmter Schaufelabsc.hnitte jeweils gemein- 35 gleiche Maßnahme, die das Verlustmoment im Leersame, in Stromrichtung fluchtend durchgehende lauf gering hält, auch zur steuerbaren Verminderung Schaufeln bilden und in der zweiten Endlage des der Momentwirkung im Bremsbetrieb benutzt werden Verdrehweges die Schaufelabschnitte der Schaufel- kann.