DE2533514B1

DE2533514B1 - Regeleinrichtung fuer hydraulische leistungsbremsen

Info

Publication number: DE2533514B1
Application number: DE19752533514
Authority: DE
Inventors: Hans-Walter Dipl-Ing Dodt
Original assignee: Carl Schenck AG
Current assignee: Carl Schenck AG
Priority date: 1975-07-26
Filing date: 1975-07-26
Publication date: 1976-04-29
Also published as: DE2533514A1; IT1063669B; FR2319518B1; DE2533514C2; GB1546830A; FR2319518A1; JPS556779B2; JPS5217168A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für hydraulische Leistungsbremsen mit einem den Austrittsquerschnitt für die aus der Leistungsbremse ausströ- mende Arbeitsflüssigkeit verändernden Ventil, das mit einem Kolben verbunden ist, der mit einer Druckflüssigkeit beaufschlagt wird, die von einer mit der Drehzahl der Leistungsbremse angetriebenen Verdrängerpumpe durch einen verstellbaren Drosselquerschnitt gefördert wird.

Es ist bekannt, zur Regelung von hydraulischen Leistungsbremsen den Austrittsquerschnitt zu verändern, so daß sich in der Leistungsbremse jeweils ein anderer Füllungsstand einstellt.

Auf diese Weise geregelte Leistungsbremsen zeigen jedoch in verschiedenen Betriebspunkten unterschiedliches Regelverhalten, insbesondere wenn die Querschnittsänderung sehr rasch erfolgt.

Es ist bekannt (DT-PS 7 28 010 und DT-AS 1011171), den Austrittsquerschnitt für die aus der Leistungsbremse ausströmende Arbeitsflüssigkeit mittels eines Ventils zu verändern, das mit einem Kolben verbunden ist, auf den der Förderdruck einer von der Bremsenwelle angetriebenen Kreiselpumpe wirkt. Die hierfür erforderlichen Ventilkonstruktionen sind verhältnismäßig aufwendig. Weitere Schwierigkeiten ergeben sich durch den von der Kreiselpumpe gelieferten Druck. Wenn die Kreiselpumpe in ihren Abmessungen angenähert der Beschaufelung der Leistungsbremse angepaßt ist, liefert die Kreiselpumpe bei niedrigen Drehzahlen nur einen sehr geringen Druck, so daß zur Erzielung des geforderten Bremsendruckes besondere konstruktive Maßnahmen erforderlich sind, beispielsweise müssen zusätzliche Kolbenflächen in gleicher Kraftrichtung mit einem Druck beaufschlagt werden, der größer ist als der von der Kreiselpumpe erzeugte Druck. Bei hohen Drehzahlen erzeugt die Kreiselpumpe aber einen sehr hohen Druck, der weit über dem benötigten Druck liegt.

Bei einer bekannten Regeleinrichtung der eingangs genannten Art (DT-PS 7 44 509) wird das mit dem Ventil im Austrittsquerschnitt der Leistungsbremse verbundene Verdrängerbauteil, beispielsweise ein Kolben, mit einem von einer Verdrängerpumpe gelieferten Druck beaufschlagt, die mit der Drehzahl der Leistungsbremse angetrieben wird. Hierbei wird das Verdrängerbauteil (Membran oder Kolben) in einem von der Arbeitsflüssigkeit (Wasser) getrennten, geschlossenen ölkreislauf mit Drucköl beaufschlagt, um den Austrittsquerschnitt der Leistungsbremse zu verändern. Deshalb ist eine Abdichtung zwischen dem Ventil und dem Verdrängerbauteil erforderlich. Die dadurch bedingte Reibung führt dazu, daß die Regeleinrichtung nur ungenau und mit Hysterese arbeitet. Außerdem ist der Aufbau der Regeleinrichtung verhältnismäßig aufwendig.

Diese Schwierigkeiten haben dazu geführt, daß in der Praxis bisher Regeleinrichtungen mit elektronischen Steuerungen der Vorzug gegeben wurde. Vor allem bei verhältnismäßig kleinen Leistungsbremsen machen die Kosten der elektronischen Einrichtung aber einen sehr großen Teil der ^-Gesamtherstellungskosten der Leistungsbremse aus, so daß bisher in vielen Fällen aus Kostengründen davon Abstand genommen wurde, kleinere Leistungsbremsen und vor allem auch bereits im Betrieb befindliche Leistungsbremsen mit einer Regeleinrichtung zu versehen, weil deren Kosten sehr hoch waren.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine in ihrem mechanischen Aufbau einfache, verzögerungsfrei ansprechende und weitestgehend reibungsfreie Regeleinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kolben schwimmend in einem Zylinder angeordnet ist und auf einer Seite mit dem Druck der austretenden Arbeitsflüssigkeit und auf der anderen Seite mit dem Druck der von der Verdrängerpumpe geförderten Arbeitsflüssigkeit beaufschlagt wird und den Austrittsquerschnitt für die ausströmende Arbeitsflüssigkeit verändert.

Diese Regeleinrichtung ermöglicht bei einfachstem mechanischem Aufbau und ohne elektronische Steuerung eine praktisch verzögerungsfreie Regelung von hydraulischen Leistungsbremsen. Da der Kolben schwimmend in seinem Zylinder angeordnet ist, d. h. mit einem Abstand zur Zylinderwand, der einen Strömungsspalt für die Flüssigkeit darstellt, kann sich der Kolben praktisch reibungsfrei bewegen, so daß die Regeleinrichtung ohne Hysterese arbeitet. Mit sehr kleinen Förderdrücken, die mit der kleinen und einfach aufgebauten Verdrängerpumpe erzeugt werden, lassen sich auch für große Leistungsbremsen und entsprechend große Austrittsquerschnitte rasche und genau einstellbare Änderungen herbeiführen.

Im Gegensatz zu dem geschlossenen Druckölkreislauf bei der bekannten Regeleinrichtung, bei der eine

INSPECTED

gewisse Mindestrohrlänge erforderlich ist, ist die Länge der bei der erfindungsgemäßen Einrichtung nötigen Rohrleitungen sehr gering, so daß das Ventil auf Regeländerungen nahezu verzögerungsfrei anspricht. Da als einziges Druckmittel in der gesamten Einrichtung nur die Arbeitsflüssigkeit der Leistungsbremse, üblicherweise Wasser, verwendet wird, treten keinerlei Dichtungsprobleme auf.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß die Verdrängerpumpe die Arbeitsflüssigkeit von der Austrittsseite der Leistungsbremse zum Kolben fördert. Damit steht auf der Saugseite der Verdrängerpumpe schon ein verhältnismäßig hoher Druck an, so daß Förderleistung und Abnutzung in der Pumpe nur sehr gering sind. Wenn gemäß einer noch weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgedankens die von der Verdrängerpumpe beaufschlagte Kolbenfläche gleich der mit dem Druck der austretenden Arbeitsflüssigkeit beaufschlagten Fläche ist, wird die Verdrängerpumpe zur einfachen Dosierpumpe, die nur den geringen Widerstand in den Leitungen zu überwinden hat und deshalb sehr klein ausgeführt sein kann und nur sehr geringen Verschleiß aufweist.

Gemäß einer anderen Ausführungsform des Erfindungsgedankens ist es aber auch möglich, die von der Verdrängerpumpe beaufschlagte Kolbenfläche kleiner als die mit dem Druck der austretenden Arbeitsflüssigkeit beaufschlagte Fläche auszuführen, um zu verhindern, daß möglicherweise verschmutztes Wasser in den Raum unter dem Kolben gelangt.

In Weiterführung des Erfindungsgedankens kann vorgesehen werden, daß die Verdrängerpumpe die Arbeitsflüssigkeit von der Zuflußleitung der Leistungsbremse zum Kolben fördert. Damit erreicht man, daß der saugseitige Druck der Verdrängerpumpe konstant ist, was für manche Anwendungsfälle vorteilhaft sein kann. Die Temperatur der angesaugten Flüssigkeit ist niedrig, und die Flüssigkeit enthält keine Verunreinigungen, wie z. B. Kesselstein.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt in vereinfachter Darstellungsweise

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Regeleinrichtung an einer hydraulischen Leistungsbremse, wobei die Saugseite der Verdrängerpumpe mit der Austrittsseite der Leistungsbremse verbunden ist,

Fig.2 eine Darstellung ähnlich der Fig. I, wobei jedoch die Saugseite der Verdrängerpumpe mit der Zuflußleitung der Leistungsbremse verbunden ist, und

F i g. 3 in einem Schnitt durch Teile der Regeleinrichtung eine abgewandelte Ausführungsform, wobei die wirksamen Kolbenflächen auf beiden Seiten gleich sind.

Eine hydraulische Leistungsbremse 1, beispielsweise eine Wasserwirbelbremse, wird über ein Ventil 2 und eine Zuflußleitung 3 mit der Arbeitsflüssigkeit versorgt, bei den dargestellten Beispielen Wasser. Antrieb und Abtrieb der Leistungsbremse 1 sind der einfacheren Darstellung halber weggelassen. Das Wasser, das auch die Kühlung der Leistungsbremse übernimmt, tritt mit einem Austrittsdruck Pi durch die Austrittsleitung 4 der Leistungsbremse 1 aus.

Die Austrittsleitung 4 setzt sich in einem Zylinder 5 fort, in dem ein Kolben 6 schwimmend, d. h. mit einem Spalt von beispielsweise 0,1 bis 0,2 mm frei beweglich angeordnet ist. Eine mit dem Kolben 6 verbundene Kolbenstange 7 unterstützt die Führung des Kolbens 6 im Zylinder 5. In der Wand des Zylinders 5 sind Austrittsöffnungen 8 vorgesehen, die als gerade Schlitze oder sich in Bewegungsrichtung des Kolbens 6 erweitende oder verjügende Öffnungen ausgeführt sein können. Durch die Austrittsöffnungen 8 tritt das Wasser in einen am Zylinder 5 angebrachten Mantel 9, von wo es zu einem (nicht dargestellten) Speicherbehälter oder Wasserabfluß zurückfließt.

Die dem Bremsenaustritt zugekehrte Kolbenfläche 10 des Kolbens 6 wird von dem Druck Pi am Bremsenaustritt beaufschlagt. Auf die entgegengesetzte Kolbenfläche 11, die beim Beispiel nach Fig. 1 durch die Anordnung der Kolbenstange 7 etwas kleiner ist als die Kolbenfläche 10, wirkt ein Druck Pz, der von einer Verdrängerpumpe 12, beispielsweise einer Zahnradpumpe, Kolbenpumpe, Zahnringpumpe od. dgl. erzeugt wird. Die Verdrängerpumpe 12 wird über einen Zahnriemen 13 von der Welle 14 der Leistungsbremse 1 proportional zu der Bremsendrehzahl angetrieben. Von der druckseitigen Leitung 15 der Verdrängerpumpe 12 ist eine Abflußleitung 16 abgezweigt, in der sich ein verstellbares Ventil 17 befindet. Der Druck Pi hängt daher von der Drehzahl der Verdrängerpumpe 12 und der Einstellung des Ventils 17 ab.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 ist die Saugleitung 18 der Verdrängerpumpe 12 über ein Filter 19 so an das Gehäuse der Leistungsbremse 1 angeschlossen, daß das Wasser mit dem Druck Pi in die Saugleitung 18 der Pumpe 12 eintritt. Die von der Verdrängerpumpe 12 geförderte Wassermenge ist sehr klein im Verhältnis zu der aus dem Bremsenaustritt abfließenden Wassermenge, so daß die Pumpe 12, die Leitungen 15, 16, 18 sowie das Ventil 17 und das Filter 19 verhältnismäßig klein bemessen sein können.

Da die Fördermenge Q der Verdrängerpumpe 12 proportional zur Pumpendrehzahl η ist, tritt durch den freien Querschnitt des Ventils 17 die Fördermenge Q aus:

Q ~ A ■ \fPj.

Für den auf die untere Kolbenfläche 11 wirkenden Druck Pi gilt:

£■

n².

Bei konstanter Stellung des Ventils 17 ist also der Druck Pi direkt proportional dem Quadrat der Bremsendrehzahl. Der Druck Pi am Bremsenaustritt steigt quadratisch mit der Bremsendrehzahl; die Füllung in den Wirbelkammern der Leistungsbremse ist konstant, und die Drehmoment-Drehzahl-Kennlinien sind Parabeln mit der Gleichung M = a ■ if, wobei der Exponent χ nahe 2 liegt. Druckschwankungen im Wasserzufluß sind ohne Einfluß. Ein Druckregler oder ein Hochbehälter zur Erzielung eines konstanten Zulaufdruckes, die bisher erforderlich waren, sind nicht mehr nötig.

Bei den in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen ist die untere Kolbenfläche 11 etwas kleiner als die dem Bremsenaustritt zugekehrte Kolbenfläche 10. Die Verdrängerpumpe 12 fördert also bei konstantem Druckverhältnis Pi : Pi. Die Förderleistung und demzufolge die Abnutzung in der Pumpe 12 sind nur gering. Wenn man die beiden Kolbenflächen 10 und 11 gleich macht, dann wird die Verdrängerpumpe 12 zu einer einfachen Dosierpumpe, wenn man von dem geringen Strömungswiderstand in der Saugleitung 18 und der Druckleitung 15 absieht. Diese Ausführungsmöglichkeit ist in Fi g. 3 dargestellt. Die Kolbenstange

7 ist dort in einer geschlossenen Bohrung 20 des Zylindergehäuses geführt; die Bohrung 20 steht über eine Leitung 21 mit dem Zylinderraum in Verbindung, der mit dem Förderdruck Pi der Verdrängerpumpe 12 beaufschlagt wird.

In Anwendungsfällen, bei denen damit gerechnet werden muß, daß Verunreinigungen mit dem Wasser aus der Leistungsbremse 1 austreten, ist es im allgemeinen zweckmäßig, den Druck Pi etwas höher als den Druck P\ zu halten, d. h. die wirksame Kolbenfläche 11 etwas kleiner als die wirksame Kolbenfläche 10 auszuführen, so daß unter der Wirkung des größeren Druckes Pi ständig Wasser in dem Spalt zwischen dem Kolben 6 und dem Zylinder 5 strömt, so daß verhindert wird, daß verschmutztes Wasser in den Raum unter dem Kolben 6 gelangt.

Bei dem in F i g. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Saugleitung 18 der Verdrängerpumpe 12 über das Filter 19 unmittelbar an die Bremsenzuflußleitung 3 angeschlossen. In diesem Fall ist der Druck vor der Saugleitung 18 konstant; er beträgt etwa bis zu 0,4 bar und hängt von der Stellung des Ventils 2 ab, mit dem die benötigte Wassermenge eingestellt wird.

Die Steuerung der Leistungsbremse 1 erfolgt durch Verstellung des Ventils 17. Diese Verstellung hat eine praktisch verzögerungsfreie und hysteresefreie Veränderung der Austrittsquerschnitte 8 zuf Folge. Das Ventil 17 kann in Abhängigkeit von einer für den jeweiligen Anwendungsfall geeigneten Größe verstellt werden. Beispielsweise kann die Leistungsbremse so geregelt werden, daß ein drehzahlkonstanter Betrieb erreicht wird. Ebenso ist es möglich, einen momentenkonstanten Betrieb zu erreichen.

ίο Als zusätzliches Stellglied kann in der Bremsenaustrittsleitung 4 eine den Querschnitt verändernde Einrichtung, beispielsweise eine in Fig.2 gestrichelt angedeutete Drosselklappe 22 vorgesehen werden, durch deren Verstellung eine Parallelverschiebung der Bremsenkennlinie möglich ist.

Da als Druckmittel für die Verstellung des Kolbens 6 Wasser verwendet wird, dessen kinematische Zähigkeit sechzigmal geringer ist als die von Öl, sind die Reaktionszeiten dieser Regeleinrichtung schon aus diesem Grunde viel geringer als bei der bekannten Verwendung von Öl als Druckmittel.

Wie in den F i g. 1 und 2 angedeutet, kann die Verdrängerpumpe 12 über den Riementrieb 13 untersetzt angetrieben werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Regeleinrichtung für hydraulische Leistungsbremsen mit einem den Austrittsquerschnitt für die aus der Leistungsbremse ausströmende Arbeitsflüssigkeit verändernden Ventil, das mit einem Kolben verbunden ist, der mit einer Druckflüssigkeit beaufschlagt wird, die von einer mit der Drehzahl der Leistungsbremse angetriebenen Verdränger- <° pumpe durch einen verstellbaren Drosselquerschnitt gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (6) schwimmend in einem Zylinder (5) angeordnet ist und auf einer Seite (10) mit dem Druck (R) der austretenden Arbeitsflüssigkeit und auf der anderen Seite (11) mit dem Druck (Pi) der von der Verdrängerpumpe (12) geförderten Arbeitsflüssigkeit beaufschlagt wird und den Austrittsquerschnitt (8) für die ausströmende Arbeitsflüssigkeit verändert.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängerpumpe (12) die Arbeitsflüssigkeit von der Austrittsseite der Leistungsbremse (1) zum Kolben (6) fördert.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängerpumpe (12) die Arbeitsflüssigkeit von der Zuflußleitung (3) der Leistungsbremse (1) zum Kolben (6) fördert.

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Verdrängerpumpe (12) beaufschlagte Kolbenfläche (11) gleich der mit dem Druck (Pi) der austretenden Arbeitsflüssigkeit beaufschlagten Fläche (10) ist.

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Verdrängerpumpe (12) beaufschlagte Kolbenfläche (11) kleiner als die mit dem Druck (Pi) der austretenden Arbeitsflüssigkeit beaufschlagte Fläche (10) ist.