DE2533514C2

DE2533514C2 -

Info

Publication number: DE2533514C2
Application number: DE19752533514
Authority: DE
Inventors: Hans-Walter Dipl.-Ing. 6100 Darmstadt Dodt
Original assignee: Carl Schenck AG
Current assignee: Carl Schenck AG
Priority date: 1975-07-26
Filing date: 1975-07-26
Publication date: 1979-03-22
Also published as: DE2533514A1; IT1063669B; FR2319518B1; DE2533514B1; GB1546830A; FR2319518A1; JPS556779B2; JPS5217168A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

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 er^ folgt.

Bei einer bekannten Regeleinrichtung der im Ober- _fi. begriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung (DE^AS 11 171) ist für die Pumpe ein eigener Kreislauf vorgesehen, Der Kolben trägt dort an seinem in die Aus^ trittsleitung der Leistungsbremse ragenden Ende einen mit einem Ventilsitz zusammenwirkenden Ventilteller, mit dem der Austrittsquerschnitt veränderbar ist. In axialer Verlängerung des Ventiltellers ist der Kolben mit einem Bund versehen, der in dem Zylinder eine mit dem Pumpenauslaß verbundene Kammer von einer mit dem Pumpeneinlaß verbundenen Kammer trennt Die Druckdifferenz zwischen diesen beiden Kammern wirkt auf die Kolbenbundfläche und übt auf den Kolben eine in Richtung Schließen des Ventils gerichtete Kraft aus. Bei dieser bekannten Einrichtung ist es erforderlich, zwischen der Austrittsleitung der Leistungsbremse und der hieran angrenzenden, mit dem Pumpeneinlaß verbundenen Kammer an der Kolbenführung eine Dichtung vorzusehen, da der Kreislauf der Leistungsbremse dou vom Kreislauf der Pumpe getrennt ist und da außerdem zwischen beiden Kammern ein erheblicher Druckunterschied besteht. Ferner sind dort auch Maßnahmen am Kolbenbund erforderlich, um eine Leckströmung zwischen den beidseits des Kolbenbunds liegenden Kammern zu verhindern. Dichtungen verursachen jedoch zwangsläufig Reibung und diese wiederum eine Hysterese bei der Regelung. Abgesehen davon erhöhen sie auch den Bauaufwand. Bei der bekannten Einrichtung ist die Pumpe als Kreiselpumpe ausgebildet. Dadurch ergeben sich auch Schwierigkeiten bezüglich des von der Pumpe gelieferten Drucks. Wenn nämlich die Kreiselpumpe in ihren Abmessungen angenähert der Beschaufelung der Leistungsbremse angepaßt ist, liefert die Kreiselpumpe bei niedrigen Drehzahlen nur einen sehr geringen Druck, während bei hohen Drehzahlen der Pumpenausgangsdruck weit über dem benötigten Druck liegt.

Einen ähnlichen Aufbau zeigt eine andere bekannte Regeleinrichtung (DE-PS 7 28 010). Dort ist ebenfalls ein eigener Pumpenkreislauf vorgesehen, der zusätzliche Dichtungen am Ventilkolben notwendig macht. Außerdem ist auch dort die Pumpe als Kreiselpumpe ausgebildet.

Bei einer ferner noch bekamen kegeleinrichtung (DE-PS 7 44 509) wird das mit dem Ventil im Austrittsquerschnitt der Leistungsbremse verbundene Verdrängerbauteil, das dort von einer Membran gebildet ist, mit einem von einer Verdrängerpumpe gelieferten Druck beaufschlagt, die mit der Drehzahl der Leistungsbremse angetrieben wird. Hierbei wird das Verdrängerbauteil in einem von der Arbeitsflüssigkeit der Leistungsbremse (Wasser) getrennten, geschlossenen ölkreislauf mit Drucköl beaufschlagt, um den Austrittsquerschnitt der Leistungsbremse zu verändern. Deshalb ist auch dort eine Abdichtung zwischen dem in die Ausgangsleitung der Leistungsbremse ragenden Ventil und dem Verdrängerbauteil erforderlich, was zu den oben genannten Nachteilen führt.

Schließlich ist durch die DE-AS 11 84 790 eine Regeleinrichtung für eine hydraulische Leistungsbremse bekannt, bei der im Auslaßkanal der Bremse ein Ventil mit einem Kolbenschieber vorgesehen ist. In Richtung öffnen des Austrittsquerschnitts ist der Kolbenschieber vom Druck der aus der Bremse austretenden Arbeitsflüssigkeit und in der Gegenrichtung von der Kraft einer Feder beaufschlagt. Ferner umfaßt die Regeleinrichtung eine mit der Drehzahl der Leistungsbremse angetriebene Verdrängerpumpe, deren Eingangsleitung an das System der Leistungsbremse angeschlossen ist. Das von dieser Pumpe geförderte Druckmittel beaufschlagt einen Zusatzkolben, mit dem die Spannung der den Kolbenschieber belastenden Feder beeinflußbar ist, wobei bei steigender Pumpendrehzahl die Feder'

spannung erhöht wird. Auch bei dieser bekannten Regeleinrichtung müssen sowohl der Kolbenschieber als auch der Zusatzkolben mit Dichtungen versehen sein.

Diese Schwierigkeiten haben dazu geführt, daß in der Praxis bisher Regeleinrichtungen mit elektronischen S 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 to Kostengründen davon Abstand genommen wurde, kleinere Leii,tungsbremsen und vor allem auch bereits im Betrieb befindliche Leistungsbremsen mit einer Regeleinrichtung zu versehen, weil deren Kosten sehr hoch waren. '5

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 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs < aufgeführten Merkmale gelöst

Das Merkmal a) der erfindungsgemäßen Lösung ist für sich durch die DE-AS 11 84 790 bekannt.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Regeleinrichtung *5 ermöglicht bei einfachem Aufbau eine weitgehend verzögerungsfreie Regelung von hydraulischen Leistungsbremsen. Innerhalb des Zylinders ist für den Kolben keine Abdichtung notwendig, vielmehr erlaubt der Spalt zwischen dem Kolbenumfang und der Zylinderwand eine reibungsfreie Bewegung, was zur Verminderung der Hysterese der Regeleinrichtung führt. Mit der Verdrängerpumpe, die klein und einfach aufgebaut sein kann, 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 gewisse Mindestrohrlänge erforderlich ist, ist die Länge der bei der e. Findungsgemäßen 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 Dichtungsprouleme auf.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß die Verdrängerpumpe die ArbeitsfliissigVeit 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 ! lache 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 ils die mit dem Druck der austretenden Arbeitsflüssigkeit beaufschlagte Fläche auszuführen, um zu verhindern, daß möglicherweise -tyrschmutztes Wasser in den Raum unter dem Kolben gelangt.

In Weiterführung des Erfindungsgedankens kann vorgesehen werden, daß die Verdrängerpumpe die Arbehsflüssigkeit 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 dargestel't 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. 1, 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 Ausführungsiurm, wobei die wirksamen Kolbenflächen auf beiden Seiten gleich sind.

Eine hydraulische Leistungsbremse 1, beispielsweise eine Wasserwirbelbremse, wird über ein Ventil 2 :ind eine Zuflußleitung 3 mit der Arbeitsflüssigkeit versorgt, bei den aargestellten 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 Kc'benfläche 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 Pj₁ 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 Ausführurigsbeispiel nach Fig. 1 ist die Saugleitung 18 der Verdrängerpumpe 12 über fein Filter 19 so an das Gehäuse der Leistungsbremse 1 angeschlossen, daß das Wasser mit dem Druck Pi in die Saugleitung 18 der Tympe 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 Vefitil 17 Und das Filter 19 verhältnismäßig klein bemessen üein können.

Da die Fördermenge Q der Verdrängerpumpe 12 proportional züf Pürnpehdrehzahl π ist« tritt durch den freien Querschnitt des Ventils 17 die Fördermenge C?

Q-A-fPT-

j

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

/i².

Bei konstanter Stellung des Veintils 17 ist also der Druck Pi direkt proportional dem Quadrat der Bremsendrehzahl. Der Druck Pi am Bremsenaustritt steigt QüäuftiuSCii ΓΓιίί uGT urGHISCiiiirCnZSi..; «iS » _u..lifig

in den Wirbelkammern der Leistungsbremse ist konstant, und die Drehmoment-Drehzahl-Kennlinien sind Parabeln mit der Gleichung M = a · η", 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 Fig. 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 Fig.3 dargestellt. Die Kolbenstange 7 ist dort in einer geschlossenem Bohrung 20 des Zylindergehäuses geführt; die Bohrung 20 steht über eine Leitung 2:1 mit dem Zylindenraum in Verbindung, der mit dem Förderdruck Pi der Verdrängerpumpe 12 beaufschlagt wird.

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35 In Anwendungsfällen, bei denen damit gerechnet werden muß, daß Verunreinigungen mit dsm Wasser aus der Leistungsbremse 1 austreten, ist es im allgemeinen zweckmäßig, den Druck Pi etwas höher als den Druck Pi zu halten, d. h. die wirksame KoÜbenfläche 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 Bremsenzufiußleitung 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.

Als zusätzliches Stellglied kann in der Bremsenaustrittsleitung 4 eine den Querschnitt verändernde Einrichtung, beispielsweise eine in F ι g. 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 in einem Zylinder schwimmend gelagert ist und der auf seiner einen Stirnfläche in Richtung Öffnen des Austrittsquerschnitts ^Iü vom Druck der austretenden Arbeitsflüssigkeit und in der Gegenrichtung mit einer Druckflüssigkeit beaufschlagt ist, die von einer mit der Drehzahl der Leistungsbremse angetriebenen, mit einem verstellbaren Drosselquerschnitt in ihrer Ausgangsleitung '5 versehenen Pumpe gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die als Verdrängerpumpe (12) ausgebildete Pumpe mit der Arbeitsflüssigkeit der Leistungsbremse (1) gespeist ist,

b) zwischen der Zyünderwand und dem Umfang des Koibenteils, der die vom Druck der aus der Leistungsbremse (1) austretenden Arbeitsflüssigkeit beaufschlagte Stirnfläche des Kolbens von der vom Druck der Verdrängerpumpe (12) beaufschlagten Fläche des f.olbens trennt, ein flüssigkeitsdurchlässiger Spalt vorgesehen ist.

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

3. Regeleinrichtung n°.ch Ar'pruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängerpumpe (12) die Arbeitsflüssigkeit von der Zuführleitung (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 (Pl) der austretenden Arbeitsflüssigkeit beaufschlagte Fläche (10) ist.