DE3000664C2

DE3000664C2 - Hydrodynamische Bremse

Info

Publication number: DE3000664C2
Application number: DE3000664A
Authority: DE
Inventors: Hans 7920 Heidenheim Lindenthal
Original assignee: Voith Getriebe KG
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1980-01-10
Filing date: 1980-01-10
Publication date: 1982-12-30
Also published as: US4361211A; DE3000664A1; FR2473660A1

Description

a) der Arbeitsraum ist zum Einschalten der Bremse wenigstens teilweise mit Flüssigkeit ι ο füllbar und zum Ausschalten der Bremse wieder entleerbar;

b) zumindest im eingeschalteten Zustand der Bremse sind % im Zylinderschnitt gesehen °/o die Schaufeln des Rotor-Schaufelrades in Drehrichtung vorwärts und die Schaufeln des Stator-Schaufelrades rückwärts schräg gestellt (spießende Stellung der Schaufeln):

c) an wenigstens einem der beiden Schaufelräder ist jede einzelne Schaufel um eine im wesentlichen radial angeordnete Achse verschwenkbar;

dadurch gekennzeichnet,

d) daß an jeder verschwenkbaren Schaufel (14) ein Teilstück (1.5) der Torus-Wand angeordnet ist und

e) daß der Schwenkbereich der verschwenkbaren Schaufeln (14) von der spießenden Stellung mindestens bis zur achsparallelen Stellung jo reicht.

2. Hydrodynamische Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daC der Schwenkbereich der verstellbaren Schaufeln (14) bezogen auf ein und r> dieselbe Rotor-Drehrichtung, von der spießenden Stellung über die achsparallele Stellung bis hin zur ,schleppenden« Stellung reicht.

3. Hydrodynamische Bremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mit einer ver- ■"> schwenkbaren Schaufel (14) vereinigte Teilstück (15) der Torus-Wand % im Zylinderschnitt gesehen % wenigstens angenähert senkrecht zur Schaufelebene angeordnet ist.

4. Hydrodynamische Bremse nach einem der « Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß von den verschwenkbaren Schaufeln (14) je zwei benachbarte Schaufeln mit einem Teilstück (15) der Torus-Wand zu einer verschwenkbaren Schaufelkammer (13) mit U-förmigem Querschnitt vereinigt sind.

5. Hydrodynamische Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Seiten jeder verschwenkbaren Schaufel je ein Teilstück der Torus-Wand mit der Schaufel zu einem Schwenkelement mitT-Querschnitt vereinigt ist.

6. Hydrodynamische Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Seite jeder verschwenkbaren Schaufel ein Teilstück der Torus-Wand mit der Schaufel zu einem ^b0 Schwenkelement mit L-Querschnitt vereinigt ist.

7. Hydrodynamische Bremse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur der vordere, dem Schaufelradspalt zugewandte Teil einer Schaufel verschwenkbar und der hintere ^w starr mit der Torus-Wand verbunden ist.

8. Hydrodynamische Bremse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkbereich der verschwenkbaren Schaufeln von der spießenden Stellung zumindest bis hin zur achsparallelen Stellung reicht, und daß die Torus-Wand so geformt ist, daß zwischen ihr und dem Schwenkweg der hinteren Schaufelkante ein Abstand besteht

9. Hydrodynamische Bremse nach einem der Ansprüche t bis 8, dadurch gekennzeichnet daß eine Rückstelleinrichtung, z. B. eine Feder (19) vorhanden ist die derart an den verschwenkbaren Schaufeln (14) angreift, daß sie die Schaufeln entgegen der durch die Strömung erzeugten dynamischen Kraft in die Leerlaufstellung (d.h. die achsparallele oder schleppende Stellung) schwenken kann.

10. Hydrodynamische Bremse nach Anspruch*), dadurch gekennzeichnet daß an jeder verschwenkbaren Schaufel (14) eine nach Art einer Kurvenscheibe geformte Schulter (18) befestigt ist, mit dem eine Feder (19) derart zusammenarbeitet, daß die Feder bei entleerter Bremse die Schaufel (14) in ihre Leerlaufstellung drückt.

11. Hydrodynamische Bremse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß zwischen der Schulter (18) und der Feder (19) eine Kugel (20) angeordnet ist.

Die Erfindung geht aus von einer hydrodynamischen Bremse nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, bekannt aus der DE-OS 17 50 272. Dort sind die Schaufeln des Rotor- und/oder des Stator-Schaufelrades um radiale Achsen verschwenkbar, zwecks Beeinflussung des Bremsmomentes und insbesondere zwecks Verminderung der Ventilationsverluste im ausgeschalteten Zustand der Bremse (d. h. Verminderung der Leistungsaufnahme im entleerten Zustand der Bremse). Im einzelnen ist dort folgendes vorgesehen: Im eingeschalteten Zustand der Bremse befinden sich die verschwenkbaren Schaufeln in der üblichen, ein hohes Bremsmoment gewährleistenden Schrägstellung. Dies ist im Hinblick auf die Rotor· Drehrichtung die sogenannte »spießende« Stellung. Dabei liegen dort die hinteren Schaufelkanten an der Torus-Wand an. Im ausgeschalteten Zustand der Bremse erstrecken sich die Schaufeln dagegen parallel zur Umlaufrichtung.

Diese bekannte Bremse hat nach dem Wissen der Anmelderin keinen Eingang in die Praxis gefunden. Die Gründe hierfür dürften darin liegen, daß das Einstellen verschiedener Bremsmomente in einfacher Weise durch Verändern des Füllungsgrades bewirkt werden kann, und daß zum Zwecke der Verminderung der Ventilationsverluste ebenfalls andere bewährte Maßnahmen gefunden worden sind (z. B. DE-PS 16 75 263, 21 35 268, 22 27 624).

Unbefriedigend ist jedoch, daß bisher, wenn eine unabhängig von der Drehrichtung wirksame Bremse gefordert wird, zwei Arbeitsräume vorgesehen werden müssen, z. B. gemäß DE-PS 16 00 191 (Fig. 4 und 5) oder DE-PS 27 57 240.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einflutige hydrodynamische Bremse zu schaffen, die möglichst universell einsetzbar ist, die also bei Bedarf auch für beide Drehrichtungen geeignet ist, wobei bei der zu schaffenden Bremse die bewährte blattartige Schaufelform beibehalten werden muß. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene hydrodynamische Bremse gelöst.

Während bei der einen bekannten Bremse (DE-OS 17 50 272) die die Strömung umlenkende Torus-Wand starr im jeweiligen Schaufelrad angeordnet ist und die verschwenkbaren Schaufeln deshalb nicht in die achsparallele Stellung gebracht werden können, wird die Torus-Wand gemäß der Erfindung stückweise mit den verschwenkbaren Schaufeln vereinigt Dadurch wird es möglich, die Schaufeln in einem ganz anderen Schwenkbereich zu bewegen als bei der bekannten Bremse. Die Schaufeln können nämlich nunmehr aus der üblichen Schrägstellung (auch »spießende« Stellung genannt) zumindest bis in die achsparallcle Stellung verschwenkt werden. Die achsparallele Stellung kann die Leerlaufstellung sein, weil hierbei im Vergleich zur spießenden Stellung die Leistungsaufnahme der Bremse schon wesentlich vermindert ist; d. h. es findet eine für viele Anwendungsfälle schon ausreichende Verringerung der Ventilationsverluste im ausgeschalteten Zustand der Bremse statt. Betrachtet man z. B. den Fall, daß sowohl die Rotor- als auch die Stator-Chaufel aus der spießenden in die achsparallele Stellung verschwenkt werden, so ist eine Verminderung der Leistungsaufnahme auf rund 10% des ursprünglichen Wertes zu erwarten.

Dies zeigen Vergleichsmessungen an herkömmlichen hydrodynamischen Bremsen mit schräger Beschaufelung und an herkömmlichen hydrodynamischen Kupplungen mit achsparalleler Beschaufelung.

Die weitere, eingangs genannte Entgegenhaltung DE-AS 16 00191 (Fig. 1 und 3) betrifft Bremsen mit Schaufeln, die nicht die »spießende« Schrägstellung einnehmen. Vielmehr sind die Schaufeln dort keilförmige Gebilde oder sie erstrecken sich parallel zur Drehachse; Bremsen dieser Bauart haben aber nicht die notwendige spezifische Leistungsaufnahme, müssen somit hier außer Betracht bleiben.

Ein noch bedeutenderer Vorteil der Erfindung besteht nun aber darin, daß die verschwenkbaren Schaufeln bei Bedarf über die achsparallele Stellung hinaus in eine entgegengesetzte Schrägstellung gebracht werden können (Anspruch 2). Dies ist bei gleichbleibender Drehrichtung die sogenannte »schleppende« Schrägstellung. Diese Stellung kann wiederum die Leerlaufstellung sein, wenn hierbei die Bremse entleert ist. Insbesondere kann jedoch diese Schaufelstellung für die andere Drehrichtung die spießende Stellung sein. Somit kann der durch die Erfindung erzielte große Schwenkbereich vor allem dazu genutzt werden, daß die Bremse % trotz Vorhandenseins nur eines einzigen Arbeitsraumes % in beiden Drehrichtungen voll wirksam ist. Im Falle der Ausführung nach Anspruch 2 ist also stets die für die eine Drehrichtung schleppende Schaufel-Stellung für die andere Drehrichtung die spießende Schaufel-Stellung und umgekehrt.

Im allgemeinen wird man es in dem vorgenannten Fall einer drehrichtungsunabhängigen Bremse wünschen, daß die Bremse in beiden Drehrichtungen ein gleich hohes Bremsmoment erzeugt. Deshalb wird man die mit den verschwenkbaren Schaufeln vereinigten Teilstücke der Torus-Wand % im Zylinderschnitt gesehen % vorzugsweise senkrecht zur jeweiligen Schaufelebene anordnen (Anspruch 3). Die Torus-Wand erstreckt sich somit parallel zur Umfangsrichtung, solange die Schaufeln achsparallel stehen. Sobald jedoch die Schaufeln schräg stehen, sind die Torus-Wandstücke nach Art einer Treppe stufenartig angeordnet. Abweichend von Anspruch 3 können die Torus-Wandstücke mit den Schaufeln auch einen von 90° abweichenden Winke! bilden.

Eine bevorzugte Ausführungsforrn der Erfindung ist im Anspruch 4 angegeben. Danach sind, im Zylinderschnitt gesehen, U-förmige Schaufelkammern gebildet, die auch »Schwenkbecher« genannt werden können. Deren Schwenkachse kann in der Mittelebene des U-Profils, bei Bedarf jedoch auch neben dieser Mittelebene, also auch unsymmetrisch angeordnet werden. Diese Bauweise macht es erforderlich, die ίο beiden Schaufelräder in Achsrichtung ein wenig auseinanderzurücken. Hierdurch ist in der achsparallelen Stellung der verschwenkbaren Schaufeln der lichte Abstand zwischen den Schaufelrädern verhältnismäßig groß. Dies ist jedoch durchaus günstig, da hierdurch eine weitere Verminderung der Ventilationsverluste erzielt wird. Die Obergänge von den Schaufeln zu den Torus-Wandstücken können eckig, besser jedoch gerundet sein.

Im Anspruch 5 ist eine andere Bauweise angegeben, bei der jede verschwenkbare Schaufel zusammen mit ihrem Teilstück der Torus-Wand % im ZyJinderschnitt gesehen % einen T-förmigen Querschnitt aufweist. Hierbei wird die Schwenkachse, in Übereinstimmung mit der bekannten Bremse nach DE-OS 17 50 272, wenigstens angenähert in der angeströmten Schaufelkante angeordnet. Bei dieser Bauweise ist ein Auseinanderrücken der beiden Schaufelräder nicht erforderlich. In ähnlicher Weise kann gemäß Anspruch 6 für die beweglichen Schaufeln ein L-förmiger Querschnitt «i vorgesehen werden.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß ausgehend von der DE-OS 17 50 272 auch noch andere Lösungen denkbar sind, durch die erreicht werden kann, daß der Schwenkbereich der verdrehbaren Schaufeln von der j) spießenden Stellung zumindest bis hin zur achsparallelen Stellung oder auch bis hin zur schleppenden Stellung reicht. So kann z. B. nur ein vorderer, dem anderen Schaufelrad zugewandter Teil einer Schaufel (z B. etwa zwei Drittel einer ganzen Schaufel) verschwenkbar ausgeführt und der übrige, der hintere Teil der Schaufel in fester Verbindung mit der Torus-Wand belassen werden (Anspruch 7). Hierdurch kann aber nur eine Verminderung der Ventilationsverluste erreicht werden. Für eine drehrichiungsunabhängige Bremse ist diese 5 Bauweise weniger geeignet.

Ferner kann man bei einer ähnlich der DE-OS 17 50 272 gestalteten Bremse, worin ganze Schaufeln verschwenkbar sind, die Torus-Wand so formen, daß zwischen ihr und dem Schwenkweg der hinteren Schaufelkanten ein Abstand besteht (Anspruch 8). Die Torus-Wandung erstreckt sich also dann nicht mehr parallel zur Umfangsrichtung, sondern weist an jeder verschwenkbaren Schaufel eine Vertiefung auf. Die Größe des Abstandes kann entlang dem Schwenkweg der Schaufel-Hinterkante unterschiedlich sein. Wichtig ist nur, daß in der spießenden Schaufelstellung (wenn also die Bremse voll wirksam sein soll) der Abstand möglichst gering ist, so daß die Strömung nicht ausweichen kann. Dagegen kann es durchaus vorteilhaft όο sein, wenn in der achsparallelen Stellung der Schaufeln der genannte Abstand verhältnismäßig groß ist; denn dies trägt zur Minderung der Ventilationsverluste bei.

Die erfindungsgemäße Bremse kann zum Verschwenken de/ Schaufeln % etwa nach dem Vorbild der DE-OS t" 17 50 272 % mit einer Betätigungseinrichtung ausgerüstet werden. Vorzugsweise wird man aber auf eine solche Betätigungseinrichtung verzichten und in Anlehnung an die bekannte Bremse nach DE-PS 16 75 263

eine Ausführung nach Anspruch 9 wählen, nach der die verstellbaren Schaufeln vollkommen selbsttätig in die jeweils erforderliche Steüung gehen, und zwar in Abhängigkeit von der jeweiligen Drehrichtung und vom jeweiligen Füllmedium, nämlich Flüssigkeit oder Luft.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 einen Teil-Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße hydrodynamische Bremse;

F i g. 2 einen Teilschnitt nach Linie Il der Fig. 1;

Fig.3 einen Teilschnitt (Zylinderschnitt) nach Linie III-III der F i g. 1, im Zustand bei entleerter Bremse;

Fig.4 einen Teilschnitt gemäß Fig.3, jedoch im Zustand bei wenigstens teilweise gefüllter Bremse und bei Umlauf des Rotors in der einen Drehricniung;

F i g. 5 einen Teilschnitt entsprechend F i g. 4, jedoch bei Umlauf des Rotors in der anderen Drehrichtung;

F i g. 6 eine Teilansicht auf den Rotor in Richtung des Pfeiles Vlder Fig. 1.

Gemäß F i g. 1 ist die hydrodynamische Bremse auf einer Rotorwelle 10 angeordnet. Mit dieser ist drehfest eine Rotornabe 11 verbunden, die einen Nabenflansch

11 a aufweist. An dem Nabenflansch ist eine Rotorschale

12 befestigt, die in der üblichen Weise die Hälfte eines torusförmigen Innenraumes umschließt, jedoch abweichend von herkömmlichen Strömungsbremsen keine Schaufeln aufweist. Stattdessen sind in die Rotorschale 12 sogenannte Schwenkbecher 13 eingesetzt. Diese bilden bewegliche Schaufelkammern. Jeder Schwenkbecher 13 ist aus zwei Schaufeln 14 und aus einem Teilstück 15 der strömungsführenden Torus-Wand zusammengesetzt. Es sind mehrere Schwenkbecher dieser Art gleichmäßig am Umfang der Rotorschale 12 verteilt (siehe Fig. 6). Die Schwenkachsen der Schwenkbecher 13 verlaufen in radialer Richtung. Jeder Schwenkbecher hat einen äußeren Drehzapfen 16 und einen inneren Drehzapfen 17. Im Bereich der inneren Drehzapfen 17 ist die Rotorschale 12 geteilt; d. h. sie weist einen abnehmbaren Deckring 12a auf. Dieser wird nach dem Einsetzen der Schwenkbecher 13 an die Rotorschaie 12 angefügt. Schrauben 21 dienen zum Verbinden des Deckringes 12a mit der Rotorschale 12a und zugleich zum Verbinden der Rotorschale 12 mit dem Nabenflansch 11a.

An den inneren Drehzapfen 17 ist eine Schulter 18 angeformt. Diese dient einerseits zur Führung des Schwenkbechers in radialer Richtung; d. h. sie überträgt die am Schwenkbecher angreifende Fliehkraft auf die Rotorschale. Andererseits wirkt die Schulter 18 mit einer Schraubendruckfeder 19 zusammen, um den Schwenkbecher im enuecrien Zustand der Bremse w. die sogenannte Leerlaufstellung zu bringen, die in F i g. 3 dargestellt ist. Die Feder 19 ist zusammen mit einer Stahlkugel 20 in einer achsparallel verlaufenden Bohrung in der Rotorschale angeordnet. Die Schulter 18 weist eine von der Kreisform abweichende Außenkon-

"> tür auf, indem im wesentlichen ein Kreisabschnitt abgetrennt ist (siehe F i g. 2). In diesem Bereich greift die Feder 19 mittels der Kugel 20 an. Zur Stabilisierung der Leerlaufstellung der Schwenkbecher kann an dem abgeflachten Teil der Schulter 18 noch eine kleine

i" Vertiefung vorgesehen werden.

Die Rotorschale 12 und die darin angeordneten Schwenkbecher 13 bilden zusammen das sogenannte Rotorschaufelrad. Ihm gegenüber steht ein in ganz ähnlicher Weise gestaltetes Stator-Schaufelrad. Dessen

Ii Hauptteile sind eine Stator-Schale 32, in der die Rotornabe ti mittels eines Wälzlagers 30 gelagert ist, ferner eine Deckscheibe 32a und mehrere Schwenkbecher 13, die mit denen des Rotorschaufelrades weitgehend übereinstimmen können. An die Stator-

2(i Schale 32 ist ein Gehäusemantel 33 angeformt, der in der üblichen Weise eine Auslaßöffnung 34 aufweist. Mit dem Gehäusemantel 33 ist noch eine Rückwand 35 verschraubt. An diese ist ein Einlaßkanal 35a angeformt. Von diesem führen mehrere Bohrungen 36 durch den

r> Nabenflansch 11a hindurch in einen Ringraum 37, der von der Nabe 11, der Rotor-Schale 12 und dem Deckring 12a umschlossen ist. Der innere Drehzapfen 17 jedes zweiten Schwenkbechers des Rotor-Schaufelrades weist eine konzentrische, also in radialer Richtung

j» verlaufende Bohrung auf. Darin ist ein Einlaßrohr 38 eingesetzt. Diese Einlaßrohre verbinden also den Ringraum 37 mit dem Innenraum der Bremse, der auch Arbeitsraum genannt wird.

Wie oben schon erwähnt wurde, nehmen die

J5 Schwenkbecher 13 im Leerlauf der Bremse, wenn also der Arbeitsraum entleert ist, die in F i g. 3 dargestellte Position ein. Hierbei ist die Leistungsaufnahme der Bremse außerordentlich gering, einerseits weil die Schaufeln 14 parallel zur Drehachse der Bremse stehen,

andererseits deshalb, weil der Abstand a zwischen den aneinander vorbeilaufenden Schaufelkanten verhältnismäßig groß ist. Der in F i g. 3 dargestellte Zustand ist für beide Rotor-Drehrichtungen zutreffend.

Die F i g. 4 und 5 zeigen die unterschiedlichen Stellungen der Schwenkbecher in den beiden Rotor-Drehrichtungen, wenn der Arbeitsraum der Bremse wenigstens teilweise mit Flüssigkeit gefüllt ist. Die Drehrichtung ist jeweils mit einem Pfeil V bzw. R gekennzeichnet Man erkennt, daß sich die Schaufeln in beiden Fällen in der sogenannten spießenden Stellung befinden. Der Winkel der Schrägsteilung der Schaufeln ist dadurch bestimmt, daß die Schwenkbecher 13 aneinander stoßen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydrodynamische Bremse der Föttinger-Bauart mit einem Rotor-Schaufelrad und einem Stator-Schaufelrad, die miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum bilden, ferner mit den folgenden weiteren Merkmalen: