DE7803840U1

DE7803840U1 - HYDRODYNAMIC BRAKE

Info

Publication number: DE7803840U1
Application number: DE19787803840
Authority: DE
Original assignee: Voith Getriebe KG
Current assignee: Voith Getriebe KG
Priority date: 1978-02-10
Filing date: 1978-02-10
Publication date: 1979-03-22

Description

Hydrodynamische BremseHydrodynamic brake

Die Erfindung geht aus von einer hydrodynamischen Bremse nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, die aus der DE-OS 21 35 268.1-12 bekannt ist. Solche Bremsen haben sich wegen ihres verschleißlosen Arbeitens sowohl in Fahrzeugen als auch in stationären Antriebsanlagen bewährt. In Fahrzeugen kann eine hydrodynamische Bremse beim Befahren einer Gefällestrecke zum Einhalten einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit (Dauerbremsung) und darüber hinaus ganz allgemein zum Verzögern des Fahrzeuges aus hohen Fahrgeschwindigkeiten (Verzögerungsbremsung) eingesetzt werden.The invention is based on a hydrodynamic brake according to the preamble of claim 1, which is disclosed in DE-OS 21 35 268.1-12 is known. Such brakes have proven themselves because of their wear-free operation both in vehicles and in stationary drive systems proven. In vehicles, a hydrodynamic brake can be used when driving down a slope to maintain a certain driving speed (continuous braking) and, moreover, in general for decelerating the vehicle from high driving speeds (Deceleration braking) can be used.

Auch bei Geländefahrzeugen, die z.B. militärischen Zwecken dienen, Insbesondere schweren Kettenfahrzeugen, werden hydrodynamische Bremsen mit Erfolg verwendet. Hierbei treten aber dann Schwierigkeiten auf, wenn extrem hohe Verzögerungen, sogenannte Stopbremsungen verlangt werden. Darunter wird nicht etwa ein Abbremsen bis zum Stillstand verstanden, sondern ein ganz plötzliches, ja schlagartiges Abbremsen des Fahrzeuges aus einer hohen Fahrgeschwindigkeit. Eine hydrodynamische Bremse soll hierbei z.B. ein Fahrzeug mit einer Masse von 50 t innerhalb von weniger als 5 s aus einer Geschwindigkeit von 65 km/h auf eine Geschwindigkeit von 20 km/h verzögern. Die anfängliche Bremsleistung ist hierbei extrem hoch; sie beträgt kurzzeitig rund 6OOO kW, wodurch sich die Temperatur der Arbeitsflüssigkeit vorübergehend um etwa 150⁰C erwärmt und somit bis zu 250⁰C betragen kann.Hydrodynamic brakes are also used with success in all-terrain vehicles that are used, for example, for military purposes, in particular heavy tracked vehicles. However, difficulties arise here when extremely long decelerations, so-called stop braking, are required. This does not mean braking to a standstill, but rather a very sudden, even sudden, braking of the vehicle from a high driving speed. A hydrodynamic brake should, for example, decelerate a vehicle with a mass of 50 t within less than 5 s from a speed of 65 km / h to a speed of 20 km / h. The initial braking power is extremely high here; it is a short time around 6OOO kW, whereby the temperature of the working fluid heated temporarily to about 150 ⁰ C and can be up to 250 ⁰ C.

Infolgedessen besteht die Gefahr, daß sich die Werkstoff-Festigkeit der von der erhitzten Arbeitsflüssigkeit berührten Bauteile, insbesondere des Bremsengehäuses, unzulässig verringert. Es wäre zwar denkbar, für das Bremsengehäuse einen Werkstoff mit höhererAs a result, there is a risk that the material strength the components in contact with the heated working fluid, in particular the brake housing, are reduced in an impermissible manner. It would be although conceivable for the brake housing a material with a higher

Warmfestigkeit zu verwenden, z.B. Sphäro-Gußeisen. Dies ist aber in vielen Fällen nicht möglich, und zwar aus dem nachfolgend erläuterten Grund: Es kommt nämlich häufig vor, daß eine hydrodynamische Bremse in ein verhältnismäßig großes Getriebegehäuse eingebaut wird, für das als Werkstoff unter allen Umständen ein Leichtmetall vorgeschrieben ist, insbesondere zur Gewichtsverminderung. Ein solches die Bremse aufnehmendes Getriebegehäuse bildet im Anschluß an den Auslaßstutzen des Bremsengehäuses einen weiteren Teil der Kühlkreislauf-Leitung; außerdem ist im Getriebegehäuse eine ebenfalls zum Kühlkreislauf gehörende Einlaßleitung angeordnet, an die sich ein im Bremsengehäuse vorgesehener Einlaßkanal anschließt. Es besteht nun die Gefahr, daß an den Trennstellen, wo die genannten Leitungen vom Getriebegehäuse zum Bremsengehäuse übergehen, Arbeitsflüssigkeit verlorengeht, wenn sich unter Wärmeeinwirkung das Getriebegehäuse stärker ausdehnt, als das Bremsengehäuse. Aus diesem Grunde und weil ein Werkstoff mit höherer Warmfestigkeit, z.B. Sphäro-Gußeisen, eine wesentlich geringere Wärmedehnungszahl als Leichtmetall hat, ist es nicht möglich, einen solchen Werkstoff für das Bremsengehäuse zu verwenden. Vielmehr muß dafür gesorgt werden, daß sich das Bremsengehäuse und das Getriebegehäuse unter Wärmeeinwirkung möglichst gleichmäßig ausdehnen. Es kommt also als Werkstoff für das Bremsengehäuse ebenfalls nur ein Leichtmetall in Frage.Use heat resistance, e.g. spheroidal cast iron. But this is in many cases not possible, from what is explained below Reason: It often happens that a hydrodynamic brake is built into a relatively large gear housing for which a light metal is prescribed as a material under all circumstances, especially for weight reduction. Such a transmission housing accommodating the brake forms a further one in connection with the outlet connection of the brake housing Part of the cooling circuit line; also is in the gearbox an inlet line also belonging to the cooling circuit is arranged, to which an inlet channel provided in the brake housing is attached connects. There is now the risk that at the separation points where the said lines from the gearbox housing to the brake housing pass over, working fluid is lost if the gear housing expands more than that under the action of heat Brake housing. For this reason and because a material with higher heat resistance, e.g. spheroidal cast iron, has a significantly lower one Has a coefficient of thermal expansion as a light metal, it is not possible to use such a material for the brake housing. Rather, it must be ensured that the brake housing and the Expand the gearbox housing as evenly as possible under the influence of heat. It is also used as a material for the brake housing only a light metal in question.

Erschwerend kommt noch hinzu, daß sich das Bremsengehäuse beim Auftreten einer vorübergehenden extrem hohen Arbeitsflüssigkeit-Temperatur stets ungleichmäßig erwärmt, woraus Wärmespannungen resultieren, und daß deshalb die Wanddicke des Bremsengehäuses nicht beliebig erhöht werden kann, weil sonst die Wärmespanriungen noch zunehmen würden.To make matters worse, the brake housing moves when a temporary extremely high working fluid temperature occurs always heated unevenly, which results in thermal stresses, and that is why the wall thickness of the brake housing is not can be increased as required, because otherwise the heat stresses would still increase.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebene hydrodynamische Bremse dahingehend wei- | terzubilden, daß - trotz Beibehaltung von Leichtmetall als Werkstoff für das Bremsengehäuse - hohe Arbeitsflüssigkeit-Temperaturen beherrschbar werden.The invention is therefore based on the object in the preamble of claim 1 specified hydrodynamic brake to the effect white | terzubilden that - despite the retention of light metal as the material for the brake housing - high working fluid temperatures become controllable.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene hydrodynamische Bremse gelöst.This object is given by the hydrodynamic specified in claim 1 Brake released.

Zwar ist es aus der DE-AS 26 36 619 bekannt, ein aus Leichtmetall hergestelltes Getriebegehäuse, das hohen Temperaturunterschieden ausgesetzt ist, mit einer Abdeckung zu versehen. Dort besteht aber die Aufgabe darin, in dem betreffenden Bauteil einen ganz bestimmten Wärmedehnungskoeffizienten und einen bestimmten Elastizitätsmodul zu erzielen. Demgemäß besteht dort die Abdeckung aus Faserverbund-Platten oder -streifen, die z.B. durch Kleben oder durch Zementieren auf das Leichtmetall-Bauteil aufgebracht werden; oder es werden lose Fasern mit einem Kunstharz auf das Leichtmetall-Bauteil auflaminiert. Diese bekannte Methode ist zur Lösung des der Erfindung zugrundeliegenden Problems ungeeignet. Die in einer hydrodynamischen Bremse zeitweilig auftretenden Spitzentemperaturen von etwa 2j5O bis 25O⁰C wurden nämlich zur Folge haben, daß die aus Faserwerkstoffen gebildeten Abdeckungen spröde werden und reißen.It is known from DE-AS 26 36 619 to provide a gear housing made of light metal that is exposed to high temperature differences with a cover. The task there, however, is to achieve a specific coefficient of thermal expansion and a specific modulus of elasticity in the component in question. Accordingly, there is the cover of fiber composite plates or strips, which are applied to the light metal component, for example by gluing or cementing; or loose fibers are laminated onto the light metal component with a synthetic resin. This known method is unsuitable for solving the problem on which the invention is based. The peak temperatures of about 2050 to 25O ⁰ C which occasionally occur in a hydrodynamic brake would in fact have the consequence that the covers formed from fiber materials become brittle and tear.

Im übrigen hat es sich die Erfindung zur Aufgabe gemacht, daß bei einem-in der Regel nur kurzzeitigen - Auftreten der genannten Spitzentemperatur die Wärme möglichst gar nicht erst an das Bremsengehäuse herangeführt wird. So besteht die Wirkung der erfindungsgemäß vorgesehenen Abdeckung darin, daß der unvermeidbare Wärmeübergang aus der Arbeitsflüssigkeit nunmehr derart erfolgt, daß die Wärme von der Abdeckung aufgenommen wird und nicht mehr (oder jedenfalls viel weniger als bisher) vom Bremsengehäuse. Freilich findet sodann ein gewisser Wärmeübergang von der Abdeckung auf das Bremsengehäuse statt, jedoch mit einer zeitlichen Verzögerung. Die Phase einer Stopbremsung mit dem genannten extrem hohen Wärmeanfall endet deshalb längst, bevor die Temperatur des Bremsengehäuses einen gefährlichen Wert annehmen kann.In addition, the invention has made it its task that at a - usually only brief - occurrence of the peak temperature mentioned If possible, the heat is not even brought to the brake housing in the first place. So there is the effect of that provided according to the invention Cover in that the inevitable heat transfer from the working fluid now takes place in such a way that the heat from the cover and no more (or at least much less than before) from the brake housing. Of course, a certain one will then find one Heat transfer from the cover to the brake housing takes place, but with a time delay. The phase of a stop braking with the The extremely high heat accumulation mentioned ends long before the temperature rises of the brake housing can assume a dangerous value.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben. Durch die Ausbildung der Abdeckung als dünnwandige Schale wird dafür gesorgt, daß sie sich unter der Einwirkung der Spitzentemperatur, falls erforderlich, gegenüber dem Bremsengehäuse etwas verformen kann. Hierzu kann es zweckmäßig sein, zwischen der Schale und dem Bremsengehäuse einen Spalt vorzusehen.Advantageous embodiments of the invention are set out in the subclaims specified. The formation of the cover as a thin-walled shell ensures that it is under the action of Peak temperature, if necessary, can deform a little compared to the brake housing. For this purpose, it can be useful between the Shell and the brake housing to provide a gap.

Der vorgenannte Spalt kann aber noch einen anderen, weitaus wichtigeren Zweck erfüllen. Durch seine Hilfe kann nämlich der Wärmeübergang von der Schale auf das Bremsengehäuse besonders gering gehalten werden. Diese Wirkung des Spaltes ist schon dann be-The aforementioned gap can also have another, far more important one To serve a purpose. With its help, the heat transfer from the shell to the brake housing can be particularly low being held. This effect of the gap is already

trächtlich, wenn er mit Arbeitsflüssigkeit gefüllt ist; noch besser ist es allerdings, wenn sich in dem Spalt Luft befindet, was durch eine entsprechende Abdichtung zwischen der Schale und dem Bremsengehäuse bewirkt werden kann (Anspruch 5). Eine andere Möglichkeit zur Wärmedämmung ist in Anspruch 6 angegeben.considerable when filled with working fluid ; However, it is even better if there is air in the gap, which can be brought about by a suitable seal between the shell and the brake housing (claim 5). Another possibility for thermal insulation is given in claim 6.

In der Regel wird man als Werkstoff für die Schale ebenfalls ein Leichtmetall wählen, einerseits des geringen Gewichtes wegen und andererseits um zu erreichen, daß sich im normalen Betrieb (d.h. solange keine Stopbremsungen stattfinden), die Schale und das Bremsengehäuse sich gleichmäßig ausdehnen können. Unter Umständen kommt aber auch die Verwendung von Stahl für die Schale in Betracht, insbesondere wenn man die geringere Wärmeleitfähigkeit dieses Werkstoffes nutzen will.As a rule, a light metal will also be chosen as the material for the shell, on the one hand because of its low weight and on the other hand, in order to ensure that in normal operation (i.e. as long as no stop braking takes place), the shell and the brake housing can expand evenly. Under certain circumstances, however, steel can also be used for the shell, in particular if you want to use the lower thermal conductivity of this material.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese zeigt eine hydrodynamische Bremse nach der Erfindung im Längsschnitt.An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the drawing. This shows a hydrodynamic brake according to the invention in longitudinal section.

Die dargestellte hydrodynamische Bremse weist ein Rotorschaufelrad 10 auf, das mit einer nicht dargestellten abzubremsenden Welle verbunden werden kann, und ein in einem Bremsengehäuse 11, 12 angeordnetes Statorschaufelrad 20. Rotor- und Statorschaufelrad, zwischen denen ein Wälzlager 1J> angeordnet ist, bilden miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum.The illustrated hydrodynamic brake includes a rotor blade 10 that can be connected to a not shown shaft to be braked, and a form in a brake housing 11, 12 arranged stator 20, rotor and stator, between which a rolling bearing 1J> is arranged between them an toroidal working space.

Das Bremsengehäuse ist zweiteilig. Es besteht aus einem ersten, das Statorschaufelrad 20 unmittelbar enthaltenden Gehäuseteil 11 und aus einem zweiten Gehäuseteil 12, das hinter dem Rotorschaufelrad 10 einen Auslaßringkanal 14 bildet, an dessen Wände ein Auslaßstützen 15 angeformt ist. Das zweite Gehäuseteil umfaßt ferner einen Einlaßkanal 16. Zwischen den beiden Gehäuseteilen 11 und 12 ist ein Zwischenflansch 17 vorgesehen, in dem gemäß DE-OS 21 35 bewegliche Klappen schwenkbar gelagert sind, die in bekannter Weise im ausgeschalteten Zustand der Bremse als Strömungshindernisse wirken. The brake housing is in two parts. It consists of a first housing part 11 which directly contains the stator impeller 20 and from a second housing part 12, which is behind the rotor impeller 10 forms an outlet ring channel 14, on the walls of which there are outlet supports 15 is molded. The second housing part further comprises an inlet channel 16 between the two housing parts 11 and 12 an intermediate flange 17 is provided, in which according to DE-OS 21 35 movable flaps are pivotably mounted, which in a known manner act as flow obstacles when the brake is switched off.

Die gesamte hydrodynamische Bremse ruht innerhalb eines größeren Getriebegehäuses 9· Dieses weist zur Aufnahme der Bremse eine Bohrung 8 auf,/Her ein Flansch 7 angeordnet ist, an dem die BremseThe entire hydrodynamic brake rests within a larger one Gear housing 9 · This has a bore 8 to accommodate the brake, / Her a flange 7 is arranged on which the brake

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mittels Schrauben befestigt werden kann. Als Portsetzung des Auslaßstutzens 15 weist das Getriebegehäuse 9 einen Auslaßkanal 5 auf. Genauso ist dem Einlaßstutzen l6 im Getriebegehäuse 9 ein Einlaßkanal 6 zugeordnet.can be fastened with screws. As a port for the outlet nozzle 15, the gear housing 9 has an outlet channel 5. In the same way, the inlet port l6 in the gear housing 9 is a Inlet channel 6 assigned.

Wenn die hydrodynamische Bremse in Betrieb ist, strömt ArbeitsflUssigkeit durch die Kanäle 6 und l6 in eine auf der Rückseite des Rotorschaufelrades 10 gebildete Fangrinne 18 und vor dort durch Bohrungen 19 in den Arbeitsraum der Bremse. Damit die erhitzte Arbeitsflüssigkeit die Bremse rasch wieder verlassen kann, weist das Rotorschaufelrad 10 am äußeren Umfang eine Vielzahl von Austrittsbohrungen 21 auf. Durch diese gelangt die Arbeitsfluss!gkeit zunächst in den Auslaßringkanal 14 und von dort über den Auslaßstutzen 15 und den Auslaßkanal 5 zu einem nicht dargestellten Kühler und von dort wieder zurück in die Einlaßleitung 6.When the hydrodynamic brake is in operation, working fluid flows through the channels 6 and 16 into a gutter 18 formed on the rear side of the rotor blade wheel 10 and in front of there through holes 19 in the working space of the brake. So that the heated working fluid can leave the brake quickly, the rotor blade wheel 10 has a plurality of outlet bores 21 on the outer circumference. The workflow passes through this first into the outlet ring channel 14 and from there via the outlet port 15 and the outlet channel 5 to a not shown Cooler and from there back into the inlet line 6.

Ein Betrieb der Bremse bildet sich im Arbeitsraum und genauso in den Auslaßkanälen 14, I5 und 5 ein hoher Flüssigkeitsdruck, dem das Bremsengehäuse, insbesondere das Gehäuseteil 12, ohne allzu große Verformungen standhalten muß. Es sind deshalb Maßnahmen getroffen, durch die verhindert wird, daß sich die Werkstoff-Festigkeit des Gehäuseteiles 12 durch die im Bremsbetrieb anfallende Wärme nicht unzulässig verringert wird. Hierzu sind die Wände 12a des Gehäuseteils 12, die den Auslaßringkanal 14 bilden, durch eine dünnwandige Schale 25 abgedeckt. Diese Schale 25 kann vorteilhaft zusammen mit dem Zwischenflansch I7 ein einteiliges Bauteil bilden Im Bereich des Auslaßstutzens I5 weist die Schale 25 mehrere Austrittsbohrungen 26 auf.An operation of the brake forms in the working space and also in the outlet channels 14, I5 and 5, a high fluid pressure, the the brake housing, in particular the housing part 12, must withstand without excessive deformation. Measures have therefore been taken by which it is prevented that the material strength of the housing part 12 by the resulting in braking operation Heat is not reduced inadmissibly. For this purpose, the walls 12a of the housing part 12, which form the outlet ring channel 14, by a thin-walled shell 25 covered. This shell 25 can advantageously form a one-piece component together with the intermediate flange I7 In the area of the outlet connection I5, the shell 25 has several outlet bores 26 on.

Zur Wärmedämmung kann die Schale 25 auf ihrer Rückseite mit einem Kunststoff beschichtet werden. Diese Beschichtung ist in der Zeich nung bei 27 schematisch angedeutet. Anstelle dieser Beschichtung kann aber auch zwischen der Schale 25 und dem Gehäuseteil 12 lediglich ein Spalt vorgesehen werden, der sich beim Betrieb der Bremse mit ArbeitsflUssigkeit füllt oder der gegenüber den Auslaßkanälen 14 und 15 abgedichtet wird. Im letzteren Falle kann mittels Luft eine besonders gute Wärmedämmung erzielt werden.For thermal insulation, the shell 25 can be coated on its back with a plastic. This coating is in the character tion indicated schematically at 27. Instead of this coating, however, between the shell 25 and the housing part 12 only a gap can be provided which fills with working fluid during operation of the brake or which is opposite the outlet channels 14 and 15 is sealed. In the latter case, means Particularly good thermal insulation can be achieved with air.

Heidenheim, den 06.02.78
Sh/Srö ···:,··..··.—:.··Heidenheim, 02/06/78
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Claims

G 3550 Voith Getriebe KG

Password: "Heat protection shield" Heidenheim

sayings

1, hydrodynamic brake with a rotor blade wheel and with a stator blade wheel arranged in a stationary brake housing, the blade wheels together forming a () toroidal working space that can be filled with working fluid and the brake housing made of a light metal has an outlet ring channel with an outlet connection for the working fluid, the part of a cooling circuit, characterized in that the walls (12a) of the brake housing (12), which form the outlet ring channel (14), are provided with a cover (25) which ensures the transfer of heat from the working fluid to the brake housing (12) with special needs.

2. Hydrodynamic brake according to claim 1, characterized in that that the cover (25) as a rotor blade wheel (10) on the outer circumference and at least part of it Rear side enveloping thin-walled shell is formed.

J5. Hydrodynamic brake according to claim 1 or 2, characterized in that that the cover (25) is made of a metallic material.

4. Hydrodynamic brake according to one of Claims 1 to J>, characterized in that a gap is provided between the cover (25) and the brake housing (12).

5. Hydrodynamic brake according to claim 4, characterized in that that the gap is sealed against the interior of the brake housing, so that the gap is filled with air.

6, hydrodynamic brake according to claim 4, characterized in that that the rear of the cover (25) facing the brake housing (12) is covered with a plastic (27), e.g. Teflon or Rllsan, is coated.

Heidenheim, 02/06/78
Sh / Srö