-
Wasserwirbelbremse zur Messung des Drehmomentes von Kraftmaschinen
Die
Charakteristik einer Wasserwirbelbremse ist bisher derart, daß durch den hydraulischen
Effekt die Drehmomentaufnahme und damit die Bremsleistung im unteren Drehzahlbereich
verhältnismäßig gering ist. Die Abhängigkeit der Bremsleistung von der Drehzahl
verläuft im aLlgemeinen nach einer Potenzkurve, die in der Nähe des Nullpunktes
gegenüber der Drehzahlachse sehr flach geneigt ist und zuletzt tangential in diese
Achse einmündet. Erst bei einer höheren Drehzahl schneidet die Potenzkurve die Gerade,
welche im oberen Drehzahlbereich das Leistungsfeld der Bremse abgrenzt.
-
Die Richtung dieser Geraden ist durch die Festigkeit der Welle, also
im wesentlichen durch ihre Abmessungen bedingt.
-
Gerade für das Hauptanwendungsgebiet der Wasserwirbelbremsen, nämlich
die Erprobung von Verbrennungsmotoren, ist es nun aber sehr erwünscht, auch im unteren
Drehzahlbereich ein möglichst großes Leistungsgebiet zu erfassen. Es kommt also
darauf an, den Charakter der Leistungskurve am Anfang erheblich zu ändern. Um derartige
Bremskraftmesser in dem erwähnten Sinne zu vervollkommnen und damit ein für zahlreiche
Prüfstände wichtiges Problem in zweckmäßiger Weise zu lösen, geht die vorliegende
Erfindung von dem Gedanken der Anordnung eines zusätzlichen Arbeitsorgans für die
Bremse aus.
-
Man hat aus dem betreffenden Grunde bereits den Vorschlag gemacht,
die hydraulische Wirkung einer Flüssigkeitsbremse durch die mechanische Wirkung
einer Reibungsbremse zu ergänzen. Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß
zur Verbesserung der Leistungscharakteristik einer Wasserwirbel-
bremse,
bei welcher das Bremswasser in Taschen umläuft, die teils in dem pendelnd gelagerten
Gehäuse, teils im Laufrad angeordnet sind, ein zusätzliches hydraulisches Arbeitsorgan
vorgesehen ist, das vorzugsweise aus einer am Laufradumfang angeordneten Tangential-
oder Radialbeschaufelung besteht. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können
dieser zusätzlichen Beschaufelung am Laufradumfang Leitvorrichtungen im Gehäuse
vor-und/oder nachgeschaltet sein. Die Erfindung läßt sich schließlich bei einer
solchen Wasserwirbelbremse ausführen, die zwei aufder Welle in einem gewissen gegenseitigen
Abstand angeordnete Laufräder enthält, deren einseitige Taschen einem zwischen den
Laufrädern liegenden, mit bei der seitigen Taschen ausgerüsteten Gehäuseeinsatz
zugekehrt sind. In diesem Falle sind beide Laufräder an ihrem Umfang mit je einer
zusätzlichen Beschaufelung versehen, für die gegebenenfalls getrennte Leitvorrichtungen
im Gehäuse angeordnet sind. Weitere bauliche Einzelheiten und sonstige im Rahmen
der Erfindung liegende Merkmale ergehen sich aus der nachstehenden Beschreibung
eines in der Zeichnung dargestellten .Nusfiillrungsbeispieles.
-
Abb. 1 zeigt im Axialschnitt eine Wasserwirbelbremse mit zwei hydraulischen
Arbeitsorganen für jedes Laufrad und Abb. 2 einen Leistungsdiagrammvergleich zwischer
verschiedenen Ausführungen von Bremsen. nei der ;usführung nach Abb. I dienen zwei
mit einer Grundplatte I verbundene Lagerböcke 2, 3 zur Aufnahme eines Kugellagers
4 bzw. Rolleiilagers 5.
-
In diesen beiden Lagen läuft die Welle 6, auf der in einem gewissen
gegenseitigen Abstand zwei Laufräder 7, 8 mit den üblichen, im Querschnitt etwa
halbellipsenförmigen Taschen 9, 10 auf der dem jeweils anderen Laufrad zugekehrten
Seite angeordnet sind. Zwischen den Laufrädern befindet sich der mit dem äußeren,
in bekannter Weise pendelnd gelagerten Gehäuse 11 fest verbundene Gehäuseeinsatz
12 mit doppelseitigen, den Laufrädern zugekehrten Taschen I3, 14 von enwtsprechender
Form. Die Gehäuselager I5, I6 sind gleichartig mit den Wellenlagern und befinden
sich auch in denselben Radialebenen.
-
Die Laufräder hahen als zusätzliches hydraulisches Arbeitsorgan an
ihrem Umfang je eine Tangentialbeschaufelung I7, I8, denen im Gehäuse angeordnete
Leitvorrichtungen I9, 20 bzw. 21, 22 vor- und nachgeschaltet sind.
-
An das auf beiden Seiten gegen die Welle durch Stopfbuchsen 23, 24
abgedichtete Gehäuse I der Wasser'viflielbremse ist auf der einen Stirnseite das
Gehäuse 25 einer zweistufigen Fliehkraftpnmpe angebaut. Die auf der Bremsenwelle
angeordneten Laufräder 26, 27 der Pumpe sind hintereinander und in die durch Pfeile
gekennzeichnete Wasserzuführung der Bremse zwischen der Leitung 28 und dem Eintrittskanal
29 des Gehäuses I geschaltet.
-
.Aus diesem im unteren Teil des Gehäuses liegenden Kanal wird das
Bremswasser zentral dem Gehäuseeinsatz 12 zugeleitet, in welchem es nach entgegengesetzten
Axialrichtungen sich verzweigend in an sich bekannter Weise durch Bohrungen 30,
3I in den die einzelnen Taschen I3, 14 voneinander trennenden Schaufeln den Laufradtascben
9, 10 zugeleitet wird.
-
Nach der Wirbelbewegung in den Taschen wird ein weiteres Drehmoment
von den Tangentialbeschaufelungen I8, I7 der heiden Laufräder der Bremse aufgenommen,
deren vor- und nachgeschaltete Leitvorrichtungen 19. 20 bzw 21, 22 im Gehäuse für
eine wirkungsgradmäßig vorteilhafte Zu- bzw. Abführung des Wassers sorgen, das anschließend
das Gehäuse durch den in seinem oberen Teil liegenden Austrittskanal 32 verläßt.
-
Durch die Anordnung der leiden hintereinandergeschalteten hydraulischen
Arbeitsorgane wird der Exponent der Leistungskurve einer solchen Bremse wesentlich
erhöht, so daß der Schnittpunkt dieser Kurve mit der Wellengeraden auf eine niedrigere
Drehzahl hin verlagert wird und damit die der jeweiligen Breinsleistnng entsprechenden
Ordinaten des Leistungsfeldes um das betreffende Maß vergrößert werden. Neben dem
Vorteil der ohne nennenswerte Vergrößerung des Konstruktionsraumes erreichten Vergrößerung
der maximaler Bremsleistung ist, wie bereits erwähnt, auch gerade die größere Bremsleistung
im unteren Drehzahl bereich von besonderer praktischer Bedeutung.
-
Innerhalb der Bremse ist die abweichend von der hisherigell allgemeinen
Anordnung gewählte Wasserführung durch die Verlegung des Gehäuse einsatzes in die
Mitte zwischen zwei Laufräder bedingt. Diese Laufradunterteilung ermöglicht in Anbetracht
der zusätzlichen Tangentialbeschaufelung am Umfang, die gegebenenfalls auch durch
eine Radialbeschaufelung mit dazu passenden Leitvorrichtungen ersetzt werden kann,
eine gewissermaßen zwangsläufige Führung der beiden zueinander parallel geschalteten
Flüssigkeitsströme. Dadurch ist gewährleistet, daß die gesamte Flüssigkeitsmenge
zur Erzeugung eines zusätzlichen Bremsmomentes am Laufradumfang herangezogen wird.
-
Dieses vom nachgeschalteten hydraulischen Arbeitsorgan aufgenommene
und auf das Gehäuse übertragene zusätzliche Drehmoment bewirkt einerseits eine auf
die jeweilige Drehzahl bezogen relativ höhere Bremsleistung, was vielfach gerade
ini unteren Drehzahlbereich von besonderer Bedeutung ist, andererseits aber auch
eine Steigerung der absoluten maximalen Bremsleistung auf einfache und raumsparende
Weise.
-
Um die grundsätzliche Wirkung des Erfindungsvorschlages noch besser
verständlich zu machen, ist in Abb. 2 eine Diagrammdarstellung gewählt, in der über
der Wellendrehzahl als Abszisse die jeweilige zugehörige Bremsleistung als Ordinate
aufgetragen wird. Die Linie a soll eine beliebige Potenzkurve veranschaulichen,
nach der die Bremsleistung einer bekannten Wasserwirbelbremse theoretisch verläuft;
dabei wird das Leistungsfeld der Bremse praktisch vom Schnittpunkt dieser Kurve
mit der in ihrer Richtung ehenfalls willkürlich eingezeichneten Geraden ,) ab durch
die letztere begrenzt, da die
Welle eine höhere Bremsleistung bei
der jeweiligen Drehzahl nicht zuläßt. Die Linie c läßt den EinfluR eines zusätzlichen
hydraulischen Arbeitsorgans, etwa in Ausführung nach Abb.I, erkennen. In diesem
Falle hat die Leistungskurve der sonst in ihren Abmessungen im wesentlichen unveränderten
Bremse einen höheren Exponenten, so daß die Leistung schon im unteren Drehzahlbereich
stärker ansteigt und die Wellengerade b bei einer niedrigeren Drehzahl erreicht
wird.
-
Nitit einer solchen Anordnung wird also ein Weg gezeigt, um die Leistungscharakteristik
einer Wasserwirbelbremse auf rein hydraulischem Wege erhehlich zu verbessern. wenn
der andere, bereits hekannte Weg, der zusätzlichen Anordnung einer mechanischen
Reibungsbremse aus irgendwelchen Gründen nicht angängig oder möglich ist.