SE516872C2 - Hydrodynamisk broms - Google Patents

Description

l-la; 10 15 20 25 30 35 516 872 kardanaxeln kan ett visst maximalt utgående bromsmoment erhållas. Vid högre varvtal hos kardanaxeln beror utgående bromsmoment på fyllnadsgraden av olja i det toroidformade utrymmet. Således genom att styra trycket i nämnda utrymme kan det utgående bromsmomentet regleras. Innan retardern börjar att producera ett utgående bromsmoment, måste utrymmet kring statorn och rotorn fyllas med olja. Retardern innefattar härför en pump och en oljereservoar. Ju lägre hastighet kardanaxeln hos fordonet har desto längre tid tar det att fylla utrymmet kring statorn och rotor. För att påskynda denna operation används ofta en oljeackumulator i anslutning till oljereservoaren.

Arbetsmediet hos en hydrodynamisk retarder är någon lämplig olja. Såsom omnämnts tidigare övergår oljans rörelseenergi till värmeenergi under en bromsningsprocess. För att undvika överhettning av oljan är det viktigt att oljeflödet genom det toroidformade utrymmet är högt. Med ett högt oljeflöde kan man erhålla en effektiv kylning av oljan. För att erhålla ett högt flöde av olja utnyttjas de tryckdifferenser som bildas när rotorn roterar i en viss rotationsriktning. Efter det att oljan lämnar det toroidformade utrymmet leds oljan till ett kylsystem/värmevåxlare hos fordonet, såsom en kylvattenkrets hos fordonet. Därefter kan oljan åter ledas till det toroidformade utrymmet. Det bör noteras att den kylda oljan kan nyttjas för att kyla retardern i och med att mycket värme alstras hos retardern under en bromsningsprocess. Det bör dessutom noteras att oljans livslängd påverkas av höga temperaturer, varvid tiden som förflyter mellan bytesintervallen minskar om inte temperaturen på oljan hålls nere. l Fig 1 visas delar av en känd retarder till ett tungt fordon, såsom en lastbil. Den kända retardern innefattar en dubbelrotor 1 och två statorer 2, 3 vilka omger en axel 4. Härigenom bildas två toroidformade utrymmen 5. Respektive toroidformade utrymmes innerdiameter utnyttjas som inlopp 6 och illa, 10 15 20 25 30 35 ø a n a 'c u ø u n nu 516 872 v ytterdiameter som utlopp 7. Genom att ha nämnda inlopp 6 i anslutning till torusens innerdiameter måste en tillförselkanal 8 finnas mellan axeln 4 och inloppet 6. Härigenom blir denna retarderkonstruktion utrymmeskrävande. Det bör dessutom noteras att när rotorn roterar så är tryckskillnaden som bildas mellan det område där inloppen 6 är placerade och det område där utloppen 7 är placerade förhållandevis liten. Följaktligen kan inget högre flöde av arbetsmediet erhållas med denna konstruktion.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ändamålet med föreliggande uppfinning är att undanröja ovan nämnda problem. I synnerhet eftersträvas en hydrodynamisk broms som medger ett högt flöde av arbetsmediet genom det toroidformade utrymmet, dvs en stor fluidmängd per tidsenhet som strömmar genom bromsens toroidformade utrymme. En stor fluidmängd per tidsenhet innebär att fluiden dessutom kan tjäna som kylmedel, varvid den värmeenergi som alstras under en bromsprocess kan ledas bort med fluiden. Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en hydrodynamisk broms med vilken det är möjligt att erhålla ett stort bromsande moment trots bromsens ringa storlek.

Dessa syften uppnås med den inledningsvis angivna hydrodynamiska bromsen som har de särdrag som definieras i patentkravets 1 kännetecknande del.

Med en sådan hydrodynamisk broms med nämnda tillförselhål anordnat i närheten av den sida hos skoveln hos statorn där ett relativt lågt tryck bildas när rotorn roterar i en viss rotationsriktning är det möjligt att snabbt erhålla ett bromsande moment. Härvid, om den hydrodynamiska bromsen är kopplad till fordonets drivlina, kommer föraren av fordonet uppleva en tillfredsställelse när han bromsar med retardern hos fordonet.

Dessutom erbjuder nämnda placering av nämnda tillförselhål att -..»» 10 15 20 25 30 35 516 872 bromsen kan anordnas direkt intill en roterande axeln utan att någon tillförselkanal måste anordnas mellan den roterande axeln och det toroidformade utrymmet såsom är fallet hos den inledningsvis beskrivna kända bromsen.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är nämnda tillförselhål beläget i ett radiellt yttre område hos statorn. Tillförselhålet är med fördel beläget i detta område i och med att trycket är som lägst i detta område.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen har tillförselhålet en mynning som åtminstone delvis skär igenom bottenytan. Mynningen kan vara så anordnad att den delvis skär igenom skoveln och delvis skär igenom bottenytan. Alternativt kan hela mynningen skära igenom bottenytan. Det bör noteras att i det yttre området hos statorn i anslutning till den andra sidan hos en skovel när rotorn roterar i nämnda rotationsriktning befinner sig knappast någon fluid i nämnda område vid lågfyllnadsgrad, dvs när endast en bråkdel av utrymmet mellan statorn och rotorn är fylld med fluid. Härvid är trycket som lägst i nämnda område.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen sträcker sig nämnda tillförselhål genom bottenytan.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen har nämnda tillförselhål en längdaxel som är väsentligen vinkelrät mot rotationsaxeln. Medelst ovan nämnda placering av tillförselhålet och att tillförselhålet har en längdaxel som är väsentligen vinkelrät med rotationsaxeln kommer tillförseln av fluid att ske i fluidens strömningsriktning inne i det toroidformade utrymmet.

Härvid kommer fluidströmmen i utrymmet mellan statorn och rotorn inte att nämnvärt störas.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen är nämnda fluid inrättad att tillföras nämnda toroidformade utrymme via ett »mir 10 15 20 25 30 35 s 1 e a 72 :jfë . æjj: 2 flertal tillförselhål. Genom att tillförselhälen är anordnade i anslutning till statorns ytterdiameter kan en stor tillförselarea erhållas trots en ringa storlek hos retardern. Med en stor tillförselarea kan en snabbare omsättning av olja erhållas genom det toroidformade utrymmet.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen är ett tillförselhål anordnat i väsentligen samtliga fickor hos statorn.

Härvid kan en bromsen göras mycket kompakt.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen är nämnda utmatningshål anordnat i närheten av nämnda första sida hos en skovel hos statorn. Således utnyttjar man den trycksklllnad som bildas på respektive sidor om en skovel hos statorn vid rotation av rotorn för tillförsel respektive utmatning av fluid. Härvid kan man erhålla en högt flöde av fluid genom det toroidformade utrymmet.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen är nämnda utmatningshål beläget i ett radiellt yttre område hos statorn. l och med att både nämnda tillförselhål och nämnda utmatningshål med fördel är placerade i nämnda yttre radiella område hos statorn kan statorn och rotorn placeras intill rotationsaxeln vilket inte är möjligt med bromsen som redovisats som känd teknik. Härigenom kan man erhålla en större volym hos utrymmet mellan statorn och rotorn enligt uppfinningen samtidigt som statorns och rotorns ytterdimensioner är mindre än hos bromsen som redovisats som känd teknik, dvs det toroidformade utrymmet kan placeras närmare rotationsaxeln och differensen mellan ytter- och innerdiametern hos det toroidformade utrymmet kan göras större än motsvarande differens hos bromsen enligt teknikens ståndpunkt som har redovisats i beskrivningen samtidigt som bromsen enligt uppfinningen uppvisar mindre ytterdiameter än nämnda kända broms. Således är en fördel med bromsen enligt uppfinningen n o n ø u. .lina 10 15 20 25 30 35 516 872 šfišïï: att den tar mindre plats än bromsen som redovisats som teknikens ståndpunkt, dvs man utnyttjar utrymmet bättre.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen har nämnda utmatningshål en mynning som åtminstone delvis skär igenom nämnda bottenyta. Mynningen kan vara så anordnad att den delvis skär igenom skoveln och delvis skär igenom bottenytan.

Alternativt kan hela mynningen skära igenom bottenytan. Det bör noteras att i det yttre området hos statorn i anslutning till den första sidan hos en skovel där en skovel skjuter upp från bottenytan när rotorn roterar i nämnda rotationsriktning är trycket som högst i och med att fluidströmmen är tjockast i detta område. Härvid erhålls den mest effektiva utmatningen av fluid när utmatningshålet mynnar i nämnda område.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen har nämnda utmatningshål en längdaxel som är väsentligen parallell med rotationsaxeln. Medelst ovan nämnda placering av utmatningshålet och att utmatningshålet har en längdaxel som är väsentligen parallell med rotationsaxeln kommer utmatningen av fluid att ske i fluidens strömningsriktning i det toroidformade utrymmet. Härvid kommer fluidströmmen i utrymmet mellan statorn och rotorn inte att nämnvärt störas.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen är nämnda fluid inrättad att utmatas via ett flertal utmatningshål. Härvid kan man erhålla en snabb utmatning av fluid från det toroidformade utrymmet. Det bör dessutom noteras att med bromsen enligt uppfinningen kan den mängd fluid som strömmar genom det toroidformade utrymmet uppgå till 500 l/min. Såsom nämnts i den inledande beskrivningen kyls fluiden efter det att den lämnat det toroidformade utrymmet och därefter förs den åter till det toroidformade utrymmet. Genom den stora kylda cirkulerande fluidmängden tjänar fluiden även som ett kylmedium som är inrättat att leda bort den under bromsprocessen alstrade värmevärmeenergin från bromsen. ,..., 10 15 20 25 30 35 - » o o oo 516 872 KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Föreliggande uppfinning skall nu förklaras genom en beskrivning av en föredragen utföringsform och med hänvisning till bifogade ritningar.

Fig 1 visar ett tvärsnitt genom ett parti hos en hydrodynamisk broms hos ett fordon enligt känd teknik, Fig 2 visar ett tvärsnitt genom ett parti hos en hydrodynamisk broms hos ett fordon enligt uppfinningen, Fig 3 visar statorn enligt Fig 2, Fig 4 visar skovlarnas, tillförselhålens och utmatningshålens placering hos statorn enligt Fig 2, Fig 5 visar snittet A-A hos statorn enligt Fig 4 i vilket placeringen av ett tillförselhål och ett utmatningshål visas i detalj, Fig 6 visar hur fluiden strömmar hos statorn vid låg fyllnadsgrad, Fig 7 visar motsvarande snitt som visas i Fig 5 och hur fluiden strömmar vid låg fyllnadsgrad, och Fig 8 visar statorn och rotorn hos bromsen enligt Fig 2 och rotorns rotationsriktning.

DETALJERAD BESKRIVNING AV EN UTFÖRINGSFORM AV UPPFINNINGEN l Fig 1 visas ett tvärsnitt genom en retarder i form av en hydrodynamisk broms hos ett motordrivet fordon. Den kända retardern är redovisad i den inledande beskrivningen.

I Fig 2 visas ett tvärsnitt genom ett parti av en hydrodynamisk broms i form av en retarder hos ett motordrivet fordon enligt »npnø 10 15 20 25 30 35 516 872 uppfinningen. Retardern innefattar en ringformig stator 10 och en ringformig rotor 12 som var och en innefattar en ringformig fördjupning 14, 16. Statorn 10 innefattar ett flertal skovlar 18 som är anordnade i statorns fördjupning 14 och rotorn 12 innefattar ett flertal skovlar 20 som är anordnade i rotorns 12 fördjupning 16, se även Fig 8. l ett monterat tillstånd omger den ringformiga statorn 10 och den ringformiga rotorn 12 en axel 22 på sådant sätt att fördjupningarna 14, 16 tillsammans bildar ett toroidformat utrymme 24. Retardern är ansluten till fordonets drivlina, exempelvis vid fordonets kardanaxel 23 i anslutning till fordonets växellåda för att möjliggöra bromsning av de drivande hjulen hos fordonet. Retardern kan vara anordnad direkt på kardanaxeln 23 eller via en växelenhet 25 såsom i Fig 2. Statorn 10 är fast anordnad i fordonet på lämpligt sätt och rotorn är fast förbunden med axeln 22. Vid fordonets framdrivning är rotorn 12 inrättad att rotera kring en rotationsaxel x i förhållande till statorn 10 i en rotationsriktning a, jämför Fig 8.

Såsom framgår av Fig 3 och Fig 4 innefattar statorn 10 ett flertal tillförselhål 26 och ett flertal utmatningshål 28. Tillförselhålen 26 och utmatningshålen 28 är belägna i ett yttre radiellt område 30 hos statorn 10. Respektive tillförselhål 26 har en längdaxel y som är väsentligen vinkelrät mot rotationsaxeln x och respektive utmatningshål 28 har en längdaxel z som är väsentligen parallell med rotationsaxeln x. l Fig 5 visas i detalj hur ett tillförselhål 26 och ett utmatningshål 28 är belägna i förhållande till en skovel 18 hos statorn 10.

Såsom framgår av Fig 4 och Fig 8 avdelar skovlarna 18 hos statorn 10 statorns ringformiga fördjupning 14 på sådant sätt att två angränsande skovlar 18 mellan sig bildar en ficka 32. Likaså avdelar skovlarna 20 hos rotorn 12 rotorns 12 ringformiga fördjupning 16 på sådant sätt att två angränsande skovlar 20 mellan sig bildar en ficka 34. En bottenyta 36 hos respektive ficka 32 sträcker sig mellan två angränsande skovlar 18 hos annu; 10 15 20 25 30 35 516 872 šïï* §fEsIš-*"*"ï: statorn 10. Bottenytan 36 sträcker sig dessutom mellan en yttre radiell kant 38 och en inre radiell kant 40, jfr Fig 3. Likaså sträcker sig en bottenyta 42 hos respektive ficka 34 mellan två angränsande skovlar 20 hos rotorn 12, jämför Fig 8. Dessutom sträcker sig bottenytan 42 mellan en yttre radiell kant (ej visad) och en inre radiell kant (ej visad).

Såsom framgår av Fig 8 är en ficka 32 hos statorn 10 öppen mot en ficka 34 hos rotorn 12. Dessutom lutar skovlarna 18, 20 i förhållande till bottenytorna 36, 42.

När rotorn 12 roterar kring rotationsaxeln x i riktningen a kommer ett relativt högt tryck bildas på en första sida 44 hos respektive skovel 18 hos statorn 10 och ett relativt lågt tryck på en andra sida 46 hos respektive skovel 18 hos statorn 10, jfr Fig 5.

Under en bromsningsprocess är en fluid/ett arbetsmedium i form av hydraulvätska, exempelvis någon lämplig olja, inrättad att tillföras det toroidformade utrymmet 24 via tillförselhålen 26 hos statorn 10 för att bromsa rotorn 12 och följaktligen de drivande hjulen hos fordonet. Fluiden utmatas via utmatningshålen 28 hos statorn 10. Under bromsningsprocessen kommer fluiden att ledas av rotorns 12 skovlar 20 i rotationsriktningen a och radiellt utåt i det toroidformade utrymmet 24 längs fickornas 34 bottenyta 42 och slungas med en hög hastighet över från en fickas 34 yttre radiella kant hos rotorn 12 till en fickas 32 yttre radiella kant 38 hos statorn 10. Fluiden träffar statorns 10 skovlar 18 och fluidens rörelse i rotorns 12 rotationsriktning a bromsas och leds av skovlarna 18 hos statorn 10 radiellt inåt längs fickornas 32 bottenytor 36 tills de når den inre radiella kanten 40. Härvid träffar fluiden rotorns 12 roterande skovlar 20 i en vinkel så att rotorn 12 bromsas.

För att snabbt fylla respektive snabbt tömma det toroidformade utrymmet 24 på fluid utnyttjar man tryckskillnaden som bildas :nano 10 15 20 25 30 35 u | > n av c u 516 872 10 kring en respektive skovel 18 hos statorn 10. Härigenom erhålls en snabb omsättning/cirkulation av arbetsmediet/fluiden genom det toroidformade utrymmet 24. För att erhålla en så snabb omsättning av arbetsmediet som möjligt har tillförselhålen 26 en mynning 48 som skär igenom bottenytan 36 i närheten av en skovels 18 andra sida 46, jfr Fig 5. I detta område är trycket lägst och vid låg fyllnadsgrad, dvs när endast en bråkdel av det toroidformade utrymmet 24 är fyllt med fluid finns knappast någon fluid i detta område, jfr Fig 6 och Fig 7 som visar hur fluiden strömmar vid låg fyllnadsgrad. Utmatningshålen 28 har en mynning 50 som skär genom bottenytan 36 i närheten av den första sidan 44 hos en skovel 18 hos statorn 10, jfr Fig 5. I detta område är trycket högst och vid låg fyllnadsgrad finns fluid bara i detta område, jfr Fig 7. Med den hydrodynamiska bromsen enligt uppfinningen kan tryckskillnaden mellan en skovels 18 första sida 44 och skovelns 18 andra sida 46 ligga över 35 bar.

För att störa fluidströmmen i det toroidformade utrymmet 24 så lite som möjligt sker tillförseln respektive utmatningen av fluid väsentligen i strömningsriktningen. Vid utmatningshålen 28 är strömningsriktningen väsentligen parallell med rotationsaxeln x.

Således är respektive utmatningshåls längdaxel z väsentligen parallell med rotationsaxeln x såsom omnämnts ovan i anslutning till Fig 3. Vid tillförselhålen 26 är strömningsriktningen väsentligen vinkelrät mot rotationsaxeln x.

Således är respektive tillförselhåls längdaxel y väsentligen vinkelrät mot rotationsaxeln x såsom omnämnts i anslutning till Fig 3.

Det bör noteras att med bromsen enligt uppfinningen kan den mängd fluid som strömmar genom det toroidformade utrymmet 24 uppgå till 500 l/min. Såsom nämnts i den inledande beskrivningen kyls fluiden efter det att den lämnat det toroidformade utrymmet 24 och därefter förs den åter till det toroidformade utrymmet 24. Genom den stora kylda cirkulerande fluidmängden tjänar fluiden även som ett kylmedium som är 516 872 11 inrättat att leda bort den under bromsprocessen alstrade värmevärmeenergin från bromsen.

Uppfinningen är inte begränsad till det visade utföringsexemplet 5 utan kan varieras och modifieras inom ramen för de efterföljande patentkraven. :anna

Claims (13)

10 15 20 25 30 35 516 872 12 Patentkrav

1. Hydrodynamisk broms innefattande en stator (10) och en rotor (12), som var och en innefattar en ringformig fördjupning (14; 16) och ett flertal skovlar (18; 20) som är anordnade i respektive dels fördjupning (14; 16), varvid nämnda skovlar (14, 16) avdelar nämnda respektive fördjupningar (14; 16) på sådant sätt att två angränsande skovlar (18; 20) mellan sig bildar en ficka (32; 34), varvid en bottenyta (36; 42) hos respektive ficka (32; 34) sträcker sig mellan två angränsande skovlar (18; 20) och en yttre radiell kant (38) och en inre radiell kant (40), varvid statorn (10) och rotorn (12) är anordnade koaxiellt i förhållande till varandra så att statorns (10) och rotorns (12) fördjupningar (14; 16) tillsammans bildar ett toroidformat utrymme (24), varvid rotorn (12) är inrättad att rotera kring en rotationsaxel (x) i förhållande till statorn (10) i en rotationsriktning (a) så att ett relativt högt tryck bildas på en första sida (44) hos respektive skovel (18) hos statorn (10) och ett relativt lågt tryck hos en andra sida (46) hos respektive skovel (18) hos statorn (10), varvid en fluid är inrättad att tillföras nämnda toroidformade utrymme (24) via åtminstone ett tillförselhål (26) under rotation av rotorn (12) för att bromsa rotorn (12), varvid nämnda fluid är inrättad att utmatas från nämnda toroidformade utrymme (24) via åtminstone ett utmatningshål (28), kännetecknad av att nämnda tillförselhål (26) är anordnat i statorn (10) i närheten av nämnda andra sida (46) hos en skovel (18) hos statorn (10).

2. Hydrodynamisk broms enligt krav 1, kännetecknad av att nämnda tillförselhål (26) är beläget i ett radiellt yttre område (30) hos statorn (10).

3. Hydrodynamisk broms enligt något av kraven 1 och 2, kännetecknad av att nämnda tillförselhål (26) sträcker sig genom bottenytan (36). 10 15 20 25 30 35 516 872 13

4. Hydrodynamisk broms enligt något av föregående krav, kännetecknad av att nämnda tillförselhål (26) har en mynning (48) som åtminstone delvis skär igenom bottenytan (36).

5. Hydrodynamisk broms enligt något av föregående krav, kännetecknad av att nämnda tillförselhål (26) har en längdaxel (y) som är väsentligen vinkelrät mot rotationsaxeln (x).

6. Hydrodynamisk broms enligt något av föregående krav, kännetecknad av att nämnda fluid är inrättad att tillföras nämnda toroidformade utrymme (24) via ett flertal tillförselhål (26).

7. Hydrodynamisk broms enligt krav 6, kännetecknad av att ett tillförselhål (26) är anordnat i väsentligen samtliga fickor (32) hos statorn (10).

8. Hydrodynamisk broms enligt något av föregående krav, kännetecknad av att nämnda utmatningshål (28) är anordnat i närheten av nämnda första sida (44) hos en skovel (18) hos statorn (10).

9. Hydrodynamisk broms enligt krav 8, kännetecknad av att nämnda utmatningshål (28) är beläget i ett radiellt yttre område (30) hos statorn (10).

10. Hydrodynamisk broms enligt något av kraven 8 och 9, kännetecknad av att nämnda utmatningshål (28) sträcker sig genom bottenytan (36).

11. Hydrodynamisk broms enligt något av kraven 8 till 10, kännetecknad av att nämnda utmatningshål (28) har en mynning (50) som åtminstone delvis skär igenom nämnda bottenyta (36).

12. Hydrodynamisk broms enligt något av kraven 8 till 11, kännetecknad av att nämnda utmatningshål (28) har en 516 872 14 Iängdaxel (z) som är väsentligen parallell med røtationsaxeln (X)-

13. Hydrodynamisk broms enligt något av kraven 8 - 8, 5 kännetecknad av att nämnda fluid är inrättad att utmatas via ett flertal utmatningshål (28). »anno