DE1630762A1

DE1630762A1 - Bremsmomentregelung

Info

Publication number: DE1630762A1
Application number: DE19671630762
Authority: DE
Inventors: Adolf Brosig; Manfred Herold
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH; MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH; Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 1967-01-07
Filing date: 1967-01-07
Publication date: 1970-05-27
Also published as: AT291025B; DE1630762B2; FI50661C; NL6800206A; US3476218A; SE344496B; FR1549874A; DK127022B; ES348958A1; BE709027A; FI50661B; CH480211A; GB1213692A

Description

MOTOREN- UND TURBINEN-UNION P 16 30 762.3-21

FRIEDRICHSHAPEN GMBH

Bremsmomentregelung

Das Bremsmoment hydrodynamischer Bremsen ist abhängig vom Füllungsgrad der Bremse und von der Bremsdrehzahl. Bei konstantem Füllungsgrad wächst das Bremsmoment mit der Drehzahl nach einer Funktion zweiten Grades. Der Jeweilige Füllungsgrad bestimmt die Steilheit der zugehörigen Bremsmomentkurve. Jeder FUllungsgrad zwischen leerer und voller Bremse ergibt eine entsprechende parabelförmige Bremsmomentkurve in dem Bremsmomentbereich unterhalb der steilsten, der vollen Bremse zugehörigen Bremsmomentkurve .

Um irgend eine vorgegebene, von den parabelförmigen abweichende, Bremsmomentkurve zu erhalten, muß mit sich ändernder Bremsdrehzahl die Bremsfüllung durch Zufuhr oder Entnahme von Flüssigkeit geändert werden.

Vorrichtungen zum Ein- und Ausschalten der Bremse durch Füllen und Entleeren der Bremse und zum Steuern des Bremsmomentes durch Verändern des Füllungsgrades bestehen üblicherweise aus einem Flüssigkeitsvorratsbehälter, einer Pumpe, einer von der Pumpe zur Bremse führenden Fülleitung mit einem Absperrorgan und einer aus der Bremse zum Vorratsbehälter führenden Entnahmeleitung. Zur Steuerung des Füllungsgrades ist in der Entnahmeleitung ein Steuerschieber mit veränderbarem Durchflußquerschnitt angeordnet.

Zum Einschalten der Bremse und während des Bremsbetriebs wird der Bremse dauernd durch die Pumpe aus dem Vorratsbehälter Bremsflüssigkeit zugeführt. Die dauernde Flüssigkeitszufuhr dient dem Ersatz unvermeidlicher Leckverluste und der Möglichkeit, den Füllungsgrad während des Betriebes zu verändern. Je nach dem am Steuerschieber eingestellten Durchflußquerschnitt und damit Durchflußwiderstand und der augenblicklichen Bremsdrehzahl stellt sich in der Bremse eine entsprechende Teilfüllung und damit ein entsprechendes Bremsmoment selbsttätig ein.

Neue Unterlagen (Art711 αιλ.2 νγ.ι satz
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Die selbsttätige Einstellung der Teilfüllung kommt dabei, gleichbleibende Bremsdrehzahl vorausgesetzt,' folgendermaßen zustande:

Durch die Bremsrotordrehung entsteht in der Flüssigkeit in der Bremse ein von der Drehzahl und vom Füllungsgrad abhängiger Druck. In der Entnahmeleitung entsteht ein gegenüber dem Druck in der Bremse abweichender Druck durch den Einfluß der an der Anschlußstelle vorbeiführenden, von der Rotordrehung erzeugten Flüssigkeitsströmung. Die von der Rotordrehzahl abhängige Geschwindigkeit dieser Strömung bestimmt die Höhe dieser Abweichung. Durch diesen Druck in der Entnahmeleitung fließt Flüssigkeit aus der Bremse. Die ausfließende Menge ist abhängig vom Druck in der Entnahmeleitung und dem eingestellten Durchflußwiderstand des Steuerschiebers. So lange der Füllungsgrad nicht dem eingestellten Durchflußwiderstand entspricht, fließt durch die Entnahmeleitung mehr bzw. weniger Flüssigkeitsmenge aus der Bremse, als dieser durch die Pumpe zugeführt wird. Wäre z.B. der Füllungsgrad und damit der Druck in der Bremse zu hoch, würde die Ausflußmenge die Zuflußmenge überwiegen, bis zum Erreichen des entsprechenden Füllungsgrades. Entspricht der Füllungsgrad dem eingestellten Durchflußwiderstand ist die Ausflußmenge der Zuflußmenge gleich und der Füllungsgrad und somit das Bremsmoment bleiben bei gleichbleibender Bremsdrehzahl konstant.

Bei Änderung der Bremsdrehzahl, jedoch gleichbleibendem Durchflußwiderstand des Steuerschiebers, ändert sich entsprechend der Flüssigkeitsdruck in der Bremse und in der Entnahmeleitung und somit die Entnahmemenge, bis der neue Teilfüllungsgrad als Gleichgewichtszustand zwischen Zufluß und Entnahme wieder hergestellt ist. Dieser neue Teilfüllungsgrad mit der geänderten ^O Drehzahl ergibt auch ein anderes Bremsmoment.

Die jeweilige Höhe des Bremsmomentes bei den verschiedenen Drehzahlen hängt von einer Vielzahl von Faktoren, hauptsächlich von konstruktiven Gegebenheiten der Bremse ab, und es ergeben sich je nach Bremstype Bremsmoment-Drehzahl-Kurven mit verschiedenem Verlauf. Z.B. kommt es vor, daß bei steigender Drehzahl im

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Gy/Hr 009822 /07 U

unteren Drehzahlbereich die Kurven sehr rasch ansteigen, bei mittleren Drehzahlen wieder abfallen, um bei hohen Drehzahlen wieder anzusteigen. Bei verschiedenen Einstellungen des Steuerschiebers ergeben sich Kurven ähnlichen Verlaufs, jedoch mit verschiedener Höhe.

Der Verlauf dieser Kurven ist jedoch für die meisten Anwendungsbereiche von Bremsen ungünstig. Je nach Verwendung der Bremse ist ein ganz bestimmter Verlauf des Bremsmomentes über der Drehzahl erforderlich, z.B. steigendes, konstantes oder fallendes Bremsmoment mit steigender Drehzahl.

Um eine solche vorgegebene Bremsmomentkurve zu erreichen, wurde bisher die Bremsmomentsteuerung dauernd entsprechend nachgestellt. Soll die Steuerung dabei selbsttätig nachgestellt werden, ist eine aufwendige, teure, empfindliche und damit störanfällige Regelvorrichtung notwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, für eine hydrodynamische Bremse mit der beschriebenen Einrichtung zum Steuern des Bremsmomentes eine Regelvorrichtung zu schaffen, durch die vorgegebene Bremsmomentverläufe über der Drehzahl mit einfachsten Mitteln erzielt werden können und die die Nachteile der bisherigen Regelvorrichtung vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine besondere strömungstechnische Ausbildung der Anschlußstelle der Entnahmeleitung, z.B. durch strömungstechnisch wirksame Wandteile oder Einbauten an oder nahe der Anschlußstelle oder eine besondere Ausführung des· Anschlusses der Entnahmeleitung, die den Einfluß der an der Anschlußstelle vorbeiführenden drehzahlabhängigen Flüssigkeitsströmung auf den Druck in der Entnahmeleitung ändert, wodurch der Füllungsgrad und damit das Bremsmoment selbsttätig drehzahlabhängig beeinflußt wird.

Je nach Art und Dimensionierung der erfindungsgemäßen Ausbildung der Anschlußstelle der Entnahmeleitung kann der Einfluß der an der Anschlußstelle vorbeiführenden Flüssigkeitsströmung auf den Druck in der Entnahmeleitung variiert werden und somit die sich zufällig aus der Bremskonstruktion ergebenden Bremsmomentkurven

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Gy/Hr MM 6613 -4-

in die angestrebten Bremsmomentkurven umgewandelt werden.

Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, daß diese Regelvorrichtung vollkommen betriebssicher und verschleißlos ist und nahezu ohne Mehraufwand hergestellt werden kann.

Konstruktiv besonders einfach ist die Anordnung der erfindungsgemäß ausgebildeten Anschlußstelle der Entnahmeleitung an einem Ringkanal, der die Bremse radial außerhalb des Spaltes zwischen Rotor und Stator umgibt. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß an der Anschlußstelle die im Ringkanal auch bei kleinsten Teilfüllungen herrschende geordnete drehzahlabhängige Strömung vorbeiführt.

Anhand nachstehender Beschreibung und den Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert und mehrere Ausführungsbeispiele mit weiteren Erfindungsmerkmalen beschrieben.

In den Zeichnungen zeigt die Fig. 1 Bremsmomentkurven einer nicht geregelten sowie einer geregelten hydrodynamischen Bremse.

Die Fig. 2 zeigt eine hydrodynamische Bremse mit einer Einrichtung zum Steuern des Bremsmomentes durch Verändern des Füllungsgrades im Schnitt und die

Fig. 3a bis 6b vier verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Ausbildung der Anschlußstelle der Entnahmeleitung im Längs- und Querschnitt.

Im Diagramm der Fig. 1 sind Bremsmomentkurven über der Bremsdrehzahl einer ungeregelten und einer geregelten Bremse gezeigt. Die gestrichelten Kurven 11, 12 und 13 sind Bremsmomentkurven einer nicht selbsttätig geregelten Bremse bei drei verschiedenen Stellungen der Steuervorrichtung. Bei diesen Kurven wächst das Moment zuerst mit steigender Drehzahl, vermindert sich bei mittleren Drehzahlen, um bei höheren Drehzahlen wieder zu steigen.

Entsprechend der Stellung der Steuervorrichtung ist das Moment bei der jeweiligen Drehzahl verschieden hoch, sein Verlauf über dem Drehzahlbereich ist jedoch untereinander ähnlich. Dieser Verlauf der Kurven 11, 12 und 13 gilt für eine bestimmte Bremsenbauart. Bremsen anderer Bauart können einen anderen

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Gy/Hr 0 0 9 8 2 2/0714 ^{MM 6615} "^

Bremsmomentverlauf über der Drehzahl aufweisen, jedoch wird in den meisten Fällen die gewählte Bremsenbauart ohne weitere zusätzliche Einrichtungen nicht zufällig den für einen bestimmten Anwendungsfall günstigsten Bremsmomentverlauf ergeben.

Die Kurven 14, 15 und 16 sind die Bremsmomentkurven einer hydrodynamischen Bremse mit einer Regelvorrichtung nach der Erfindung, die für konstante Bremsmomente ausgelegt ist bei verschiedenen Stellungen der Steuervorrichtung.

In der Pig. 2 ist eine hydrodynamische Bremse dargestellt, bestehend aus einem Gehäuse 20 mit Statorschaufeln 21, einem Rotor 22 mit Schaufeln 23, der fest auf der abzubremsenden Welle 24 sitzt. Der Bremse wird Bremsflüssigkeit von einem Vorratsbehälter 25 durch eine Füllpumpe 26 über eine Fülleitung 27 und Füllventil 28 zugeführt. Dieses Ventil dient nur zum Ein- und Ausschalten der Bremse und hat keine Steuer- oder Regelfunktion. Die Bremse ist radial außerhalb des Spaltes zwischen Stator- und Rotorschaufeln 21 und 23 von einem Ringkanal 29 umgeben, der durch einen Radialspalt 30 über den ganzen Umfang des Gehäuses 20 mit der Bremsenkammer verbunden ist. Zur Steuerung des Bremsmomentes durch Verändern des Füllungsgrades ist am Ringkanal eine Anschlußstelle 31 für eine Entnahmeleitung 32 angeordnet, die über einen Steuerschieber 33 mit einstellbarem Durchflußquerschnitt und Leitung 34 zurück zum Vorratsbehälter 25 führt. Zur Kühlung der Bremsflüssigkeit führt vom Ringkanal 29 eine Kühlleitung über einen .Wärmetauscher zurück zur Bremse. Die Einrichtungen zur Kühlung sind einfachheitshalber in den Figuren nicht gezeigt.

Erfindungsgemäß ist die Anschlußstelle 31 am Ringkanal 29 strömungstechnisch besonders ausgebildet. Von mehreren Möglichkeiten der Ausbildung der Anschlußstelle sind einige in den Fig.

3a bis 6b gzeigt, die vergrößerte Ausschnitte des Ringkanals in der Gegend der Anschlußstelle 31 sind.

Die Fig. 3a und 3b zeigen eine besonders bevorzugte Ausbildungsform der Erfindung. In Drehrichtung des Bremsrotors 22 vor der Anschlußstelle 31 ist eine Strömungsablenkvorrichtung in Form

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Gy/Hr MM 6613 -6-

eines zur Umfangsrichtung schrägen Ringkanalwandstückes 35 angeordnet. Dieses schräge Ringkanalwandstück kann aus der Ringkanalwand direkt geformt sein, es kann auch als federnde Zunge und mit einer Stellschraube stellbar ausgeführt sein.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigen die Fig. 4a und 4b, in denen der Querschnitt des Ringkanals 29 in der Gegend der Anschlußstelle 31 verengt ist. Die Querschnittsverengung 36 kann als Düse ausgebildet, wie in Fig. 4a und 4bgezeigt, jedoch auch anders geformt sein.

Zwei weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig. 5a, 5t> und 6a, 6b gezeigt, in welchen das vom Ringkanal 29 abzweigende Ende der aus zylindrischen Rohren bestehenden Entnahmeleitung 31 zur erfindungsgemäßen strömungstechnischen Ausbildung der Anschlußstelle benützt wird.

Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5a und 5t> ragt das Ende der Entnahmeleitung in den Ringkanal 29 und ist als Schöpfvorrichtung ausgebildet, deren öffnung 37 durch Drehen des Rohres 38 in Strömungsrichtung, entgegen der Strömungsrichtung und in verschiedene Zwischenstellungen gestellt werden kann.

Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 6a und 6b ist das Rohr der Entnahmeleitung unter einem dem geforderten Bremsmomentverlauf zugehörigen Winkel zur Strömungsrichtung im Ringkanal 29 an diesen angeschlossen.

Wirkungsweise der Bremse mit einer Bremsmomentsteuerung durch Verändern des Füllungsgrades und der erfindungsgemäßen Bremsmoment regelvorrichtung.

Zum Bremsen wird bei laufender Füllpumpe 26 das Absperrventil 28 geöffnet, wodurch der Bremse aus dem Vorratsbehälter 25 dauernd durch die Fülleitung 27 Bremsflüssigkeit zugeführt wird. Die Pumpwirkung des sich drehenden Rotors 22 erzeugt in der Flüssigkeit in der Bremse einen von der Rotordrehzahl und dem Füllungsgrad abhängigen Druck,usd eine kreisförmige Flüssigkeitsströmung zwischen Rotor- und Statorschaufeln 23 und 21 und außerdem eine drehzahlabhängige Strömung im Ringkanal 29.

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Gy/Hr MM 6613 -7-

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Durch die Strömung zwischen Rotor- und Statorschaufeln entsteht das von der Drehzahl und vom Füllungsgrad abhängige Bremsmoment.

In der Entnahmeleitung 32 entsteht ein gegenüber dem Druck in der Bremse abweichender Druck durch den Einfluß der an der Anschlußstelle 31 vorbeiführenden Flüssigkeitsströmung. Die von der Rotordrehzahl abhängige Geschwindigkeit dieser Strömung bestimmt die Höhe dieser Abweichung. Durch diesen Druck in der Entnahmeleitung 32 fließt dauernd Flüssigkeit aus der Bremse.

So lange der Füllungsgrad dem eingestellten Durchflußwiderstand am Steuerschieber 33 und der jeweiligen Bremsdrehzahl nicht entspricht, fließt durch den in der Entnahmeleitung herrschenden Druck mehr bzw. weniger Flüssigkeit aus der Bremse, als dieser durch die Füllpumpe 26 zugeführt wird. Bei Erreichen des zugehörigen Füllungsgrades ist die Ausflußmenge gleich der Zuflußmenge und der Füllungsgrad und somit das Bremsmoment bleiben bei gleichbleibender Drehzahl konstant. Bei Änderung der Bremsdrehzahl ändert sich der Druck in der Bremse, die Strömung an der Anschlußstelle 31 und somit der Druck in der Entnahmeleitung

32. Dadurch wird der Füllungsgrad und folglich auch das Bremsmoment geändert. Es ergeben sich entsprechende Drehmoment-Drehzahl-Kennlinien der Bremse, die aber in den meisten Fällen für den vorgesehenen Anwendungsfall ungünstig, wenn nicht gar ungeeignet sind.

Durch die Maßnahmen der Erfindung wird die vom Rotor 22 erzeugte drehzahlabhängige Strömung an der Anschlußstelle 31 verändert. Damit ändert sich auch der Einfluß dieser Strömung auf den Druck in der Entnahmeleitung 32, d.h. es verändert sich die Druckdifferenz zwischen Druck in der Bremse und Druck in der Entnahmeleitung 32 in Abhängigkeit der Drehzahl. Als Folge davon wird ein anderer Füllungsgradverlauf und damit ein anderer Momentenverlauf über der Drehzahl erzielt.

Je nach Ausführung und Dimensionierung der die Strömung verändernden Regelvorrichtung können fallende, konstante oder steigende Drehmoment-Drehzahl-Kennlinien erzielt werden.

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Mit anderen Einstellungen des Durchflußwiderstandes am Steuerschieber erhält man Drehmoment-Drehzahl-Kennlinien verschiedener Höhe jedoch untereinander ähnlichem Verlauf.

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Claims

Patentansprüche

1. Regelvorrichtung für eine hydrodynamische Bremse, der dauernd Bremsflüssigkeit zugeführt und entnommen wird, und deren Bremsmoment durch Verändern ihres Füllungsgrades mit Hilfe eines veränderlichen Durchflußwiderstandes, z.B. einem Steuerschieber mit veränderlichem Durchflußquerschnitt*in der Entnahmeleitung steuerbar ist, gekennzeichnet durch eine besondere strömungstechnische Ausbildung der Anschlußstelle (31) der Entnahmeleitung (32), z.B. durch strömungstechnisch wirksame Wandteile oder Einbauten (35» 36, 37) an oder nahe der Anschlußstelle (31) oder eine besondere Ausführung des Anschlusses der Entnahmeleitung (32), die den Einfluß der an der Anschlußstelle (31) vorbeiführenden drehzahlabhängigen Flüssigkeitsströmung auf den Druck in der Entnahmeleitung (32) ändert, wodurch der Füllungsgrad und damit das Bremsmoment selbsttätig drehzahlabhängig be- einflußt wird.

2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anordnung der Anschlußstelle (31) für die Entnahmeleitung (32) an einem die Bremse umgebenden Ringkanal (29).

3· Regelvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Ringkanal (29) in Strömungsrichtung vor der Anschlußstelle (31) eine Strömungsablenkvorrichtung angeordnet ist.

4. Regelvorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsablenkvorrichtung stellbar ist.

5. Regelvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (29) QuerschnittsVeränderungen aufweist, und daß die Anschlußstelle (31) an einer durch diese Querschnittsveränderung beeinflußten Stelle der Ringkanalströmung angeordnet ist.

6. Regelvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsveränderung als Düse ausgebildet ist.

Neue Unterlagen (Art. 7 § l Abs. 2 Ur. 1 Salz 3 dos Änderungen, v. 4.9. TSS?.

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7· Regelvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußstelle (51) mit einer in den Ringkanal (29) ragenden Schöpfvorrichtung (57) ausgestattet ist.

8. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Ringkanal (29) abzweigende aus einem zylindrischen Rohr

(58) bestehende Teil der Entnahmeleitung (52) drehbar und als Schöpfvorrichtung (57) ausgebildet ist.

9. Regelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die besondere strömungstechnische Ausbildung der Anschlußstelle

(51) darin besteht, daß die Entnahmeleitung (52) unter dem, dem geforderten Bremsmomentverlauf zugehörigen Winkel zur Strömungsrichtung im Ringkanal (29) an diesen angeschlossen ist.

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