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Kennwort: "Selbsttätige Schwenkblende" Hydrodynamische Biemse mit
Ventilationsblende Zusatz zu Patent .... (Patentanmeldung P 19 54165.2) Die Erfindung
betrifft eine hydrodynamische Bremse mit einem während des Bremsens-mit Flüssigkeit
und während der Bremspausen mit Luft gefüllten Arbeitsraum und mit einem vom Außenumfang
her in den in einer achssenkrechten Ebene liegenden Schaufelradspalt in den Bremspausen
einschwenkbaren, blendenartigen Strömungshindernis zur Vermeidung einer LuStzirkulation
im Arbeitsraum, bei der das blendenartige StrUmungshindernis aus mehreren in Umfangsrichtung
in ausgerückter Stellung sich wenigstens angenähert lückenlos aneinanderreihenden,
bogenförmigen Blendenringsegmenten besteht, die in einem konzentrisch um den Arbeitsraum
der Bremse herum angeordneten Blenden- und Austrittsringraum angeordnet und im Bremsengehäuse
schwenk-und/oder radialverschiebbar gelagert sind, nach Patent (Patentanmeldung
P 19 34 165.2).
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In der Hauptanmeldung ist vorgesehen, die Segmente zum Zweck ihrer
Steuerung formschlüssig an einen gemeinsamen, hllfskraftbetätigten Versteliring
gelenkig anzukoppeln. Bei dieser Blendensteuerung mußten besondere Mittel vorgesehen
werden, um vor dem Füllen des Bremsenarbeitsraumes die Blendensegmente rechtzeitig
aus dem Schaufelradspalt heraus in den Blendenringraum zurück zu verschwenken. Diese
Mittel bestehen nicht nur in einem den Versteliring betätigenden Hydraulikkolben,
sondern auch in einem komplizierten Teil des Steuerschemas der Bremse. Außerdem
ist es nötig, durch geeignete Justage dafür zu sorgen, daß auch wirklich vor der
Füllung des Arbeitsrcaumes die Blendensegmonte ganz as dem Schaufelradspalt heraus
geschwenkt sind. Gelingt
dies nicht, so werden die Segmente von
der quer zu ihrer Erstreckungsebene mit hoher Geschwindigkeit fließenden Arbeitsströmung
erfaßt und verklemmt. Ein Weiterbewegen der Segmente ist dann nur noch mit beträchtlichem
Kraftaufwand möglich. Durch ein häufiges Verklemmen und Verkanten nehmen die Segmente
Schaden und teuere Reparaturen werden nötig.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die genannte Bremse derart zu gestalten,
daß die Blendensegmente ohne viel konstruktiven und steuerungstechnischen Aufwand
stets rechtzeitig und vor allem selbsttätig ausschwenken. Diese Aufgabe wird dadurch
gelöst, daß Jedem Blendensegment eine dieses in den Schaufelradspalt hineinbewegende
Feder zugeordnet wird, und daß an Jedem Segment eine axial sich in den Austrittsringraum
erstreckende Auftriebsflosse befestigt wird, die derart angeordnet und derart gegen
die Umfangsrichtung geneigt wird, daß sie bei Anströmung in Umlaufrichtung des Bremsrotors
eine radial nach außen gerichtete Antriebskraft erfährt.
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Man hat nämlich beobachtet, daß sich vor Ausbildung einer toroidal
kreisenden Arbeitsströmung auch nur in einer dünnen, wandnahen Lage zunächst der
Austrittsringraum auffüllt, und zwar unter starker tangentialer Durchströmung dieses
Ringraumes. Diese Tangential- oder Umfangsströmung wird erfindungsgemäß ausgenUtzt,
um rechtzeitig vor Ausbilden der Anfänge einer Arbeitsströmung selbsttätig die Blendensegmente,
entgegen der einschwenkend wirkenden Federkraft, aus dem Schaufelradspalt heraus
in den Blenden-und Austrittsringraum zurück zu verschwenken.
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Damit das Bremsrotor-Sehaufelrad am Außenumfang ohne Ausnehmungen
für die etwa in die Beschaufelung einschwenkenden Auftriebsflossen ausgebildet werden
kann, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß die Auftriebeflossen
Jeweils an dem bei in den SchauRelradspalt eingeschwenkten Segmenten noch innerhalb
der im Austritts- und Blendenringraum verbleibenden
Segmentteile
angeordnet sind. Zur Erzielung einer möglichstgroßen Auftriebskraft ist es zweckmäßig,
die Auftriebsflosse über die gesamte axiale Länge des Austrittsringraumes sich erstrecken
zu lassen.
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Damit nicht etwa eines der Blendensegmente, weil beispielsweise seine
Auftriebsflosse nicht genügend stark angeströmt wird, nicht rechtzeitig vor Ausbildung
der Anfänge einer Asbeitsströmung aus dem Srhaufelradspalt herausgezogen wird, ist
nach einem weiteren Gedanken der Erfindung vorgesehen, daß die schwenkbar augeuildeten
Segmente alle an einen gemeinsamen Verstellring ohne Selbsthemmung in beiden Betätigungsrichtungen
angelenkt sind; d.h., der Verstellring muß sich, auch ohne Verkantungsgefahr, von
den Segmenten aus oder auch von nur einem Segment aus leicht verstellen lassen können,
und in umgekehrter Kraftflußrichtung müssen sich wenigstens annähernd ebenso leicht
vom Verstellring aus die Segmente bewegen lassen. Der Verstellring sorgt für einen
Gleichlauf und verteilt die eventuell unterschiedlichen hydraulischen Verstellkräfte
und Bewegungen gleichmäßig auf alle Blendensegmente. Zwar wird dadurch die ganze
Anordnung etwas komplizierter, Jedoch tritt dieser Gesichtspunkt bei Bremsen hinter
den der damit erreichten Betriebssicherheit zurück.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird zwecks Erhöhung der
hydraulischen Verstellkräfte an den Auftriebsflossen der Blendensegmente vorgeschlagen,
daß am Außenumfang des Bremsrotors Mittel vorgesehen sind, die einen in Umlaufrichtung
gerichteten Flüssigkeitsübertritt in den Austrittsringraum hervorrufen. Diese Mittel
sind nach einem weiteren Gedanken der Erfindung darin gelegen, daß am Außenumfang
des Bremsrotors eine sich in den Austrittsringraum erstreckende axial unmittelbar
neben den und radial wenigstens annähernd auf der gleichen Höhe wie die Auftriebsflossen
liegende Hilfsbeschaurelung angebracht ist, die der in den Austrittsringraum übertretenden,
dort befindlichen und abfließenden Arbeitsflüssigkeit eine starke Umfangabewegung
erteilt.
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Die Erfindung ist anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels
im folgenden näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 einen radial geführten Längsschnitt durch eine Bremse
mit erfindungsgemäß ausgebildetem, selbsttätigem Blendensegmentantrieb, Fig. 2 eine
axiale Ansicht des Bremsrotors in die Beschaufelung hinein, Fig. 5 eine axiale Ansicht
in die geöffnete Bremse, in den Stator hinein und Fig. 4 eine axiale Ansicht auf
die Bremse von außen auf die Statorseite.
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Bei der in Fig. 1 im Querschnitt dargestellten Strömungsbremse ist
der mit 1 bezeichnete Rotor auf der abzubremsenden Welle 2 aufgekeilt. Den Rotor
1 umgibt das auf der Welle 2 in Lagern 3 gelagerte stillstehende Statorgehäuse 4.
Rotor 1 und Stator 4 weisen Je einen Kranz von Schaufeln 5 bzw. 6 auf. Zwischen
den beiden sich gegenüberstehenden und zusammenarbeitenden Schaufelkränzen bildet
sich der in einer achssenkrechten Ebene liegende Schaufelradspalt 9 aus. Die über
den Anschluß 7 zugeführte Arbeitsflüssigkeit gelangt in den durch die Schaufelkränze
gebildeten Arbeitsraum, wird, wenn der Arbeitsraum gefüllt ist, nach außen unter
Arbeitsaufnahme beschleunigt und im Stator, radial nach innen strömend, verzögert;
dabei erwärmt sich die Arbeitsflüssigkeit nach Maßgabe der von der Welle aufgenommenen
Energie. Die erwärmte Arbeitsflüssigkeit tritt über den Austrittsringraum 8 und
den Abflußanschluß in einen nicht dargestellten Kühler und von dort wieder zurück
in den Bremsenarbeitsraum. Soll nicht gebremst werden, so wird die Arbeitsmittelzufuhr
abgestellt.
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Der Arbeitsraum der Bremse entleert sich aufgrund der Pumpwirkung
des Rotors und füllt sich in gleichem Maße entsprechend mit Luft aus der Umgebung
auf. Da die Luft auch ein massebehaftextes, fließfähiges Medium ist, wirkt auch
sie als Arbeitsmittel,
Jedoch mit Rücksicht auf die etwa 750 mal
geringere Dichte der Luft gegenüber 51 in wesentlich geringerem Maße. Das bedeutet,
daß auch in den Bremspausen aufgrund der sogenannten Ventilationsverluste auf die
Welle 2 ein Bremsmoment ausgeübt wird und eine Verlustleistung laufend an ihr abgenommen
wird.
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Diese Verlustleistung wird durch den Einbau von die Zirkulation verhindernden
Ventilationsblenden vermindert.
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Es ist ein Wandteil 10 des Statorgehäuses in die Ebene des Schaufelradspaltes
gerückt, derart, daß dieser Wandabschnitt den Arbeitsraum ringförmig umschließt.
Dieser Wandabschnitt setzt sich zum einen in einem Gehäuseflansch fort, zum anderen
ist er eine der Begrenzungswände des Austrittsringraumes 8 bzw.
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des mit ihm einheitlichen Blendenringraumes. An achsparallel in der
radial stehenden Ringwand 10 gleichmäßig am Umfang verteilt angeordneten Schwenkbolzen
11 sind bogenförmige, sich angenähert lückenlos in Umfangsrichtung aneinander anschließende
Blendensegmente 12 angeordnet.
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Bei der gezeigten Segmentlagerung sind die Blendensegmente 12 verdrehfest
auf dem schwenkbar in der Ringwand 10 gelagerten Schwenkzapfen 11 befestigt, mit
dem außen verdrehfest Je ein radial stehender Schwenkhebel 14 verbunden ist, der
seinerseits formschlüssig mit dem auf einem am Statorgehäuse 4 angegossenen Hals
15 drehbar gelagerten Verstellring 13 in Verbindung steht, Der Verstellring und
die Ankoppelung der Segmente an ihn dienen als Gleichlaufeinrichtung aller Segmente.
Die Gelenkverbindung ist in beiden Kraftflußrichtungen der Betätigung selbsthemmungsfrei
und lelchtgAngig.
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Der Antrieb der Segmente 1 im einschwenkenden Sinn in den Laufradspalt
9 hinein erfolgt zum einen über die auf jedem Schwenkzapfen 11 angeordnete Drehmomentfeder
16, die sich einerseits, d.h. mit einem Schenkel, am Gehäuse 4 abstützt und andererseits
Jeweils am Blndensegmcnt 12 in einem Einschnitt eingehängt ist und zum anderen ttber
die am Verstellring 13 eingehängte Zugfeder 17, welche den Verstellring in Richtung
auf "Binschwenken" zu verdrehen trachtet. Je nach Steifigkeit der Drohmomentfedorn
16 oder der Zugfedor 17 kann aur die eine oder andere Feder verzichtet werden.
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Im ausschwenkenden Sinn aus dem Laufradspalt 9 heraus zurück in den
Blenden- und Austrittsringraum 8 werden die Segmente hydraulisch durch die Auftriebskraft
der an Jedem Segment angebrachten Flosse 18 angetrieben und verschwenkt. Bevor sich
der Arbeitsraum zu füllen beginnt, füllt sich nämlich zunächst der Austrittsringraum
unter starker tangentialer Durchströmung auf. Durch die am Außenumfang des Hotorschaufelkranzes
angebrachten, in den Austrittsringraum 8 mündenden Bohrungen 20 ist ein Auffüllen
des Austrittsringraumes sichergestellt. Die Umfangs strömung in diesem Raum wird
durch die äußere, am Rotor angebrachte Hilrsbeschaufelung 19 unterstützt und aufrechterhalten.
Die Tatsache, daß sich der Austritts- und Blendenringraum als erster unter starker
tangentialer Durchströmung ausfüllt, gewährleistet, daß die Blendensegmente rechtzeitig
aus dem Schaufelradspalt 9 herausgezogen werden; die Umfangsströmung sorgt auch
für die Selbst tätigkeit dieser rechtzeitigen Bewegung.
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In unmittelbarer Nachbarschaft zu dieser Hilfsbeschaufelung 19 befinden
sich die Auftriebsflossen 18 der Blendensegmente. Die Flossen 18 sind an dem stets
außerhalb des Schaufelradspaltes bleibenden Teil der Blendensegmente angebracht
und nützen den im Austritts- und Blendenringraum verbleibenden Querschnitt voll
aus.
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Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind arin gelegen, daß
ein extra Antrieb für die beim Bremsbetrieb herauszuschwenkenden Blendensegmente
entfallen kann, und daß der ganze Steuerungsaufwand für die Betätigung und für die
Rechtzeitigkeit diesor Betätigung entfallen kann. Da man keinen zeitlichen "Respektabstands
zwischen Ausschwenken und Oleinschließen durch entsprechende Justage halten muß,w'itjadiese
Aufeinanderfolge nun nature lich und gemäß dem tatsächlichen Geschehen in der Bremse
sich abspielt, werden die Ansprechzeiten der Bremse kürzer. In dieser Hinsicht ist
jede zehntel Sekunde elnwlllkonmener Fortschritt.