DE2238726B2 - Hydrodynamische bremse - Google Patents

Description

Eine hydrodynamische Biemse der im Oberbegriff des Hauptanspruches angegebenen Gattung stellt eine verschleißlose und vorzugsweise für Fahrzeuge bestimmte Bremse dar.

Eine bekannte derartige Bremse (VDl-Zeitschrift Heft 5/1969. Seiten 333 bis 338. Bild 2) besitzt verhältnismäßig viele, durch Steuerluftdruck oder Druckflüssigkeit zu betätigende Steuerungseinrichtun-

gen, nämlich ein Schaltventil zum Unterbrechen des Kühlkreislaufes, ein an den Arbeitsraum der Bremse angeschlossenes, regelbares Überströmventil zur Regelung des Füllungsgrades und damit des gewünschten Bremsmomentes und eine aus dem zweiten Behälter (Sammelbehälter) ansaugende Füllpumpe zum Ergänzen der Arbeitsflüssigkeitsmenge. insbesondere bei Regelvorgängen während des Bremsbetriebes. Außerdem ist dort der im Anspruch 1 genannte erste Behälter als sogenannter Ladezylinder ausgebildet, in dessen

Innerem sich ein Membrankolben befindet. Dieser wird von der einen Seite her durch Federkraft in eine Endlage verschoben und saugt hierbei aus dem Sammelbehälter und aus der Kühlkreislaufleitung Bremsflüssigkeit an.

In die Verbindungsleitung zwischen Sammelbehälter und Ladezylinder ist ein federbelastetes Rückschlagventil eingebaut, welches sich nur während des Ansaugens von Flüssigkeit aus dem Sammelbehälter öffnet und ansonsten geschlossen ist. Bei Bremsbeginn wird durch Zuführen von Druckluft der Membrankolben entgegen der Federkraft in die andere Endlage verschoben und hierdurch — unter gleichzeitigem öffnen des Schaltventils — ein rasches Füllen des Bremsenarbeitsraumes bewirkt.

Bei anderen ebenfalls bekannten Bremsen (DT-AS 12 04 892 oder DT-OS 16 80 803, Fig. 1), die keinen Sammelbehälter aufweisen, ist der Ladebehalter ebenfalls als Zylinder mit Kolben ausgebildet; er wird dort nicht nur bei Bremsbeginn zum Füllen der Bremse, sondern auch am Ende eines Bremsvorganges zum Entleeren der Bremse sowie während des Bremsbetriebes zum Verstellen des Füllungsgrades der Bremse verwendet.

Alle diese Vorgänge erfolgen dort durch Verändern des im Ladezylinder herrschenden Luftdruckes und durch Flüssigkeitsaustausch zwischen dem Ladezylindrr und dem Arbeitsraum. Somit ist zwar eine Füllpumpe nicht erforderlich, jedoch müssen hierfür entscheidende Nachteile in Kauf genommen werden: Durch das Fehlen eines Sammelbehälters, in dem die an der Durchführung der Rotorwelle durch das Bremsengehäuse austretende Leckflüssigkeit gesammelt werden kannte, geht diese Leckflüssigkeit verloren und muß in verhältnismäßig kurzen Zcitabständen durch Nachfüllen frischer Arno beitsflüssigkeit ersetzt werden, d. h. die im allgemeinen geforderte Unerschöpflichkeit ist bei dieser bekannten Bremse nicht gewährleistet.

Ein weiterer durch das Fehlen eines Sammelbehälters verursachter Nachteil besteht darin, daß der Brcmsen-

(v, arbeitsraum keine Be- und Entlüftungseinrichtung aul weisen kann, weil hier während des Bremsbetriebes ebenfalls Leckflüssigkeit anfallen würde. Line solche bei anderen bekannten Bremsen als DrosselolTnung ausge-

bildete Be- und Entlüftungseinrichtung fördert beim Ein- und Ausschalten der Bremse das rasche Füllen bzw. Entleeren des Arbeitsraumes und ist somit eine der wesentlichen Voraussetzungen für ein verzögerungsfreies Ansprechen der Bremse.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrodynamische Bremse zu schaffen, die gleichzeitig die folgenden zwei Forderungen erfüllt:

1. Die Steuerung der Bremse soll mit dem geringstmöglichen Aufwand, insbesondere ohne Pumpe erfolgen.

2. die Unerschöpflichkeit der Bremse soll gewährleistet werden durch eine Einrichtung zum Auffangen und Rückführen von Leckflüssigkeit.

Diese Aufgabe wird durch die Kombination der Merkmale des Hauptanspruches gelöst.

Danach wird wie bei der eingangs zuerst genannten bekannien Bremse ein solcher Sammelbehälter für die Leckflüssigkeit vorgesehen, der mit dem Ladebehälter über eine Leitung mit einem Sperrventil verbunden und zumindest in gleicher Höhe wie der Ladebehälter angeordnet ist. Dadurch ist jedenfalls gewährleistet, daß die Leckflüssigkeit nicht verloren geht. Sodann ist im Hinblick auf die obige erste Forderung die Steuerung der dem Ladebehälter zugeführten Druckluft derart ausgeführt, daß deren Druck entsprechend dem jeweils gewünschten Bremsmoment veränderbar ist (Merkmal a). Abweichend von den bekannten Bremsen ist aber der Ladebehälter als ein kolbenloser Speicherraum von beliebiger Form ausgebildet (Merkmal b); er verliert hierdurch zwar die Fähigkeit, Bremsflüssigkeit aus dem Sammelbehälter oder aus dem ^Λ ' ctsraum anzusaugen. Eine solche Saugwirkung des Ladebehälters is,t aber gar nicht mehr erforderlich, und zwar aus den folgenden Gründen: zum einen kann sich die Bremse, wenn der Lultdruck im Ladezylinder verringert wird, durch die Pumpwirkung des Rotors selbst entleeren, und zum anderen ist das Sperrventil in der Leitung zwischen Sammel- und Ladebehälter derart gesteuert, daß es nur bei Bremsbetrieb geschlossen und ansonsten stets geöffnet ist (Merkmal t). Da ferner der Sammelbehälter zumindest auf der gleichen Höhe wie der Ladebehälter angeordnet ist, ist während der Bremspausen zwischen den beiden Behältern eine kommunizierende Verbindung hergestellt, so daß in jeder Bremspause ein freier Flüssigkeitsaustausch zwischen diesen beiden Behältern stattfinden kann. Die sich im Sammelbehälter ansam melnde Leckflüssigkeit kann somit in viel einfacherer Weise als bei der zuerst genannten bekannten Bauweise in den Ladebehälter zurückgeführt und wieder als Arbeitsflüssigkeit nutzbar gemacht werden; man benötigt hierzu weder einen mit einem Kolben ausgerüsteten Ladezylinder noch eine Pumpe.

Wie schon erwähnt, wird auch für die Füllungsregelung keine Pumpe mehr benötigt; somit liegt der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung darin, daß die Pumpe ganz entfallen kann. Dadurch werden die Herstellungskosten der Bremse erheblich gesenkt. Eine weitere Einsparung wird noch dadurch erzielt, daß der Ladebehälter nicht mehr als Zylinder mit t,₀ Kolben, sondern als kolbenloser Speicherraum ausgebildet ist. Somit braucht die Innenwand des Ladebehälters nicht mehr bearbeitet zu werden. Ferner kann die Form des Ladebehältcrs - abweichend vom Kreis-Querschnitt - weitgehend beliebig gestaltet und somit <>, entsprechend den jeweiligen Raumverhältnissen der Form des Bremsengehäuses angepaßt werden lliMii Wi't'f.illonkissen der Pumpe stand die Schwie

40 rigkeit entgegen, daß bei Verwendung einer herkömmlichen Be- und Entlüftungseinrichtung am Bremsenarbeitsraum die Gefahr besteht, daß bei bestimmten Betriebszuständen Arbeitsflüssigkeit entweicht. Diese könnte zwar im Sammelbehälter aufgefangen, jedoch während des Bremsbetriebes nicht ohne weiteres in den Ladebehälter und in den Kühlkreislauf zurückgeführt werden. Diese Schwierigkeit konnte jedoch durch eine besondere Maßnahme gemäß Merkmal d) des Anspruches 1 überwunden werden. Dadurch kann mit Sicherheit ein ständiges Abströmen von Arbeitsflüssigkeit vermieden werden; dennoch ist ein rasches Füllen und Entleeren der Bremse möglich. Zum Entleeren des Arbeitsraumes genügt es hierbei, im Ladebehälter die Druckluft entweichen zu lassen, d. h. den Flüssigkeitsdruck im Bremseneinlaß abzusenken. Die Bremse entleert sich dann auch ohne Vorhandensein eines den Kühlkreislauf unterbrechenden Schaltventils unter Ansaugen von Luft selbsttätig, so daß ein solches Schaltventil nicht mehr erforderlich ist.

Von besonderer Bedeutung ist ferner, daß das in der Verbindungsleitung zwischen Sammel- und Ladebehälter vorgesehene Sperrventil nicht mehr als ein normales handelsübliches Rückschlagventil ausgebildet ist. welches durch Federkraft geschlossen gehalten und nur durch eine die Federkraft überwindende Flüssigkeitsströmung geöffnet wird, sondern es mußte ein ganz spezielles, das Merkmal c) aufweisendes Sperrventil geschaffen werden. Somit ist gewährleistet, daß das Sperrventil während der Bremspausen den freien Flüssigkeitsaustausch zwischen den beiden Behältern nicht behindert und daß sich dennoch während jedes Bremsvorganges im Ladebehälter der erforderliche Druck aufbauen kann.

Bei einer bekannten Bremse (DT-OS 19 38 598) soll ebenfalls die Verwendung einer Pumpe, dort einer Schmierpumpe, und der Verlust von Arbeitsflüssigkeit, dort zugleich als Schmiermittel verwendet, vermieden werden. Hierzu ist eine besondere Anordnung von Dichtringer vorgesehen, wobei ein zwischen zwei Dichtringen befindlicher Hohlraum über ein Drucksteuerventil mit dem Arbeitsraum der Bremse verbunden ist. jedoch muß dort wie bei allen derartigen Einrichtungen damit gerechnet werden, daß ein Entweichen von Arbeitsflüssigkeit als Schmiermittel nicht vollkommen vermeidbar ist. Demzufolge und weil bei der bekannten Bremse etwa entweichende Arbeitsflüssigkeit nicht zurückgewonnen werden kann, ist die Unerschöpflichkeit bei dieser Bremse nicht gewährleistet. Dies trifft auch zu für andere bekannte Bremsen (DT-OS 20 16 711, DT-OS 21 02 078, DT-OS 21 34 534).

Durch das Merkmal des Anspruches 2 wird eine besondere einfache und zugleich betriebssichere Bauweise für das im Anspruch 1 genannte erste Sperrventil gewonnen. Insbesondere wirkt diese Ventilausführung selbsttätig, so daß die Verwendung eines durch Fremdkraft, z. B. Steuerluft, zu betätigenden Ventils vermieden wird.

Durch das Merkmal des Anspruchs 3 wird erreicht, daß beim Ein- und Ausschalten der Bremse für das Be- bzw. Entlüften des Arbeitsraumes ein besonders großer Strömungsquerschnitt zur Verfügung steht und daß somit besonders kurze Füll- und Entleerzeiten erzielt werden.

Außer einem einzigen Regelventil /t:m Einstellen des Luftdruckes entsprechend dem gewünschten Bremsmomeni benötigt die erfindungsgemälJe Bremse keine dup'h Fremdkraft (/. B. Druckluft) /11 betätigende und

Schaltelemente (ζ. B. Kolben) aufweisende Schalteinrichtungen; da ferner, wie schon erwähnt, auch eine Füllpumpe nicht erforderlich ist, wurde somit eine äußerst einfache und in der Herstellung billige Bremse geschaffen, wobei gleichzeitig deren Unerschöpflichkeit für alle in der Praxis vorkommenden Bremszeiten voll gewährleistet ist.

Für den theoretisch denkbaren Fall, daß die Bremszeiten die in der Praxis üblicherweise vorkommenden Werte noch übersteigen, kann es durch die Merkmale des Anspruchs 4 ermöglicht werden, die in dem dort genannten Zwischenbehälter sich ansammelnde Leckflüssigkeit gegen den bei Bremsbetrieb im Ladebehälter herrschenden Druck aus dem Zwischenbehälter in den Ladebehälter zurückzufordern. Zweckmäßig wird man diesen Vorgang mit Hilfe von Niveaufühlern automatisch einleiten. Dadurch kann also das Rückfördern der Leckflüssigkeit völlig unabhängig von der Dauer der Bremsungen stat'findcn.

Zwei Ausführungsbeipiclc der Erfindung sind nachstehend an Hand einer Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine hydrodynamische Bremse,

F ι g. 2 ein Teilstück der Fig. 1 mit einer Zusatzeinrichtung zum Rückfördern von Leckflüssigkeit auch während einer Bremsung.

In ! i g. 1 ist das Rotorschaufelrad mit 10. die dazugehörige Rotorwelle mit 11, das Statorschaufelrad mit 12 und das Bremsengehäuse mit 13 bezeichnet. Während des Bremsbetriebes strömt die Arbeitsflüssigkeit infolge der Pumpwirkung des Rotors ständig durch den Kühlkreislauf (Leitung 17. Kühler 18. Leitung 19). Die Rotorwelle 11 ruht in zwei Wälzlagern 14. Die Abdichtung der Durchführungen der Rotorwelle 11 durch das Bremsengehäuse 13 erfolgt durch je zwei Dichtelemente 15 und 16. Die durch das jeweils innere Dichtclement 15 hindurchirctende Arbeitsflüssigkeit w ird über die Leitungen 15ü bzw. i5b in den Teil 19 der Kühlkreislaufleitung zurückgeführt. Die durch das jeweils äußere Dichtelement 16 noch hindurchtretendc Arbeitsflüssigkeit wird als Leckflüssigkeit in dem als drucklosen Sammelbehälter 20 ausgebildeten Teil des ßremsengehäuses gesammelt (Leitungen 16.7 und \6b).

Im unteren 3ereich des Bremsengehäuses 13 ist ein besonderer, als Ladebehäher 22 ausgebildeter Raum vorgesehen. Dieser ist über eine Leitung 24 oder über eine ni der Zwischenwand 21 vorgesehene öffnung kommunizierend mit dem .Sammelbehälter 20 verbunden, derart, daß die im Sammelbehälter anfallende Leckflüssigkeit in freiem Lauf in den Ladebehäher übertreten kann. Eine Füll- und Entleerleitung 26 verbindet den Ladebehälter 22 mit dem Teil 19 der Kuhlkreislaufleitung.

Um die Bremse einzuschalten, d. h. um den Arbeitsraum der Bremse mit Flüssigkeit zu füllen, wird dem Ladebehäher 22 über die Leitung 23 Druckluft zugeführt, welche die Arbeitsflüssigkeit über die Leitungen 26 und 29 in den Arbeitsraum preßt (Pfeile 23a und 26,-f). Die Höhe des Druckes der Druckluft und damit der Füllungsgrad der Bremse wird in einem Regelventil 50 eingestellt. Diesem wird aus dem Vorratsbehälter 51 über die Leitung 52 Vorratslutt und über die Leitung 53 Steuerluft zugeführt, deren Druck dem gewünschten Bremsmoment entspricht (Steuerventil 54 mit Bremshebel 55). Fine Regelung des Bremsmomenics .uif einen z. B \on der Rotordrehzahl iiM.iHh.mijiger κ.Ίΐ>.ι,ιηκ·π Wen k.inn durch Vergleich des. Steuerluftdruckes mit einem dem tatsächlicher Bremsmoment entsprechenden Flüssigkeitsdruck vor genommen werden. Dieser Flüssigkeitsdruck wird übei die Leitung 56 vom Arbeitsraum der Bremse den S Regelventil zugeführt.

Beim Entleeren der Bremse entweicht die Luft untei dem Druck der zurückströmenden Arheitsflüssigkei (Pfeil 26b)aus dem Ladebehälter 22 über die Leitung 2": (Pfeil 23b), das Regelventil 50 und die Leckleitung 57 ir

ίο das Bremsengehäuse 13·, so daß eventuell mitgerissene Arbeitsflüssigkeit zurückgewonnen wird.

Damit nicht während des Bremsbetriebes Arbcitsflüs sigkeit aus dem Ladebehäher 22 in den Su.mmelbehältei 20 zurückströmt, ist in die Leitung 24 ein erste?

is Sperrventil 25 eingebaut. Dieses ist. abweichend vor bekannten Rückschlagventilen, derart ausgebildet, dal: es durch eine Rückstellkraft (z. B. Feder 25;;,joffengehal ten und nur in Sirömungsrichtung vom Lade- zuir Sammelbehälter durch den vom strömenden Mediuir

:o ausgeübten Staudruck geschlossen wird.

Ein ähnliches, (zweites) Sperrventil (»Lüftungsventil« 29) ist in eine an den Arbeitsraum der Bremse angeschlossene und in d:n Sammelbehälter 20 mündende Be- und Knilüftungslcilung 28 eingebaut. Die Feder

2S" 29,7 dieses Lüftungsvemils ist jedoch derart ausgelegt daß sie das Ventil gegen den Staudruck von in Richtung zum Sammelbehälter 20 strömender Luft offenhält, se. daß das Ventil nur durch den Staudruck von in Richtung zum Sammelbehälter sfömender Flüssigkeit geschlos-

to sen wird.

Die in F ig. 2 dargestellte Bremse weist einen zusätzlichen Zwischenbehälter 32 auf, der über die Leitung 30 mit dem Sammelbehälter 20 verbunden ist. Das in diese Leitung 30 eingebaute Sperrventil 34 hat den gleichen Aufbau und die gleiche Wirkung wie das Sperrventil 25. In einer Verbindungs eilung 31 vom Zwischenbehälter 32 zum Ladebehäher 22 ist i · im ti γ ι t i. ._ c Sperrventil 33 eingebaut, das als ein normales Rückschlagventil ausgebildet ist. Zum Nachführen von Leckflüssigkeit aus deii Zwischenbehälter 32 zum Ladebehäher 22 wird dem Zwischenbehälter 32 über Leitung 49 und das Magnetventil 35 Druckluft zugeführt. Das selbsttätige Einleiten dieses Vorganges erfolgt mittels der Niveauwächter 36, 37 und 38 sowie der Relais 39. 40, 41 und 42: die letzteren könnten aber auch durch elektronische Bausteine ersetzt werden.

Der elektrische Teil dieser pneumatischen Flüssigkeitsnaehführune ist so gestaltet, daß durch Selbsthaltung der Relais eindeutige .Schaltfolgen durchfahren werden und somit durch Schlingerbewegungen des Flüssigkeitsspiegel keine ständigen Schaltimpulse hervorgerufen werden können.

Während der Bremspausen sind der Ladebehäher 22 und der Zwischenbehälter 32 mit dem Sammelbehälter 20 durch die beiden geöffneten Ventile 25 und 34 kommunizierend verbunden. Bei Bremsbefehl ist Ladebehälter — wie oben beschrieben — mit Druckluft beaufschlagt: dadurch sind das Rückschlagventil 33 und das Sperrventil 25 geschlossen. Ausschließlich bei

f>o Bremsbetrieb werden die vier Relais 39, 40, 41 und 42 mit elektrischer Energie versorgt. Bei Absenkung des Flüssigkeitsspiegels im Ladebehäher 22 wird der Niveauwächter 38 masseleitend: er ist auch gleichzeitig das Schutzglied, das Überfüllen des Ladebehälters 22

f<5 verhindert. Das Relais 40 hat ebenfalls geschaltet, da Niveauwächter 36 durch genügend hohen Flüssigkeitsspiegel im Zwischenbehälter 32 masseleitend ist. Bis zu diesem Zeitpunkt wird das Relais 43 des druckluftschal-

tenden Magnetventils 35 elektrisch nicht angesprochen. Erst eine weitere Absenkung des Flüssigkeitsspiegels im Ladebehälter 22 bewirkt die Masseleitfähigkeit des Niveauwächters 37, der jetzt das Relais 39 und damit die Relais 4!, 43 und 42 anspricht; das Magnetventil 35 öffnet sich und laßt Druckluft in den Zwischenbehälter 32 strömen. Das Sperrventil 34 wird hierdurch geschlossen. Durch das Relais 42 wird die elektrische Selbsthaltung von Relais 41 und damit von Relais 43 erreicht. Dies bedeutet, daß Niveauwächter 37 durch

schwankenden Flüssigkeitsspiegel keine fortwährender Schaltungen verursacht. Erst der jetzt im Zwischenbe halter 32 absinkende Flüssigkeitsspiegel bewirkt be Erreichung eines einstellbaren Tiefstwertes die Masse abschaltung des Niveauwächters 36 und damit die Aufhebung der elektrischen Selbsthaltung, da Relais 4C spannungslos wird. Gleichzeitig unterbricht das Magnetventil 35 die Druckluftzufuhr /um Zwischenbehälter 32.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Hydrodynamische Bremse mit einem Rotor-Schaufelrad (10) und einem Stator-Schaufelrad (12). die miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum bilden, und mit einer vom Arbeitsraum zu einem Kühler (18) und von dort wieder zurückführenden Kühlkreislaufleitung (17, 19) sowie mit einem ersten Behälter für Arbeitsflüssigkeit (Ladebehalter 22), an den eine zur Kühlkreislaufleitung führende Füll- und Entleerleitung (26) angeschlossen ist und der zum Füllen des Arbeitsraumes mit Druckluft beaufschlagbar ist, sowie mit einem zur Aufnahme überschüssiger und/oder als Leckflüssigkeit anfallender Arbeitsflüssigkcit dienenden zweiten Behälter (Sammelbehälter 20), der mit dem ersten Behälter (22) über eine Leitung (24) verbunden ist mit einem den Durchfluß in Richtung zum zweiten Behälter sperrenden ersten Sperrventil (25) und der zumindest in gleicher Höhe wie der erste Behälter angeordnet ist. d ;i d urch gekennzeichnet.

a) daß der Druck der dem Ladebehalter (22) zugeführten Druckluft wie an sich bekannt, zwecks Einstellen des gewünschten Bremsmomentes veränderbar ist,

b) daß der Ladebehalter (22) als ein kolbenloser Speicherraum von beliebiger Form ausgebildet ist.

c) daß das erste Sperrventil (25) derartig steuerbar ist, daß es während der ßremspausen geöffnet und nur bei Bremsbetrieb geschlossen ist,

d) daß zum Be- und Entlüften des Arbeitsraumes eine den Arbeitsraum mit dem Sammelbehälter (20) verbindende Leitung (28) vorgesehen ist mit einem zweiten Sperrventil (Lüftungsventil 29), welches durch eine Rückstellkraft (z. B. Feder 29a) offengehalten und nur durch den Staudruck von in der Richtung zum Sammelbehälter strömender Flüssigkeit entgegen der Rückstellkraft verschließbar ist, wobei die Rückstellkraft derart ausgelegt ist, daß sie das Lüftungsventil (29) auch gegen den Staudruck von in Richtung zum Sammelbehälter (20) strömender Luft offenhält.

2. Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Sperrventil (25) durch eine Rückstellkraft (Schwerkraft oder Feder 25a) offengehalten und durch den Staudruck von in Richtung vom Ladebehalter (22) zum Sammelbehälter (20) strömendem Medium entgegen der Rückstellkraft geschlossen wird.

3. Bremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Be- und Entlüften des Arbeitsraumes dienende Leitung (28) ungedrosselt ausgebildet ist.

4. Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Sammelbehälter (20) und dem Ladebehalter (22) ein Zwischenbehälter (32) angeordnet ist, wobei in der VerbiivUingsleitung (31) vom Zwischen- zum Ladebehalter ?m den Durchfluß in Richtung zum Zwischenbehälter >;->errendes drittes Sperrventil (33) angeordnet ist. und daß der Zwischenbehälter (32) /weeks Rückführung von Leckflüssigkeit in den Ladebehalter (22) mit Druckluft beaufschlagbar und über eine nur während der Drucklultbcaiifschlagung sjcsehlossene und ansonsten geöflnete Leitung (30) mit dem Sammelbehälter kommunizierend verbunden ist.