DE2451024A1

DE2451024A1 - HYDRAULIC WHEEL BRAKE

Info

Publication number: DE2451024A1
Application number: DE19742451024
Authority: DE
Inventors: Hans-Walter Dipl Ing Dodt
Original assignee: Carl Schenck AG
Current assignee: Carl Schenck AG
Priority date: 1974-10-26
Filing date: 1974-10-26
Publication date: 1976-05-13
Also published as: FR2289801A1; JPS5337995B2; FR2289801B3; JPS5151673A

Description

66Θ D66Θ D

CARL SCHENCK AG
2.5. Oktober 1974CARL SCHENCK AG
2.5. October 1974

Hydraulic vortex brake

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Wirbelbremse mit mindestens einer aus Stator und Rotor gebildeten Wirbelkammer, einer Flüssigkeitszuführung in die Mitte der Wirbelkammer, und zwischen den Lagern der Bremse und der Wirbelkammer befindlichen Ableitkammern für Leckflüssigkeit, wobei die Rotorwelle der Wirbelbremse gegen das feststehende Gehäuse mit nicht berührenden Dichtungen abgedichtet ist.The invention relates to a hydraulic vortex brake with at least one vortex chamber formed from stator and rotor, a liquid supply in the middle of the swirl chamber, and between the bearings of the brake and the swirl chamber located discharge chambers for leakage fluid, the rotor shaft of the vortex brake against the stationary housing with non-contacting seals is sealed.

Hydraulische Wirbelbremsen enthalten mindestens einen Rotor und einen Stator, die in ihren sich gegenseitig zugewandten Stirnseiten Aussparungen besitzen, die gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. Während der Rotation bilden sich in diesen Aussparungen Wasserwirbel. Durch die hydraulische Wirbelarbeit wird die der Bremse zugeführte Leistung in Wärme umgesetzt, die vom durchfließenden Kühlwasser aufgenommen wird. Bei Rotation der mit einer Flüssigkeit, z. B. Wasser, gefüllten Bremse entsteht in der aus Rotor und Stator gebildeten Wirbelkammer ein rotierender, torusartiger Wasserschlauch. Dieser Wasserschlauch verursacht erhebliche Drücke entlang des Wirbelkammerwände, also auch an den Innenradien und Außenradien der Wirbelkammer. Unter dem Einfluß des Druckes an den Außenradien fließt das Wasser aus der Wirbelkammer über einen Abfluß ins Freie. Der Druck an den Innenradien der Wirbelkammer wird üblicherweise durch Dichtungen aus elastischem Material, z. B. Lippendichtungen, aufgefangen. Diese Dichtungen sind jedoch Verschleißteile, die eine Überholung der Wirbelbremse in relativ kurzer Zeiten - etwa 2.000 Betriebsstunden - verursachen. Da der Ausbau der Dichtungen praktisch mit einem Abbau der gesamten Bremse verbunden ist, sind diese Überholungen kostspielig und langdauernd.Hydraulic vortex brakes contain at least one rotor and one stator, which are in their mutually facing end faces Have recesses that are evenly distributed over the circumference. Recesses are formed in these during rotation Water vortex. The hydraulic vortex work converts the power supplied to the brake into heat, which is absorbed by the flowing cooling water. With rotation with a liquid, e.g. B. water, filled brake arises a rotating, toroidal water hose in the vortex chamber made up of rotor and stator. That hose causes considerable pressures along the vortex chamber walls, including the inner and outer radii of the vortex chamber. Under Under the influence of the pressure on the outer radii, the water flows out of the vortex chamber via a drain into the open. The pressure on the Inner radii of the vortex chamber is usually provided by seals made of elastic material, e.g. B. lip seals, collected. However, these seals are wearing parts that require an overhaul of the vortex brake in a relatively short period of time - around 2,000 Operating hours - cause. Since removing the seals is practically associated with dismantling the entire brake, these overhauls are expensive and long.

Aus der DT-AS 1 006 180 ist eine Wirbelbremse bekannt, bei der die Rotorwelle ohne elastische Dichtungen abgedichtet wird. Dabei sind an den Außenseiten des Rotors radiale Rippen angeordnet,From DT-AS 1 006 180 a vortex brake is known in which the rotor shaft is sealed without elastic seals. Radial ribs are arranged on the outside of the rotor,

: 609820/0043: 609820/0043

der Rotor bildet nur einen Viertelsektor des Wirbelkammerquerschnittes. Gie Rotorwelle ist gegenüber dem Bremsengehäuse durch Labyrinthdichtungen abgedichtet, zwischen den Labyrinthdichtungen und den Lagern der Rotorwelle sind Räume zum Ableiten der Leckflüssigkeit vorgesehen, in denen Spritzringe angeordnet sind. Diese Bauart ist sehr aufwendig; die die Welle nicht berührenden Labyrinthdichtungen erfordern enge Toleranzen in der Fertigung und sind darüber hinaus empfindlich. Durch den halbierten Stator ist die Leistung einer derartigen hydraulischen Wirbelbremse gegenüber einer herkömmlichen Wirbelbremse gleicher Abmessungen erheblich reduziert.the rotor forms only a quarter of the cross-section of the vortex chamber. The rotor shaft is sealed against the brake housing by labyrinth seals, between the labyrinth seals and the bearings of the rotor shaft are spaces for discharging the leakage fluid, in which splash rings are arranged are. This type of construction is very complex; the labyrinth seals not in contact with the shaft require tight tolerances in production and are also sensitive. Because of the halved stator, the power is hydraulic Vortex brake compared to a conventional vortex brake of the same dimensions significantly reduced.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine hydraulische Wirbelbremse ohne elastische Abdichtung der Rotorwelle gegen das Gehäuse zu schaffen, die etwa leistungsgleich ist mit einer herkömmlichen Wirbelbremse gleicher Abmessung.The object of the invention is to provide a hydraulic vortex brake without an elastic seal between the rotor shaft and the housing create that is about the same performance as a conventional vortex brake of the same size.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rotorwelle zwischen den Lagern in einem Spalt läuft, der an einer Stelle zwischen Wirbelkammer und Ableitkammer mit einer weiteren Kammer in Verbindung steht, die wiederum mit der Mitte der Wirbelkammer verbunden ist. Eine andere erfinderische Lösung der Aufgabe ist dadurch gegeben, daß die Rotorwelle zwischen den Lagern in einem Spalt läuft, der an einer Stelle zwischen Wirbelkammer und Ableitkammer mit der Flüssigkeitszuführung in die Mitte der Wirbelkammer in Verbindung steht. Vorzugsweise ist der Rotor als im Inneren der Wirbelbremse befindlicher Doppelrotor ausgebildet. Es hat sich als besonders günstig erwiesen, wenn die Dicke des Spaltes, in dem die Rotorwelle rotiert, etwa 1/300 des Bohrungsradius beträgt.This object is achieved in that the The rotor shaft runs between the bearings in a gap, which at a point between the swirl chamber and discharge chamber with a Another chamber is in communication, which in turn is connected to the center of the vortex chamber. Another inventive one The object is achieved in that the rotor shaft runs between the bearings in a gap which is at one point is connected between the vortex chamber and the discharge chamber with the liquid supply in the middle of the vortex chamber. The rotor is preferably designed as a double rotor located inside the vortex brake. It turned out to be special Proven if the thickness of the gap in which the rotor shaft rotates is about 1/300 of the bore radius.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen hydraulischen Wirbelbremse sind vor allem darin zu sehen, daß bei normaler Leistung und normalem Wasserverbrauch Standzeiten erzielt werden, die durch den Wegfall der elastischen Dichtungen etwa um den Faktor 5 größer sind, als bei den handelsüblichen hydraulischen Wirbelbremsen. Darüber hinaus sind sie einfach zu fertigen und vertragen hohe Drehzahlen.The advantages of the hydraulic vortex brake according to the invention can be seen above all in the fact that with normal performance and normal water consumption, downtimes are achieved that by the elimination of the elastic seals are about a factor of 5 greater than with the commercially available hydraulic vortex brakes. In addition, they are easy to manufacture and can withstand high speeds.

609820/0043609820/0043

- 3 - 668 D- 3 - 668 D.

Die Figuren zeigen schematische Ausführungsbeispiele der Erfindung. Es zeigen:The figures show schematic exemplary embodiments of the invention. Show it:

Fig. 1 eine Wirbelbremse, bei der der Spalt mit einer weiteren Kammer in Verbindung steht,Fig. 1 shows a vortex brake in which the gap is connected to a further chamber,

Fig. 2 eine Wirbelbremse, bei der der Spalt mit der Flüssigkeitszuführung in die Mitte der Wirbelkammer in Verbindung steht.Fig. 2 shows a vortex brake, in which the gap with the liquid supply in the middle of the vortex chamber communicates.

Figur 1 zeigt den Querschnitt einer hydraulischen Wirbelbremse mit im Inneren der Bremse befindlichem Doppelrotor 3, der mit der Rotorwelle 1 formschlüssig verbunden ist. Die Rotorwelle 1 läuft in Lagern 2; sie kann in bekannter Weise über die Flansche 4 mit einer Antriebswelle verbunden werden. Die Zuführung der Bremsflüssigkeit, z. B. Wasser, erfolgt über die Stutzen 5, die an dem pendelnd abgestützten Gehäuse 6 angebracht sind. Das Wasser fließt vom Stutzen 5 über die Leitung 7 in die Mitte der vom Doppelrotor 3 und dem als Stator wirkenden Gehäuse 6 gebildeten Wirbelkammer 8. Bei Beginn der Füllung der Wirbelbremse entweicht die im Inneren vorhandene Luft durch die mit der Aussenwelt verbundene Entlüftungsöffnung 10, die bewirkt, daß sich das Innere der Wirbelkammer 8 genau auf dem Druck der umgebenden Atmosphäre befindet. Zwischen dem Doppelrotor 3 und den Lagern rotiert die Rotorwelle 1 in einer Bohrung im Gehäuse 6, die so dimensioniert ist, daß zwischen Rotorwelle 1 und Gehäuse 6 ein Spalt 11 verbleibt, dessen Dicke etwa 1/300 des Bohrungsradius beträgt. Der Spalt 11 ist an einer Stelle mit einer weiteren Kammer 12 verbunden, die durch die Leitung 13 wiederum mit der Mitte der Wirbelkammer 8 verbunden ist. Durch mit der Rotorwelle 1 mitrotierende Schilde 14 werden die Lager 2 vor eventuellem Spritzwasser geschützt.Figure 1 shows the cross-section of a hydraulic vortex brake with the inside of the brake located double rotor 3, which with the rotor shaft 1 is positively connected. The rotor shaft 1 runs in camps 2; it can be connected to a drive shaft via the flanges 4 in a known manner. The feeding of the Brake fluid, e.g. B. water, takes place via the nozzle 5, the are attached to the pendulum supported housing 6. The water flows from the nozzle 5 via the line 7 in the middle of the formed by the double rotor 3 and the housing 6 acting as a stator Vortex chamber 8. When the vortex brake begins to be filled, the air present inside escapes through the outside world associated vent 10, which causes the interior of the swirl chamber 8 is exactly at the pressure of the surrounding atmosphere. Between the double rotor 3 and the bearings the rotor shaft 1 rotates in a bore in the housing 6 which is dimensioned so that between the rotor shaft 1 and the housing 6 a Gap 11 remains, the thickness of which is about 1/300 of the bore radius amounts to. The gap 11 is connected at one point with a further chamber 12, which in turn through the line 13 with the Middle of the vortex chamber 8 is connected. By rotating with the rotor shaft 1 shields 14, the bearings 2 are from possible Splashproof.

Das durch den Stutzen 5 und die Leitung 7 in die Wirbelkammer B geführten Wasser bildet den bekannten, in sich geschlossenen rotierenden Wasserschlauch, der einen erheblichen Druck auf die Wand der Wirbelkammer 8 verursacht. Der am Außenradius der Wirbelkammer 8 entstehende Druck, dessen Größenordnung etwa 7 bar und mehr beträgt, bewirkt, daß das umlaufende Wasser teilweise durch den Spalt zwischen Doppelrotor 3 und Gehäuse 6 gedrücktThat through the nozzle 5 and the line 7 in the vortex chamber B. guided water forms the well-known, self-contained rotating water hose that puts considerable pressure on the Wall of the swirl chamber 8 caused. The pressure generated at the outer radius of the vortex chamber 8, the order of magnitude of which is approximately 7 bar and more, causes the circulating water to be partially pressed through the gap between the double rotor 3 and the housing 6

wird und über den Ablauf 15 ins Freie gelangt. Dieser beabsichtigte Wasserverlust ermöglicht die Zuführung neuen Wassers und vermeidet somit die sonst zwangsläufige Überhitzung des Wassers. Da der rotierende Wasserschlauch auch am Innenradius der Wirbelkammer B einen erheblichen Druck erzeugt, der in der Größenordnung von 5 bar liegen kann, entweicht auch durch den Spalt 11 eine erhebliche Wassermenge. Diese gelangt in die weitere Kammer 12, von wo aus sie über die Leitung 13 ins Innere der Wirbelkammer 8 fließt, die durch die Entlüftungsöffnung 10 auf Atmosphärendruck gehalten wird. Der Spalt 11, die Verbindung zur weiteren Kammer 12, der Abstand dieser Verbindung vom Innenradius der Wirbelkammer 8 und der Querschnitt der Leitung 13 werden so dimensioniert, daß sich in der weiteren Kammer 12 ein sehr niedriger Druck, z. B. D,05 bar, einstellt, durch den das Wasser der Kammer 12 in die Wirbelkammer 8 gedrückt wird. Nur mit diesem Druck wird das Wasser durch den restlichen Teil des Spaltes 11 in Richtung auf die Lager 2 in die Ableitkammern 16 gedrückt. Die geringe Druckdifferenz bedingt eine entsprechend geringe Menge Leckflüssigkeit, die durch auf der Rotorwelle 1 angebrachte Schilde 14 von den Lagern 2 sicher ferngehalten werden kann. Durch den Rücklauf des größten Teils der Leckflüssigkeit über die weitere Kammer 12 zurück in die Wirbelkammer 8 ist auch der Verlust größerer Mengen Leckflüssigkeit vermieden. Daher ist der Wasserverbrauch der erfindungsgemäßen Bremse, und somit die festen Kosten, nur unerheblich höher, als bei einer handelsüblichen Bremse mit gummielastischen Dichtungen.and reaches the outside via the drain 15. This intended Water loss enables the supply of new water and thus avoids the otherwise inevitable overheating of the Water. Since the rotating water hose also generates a considerable pressure on the inner radius of the vortex chamber B, which is in the Can be of the order of 5 bar, a considerable amount of water also escapes through the gap 11. This gets into the another chamber 12, from where it flows via the line 13 into the interior of the vortex chamber 8, which passes through the vent opening 10 is kept at atmospheric pressure. The gap 11, the connection to the further chamber 12, the distance of this connection from the inner radius the vortex chamber 8 and the cross section of the line 13 are dimensioned so that in the further chamber 12 a very low pressure, e.g. B. D, 05 bar, through which the Water in the chamber 12 is pressed into the swirl chamber 8. Only with this pressure will the water flow through the rest of the Gap 11 is pressed into the discharge chambers 16 in the direction of the bearings 2. The small pressure difference requires a correspondingly small amount of leakage fluid, which is safely kept away from the bearings 2 by shields 14 attached to the rotor shaft 1 can be. As the majority of the leakage fluid flows back through the further chamber 12 back into the vortex chamber 8 the loss of large amounts of leakage fluid is also avoided. Therefore, the water consumption is that of the invention Brake, and thus the fixed costs, are only slightly higher than with a commercially available brake with rubber-elastic seals.

Eine weitere erfinderische Lösung der gestellten Aufgabe zeigt i-fl- Figur 2. Diese Bremse entspricht in ihrem Aufbau zu einem großen Teil derjenigen der Figur 1, gleiche Teile sind daher mit gleichen Ziffern bezeichnet. Auf der Rotorwelle 1 läuft der in der Bremse liegende Doppelrotor 3. Dieser'und Teile des pendelnd abgestützten Gehäuses 6 bilden die Wirbelkammern 8. · Die Rotorwelle istvom Innenradius der Wirbelkammer 8 bis zu den Ableitkammern 16 gegen das Gehäuse 6 nur durch einen Spalt abgedichtet, dessen Dicke ebenfalls etwa 1/300 des Radius der Bohrung beträgt. Im Gegensatz zur Ausführung nach Figur 1 steht der Spalt 11 jedoch nicht mit einer weiteren Kammer, sondernAnother inventive solution to the problem is shown i-fl- Figure 2. This brake corresponds in its structure to a large part of those of Figure 1, the same parts are therefore denoted by the same numerals. The runs on the rotor shaft 1 Double rotor 3 located in the brake. This and parts of the pendulum supported housing 6 form the vortex chambers 8. · The rotor shaft is from the inner radius of the swirl chamber 8 up to the discharge chambers 16 sealed against the housing 6 only by a gap, the thickness of which is also about 1/300 of the radius of the Bore is. In contrast to the embodiment according to FIG. 1, however, the gap 11 does not have a further chamber, but rather

609820/0043609820/0043

- 5 - 668 D- 5 - 668 D.

direkt mit der Wasserzuführung in Verbindung· Der Druck an der Verbindungsstelle zwischen Wasserzuführung und Spalt 11 entspricht also dem Leitungsdruck des zugeführten Wassers, dessen Wert größenordnungsmäßig etwa 0,2 bar beträgt. Durch den Spalt 11 wird in Richtung der Ableitkammern 16 also Leckwasser mit diesem Druck gedrückt, das heißt wiederum wird der größte Teil des am Innenradius der Wirbelkammer 8 auftretenden Leckwassers über die Leitung 7 in die Mitte der Wirbelkammer 8 zurückgeführt. directly connected to the water supply · The pressure at the Connection point between water supply and gap 11 corresponds that is, the line pressure of the supplied water, the value of which is of the order of magnitude of about 0.2 bar. Through the gap 11 is pressed in the direction of the discharge chambers 16 so leakage water with this pressure, that is again the largest part of the leakage water occurring at the inner radius of the vortex chamber 8 is returned via the line 7 to the center of the vortex chamber 8.

Gegenüber der Ausführung nach Figur 1 hat diese Ausführung des Erfindungsgedankens den Nachteil, daß der Druck zwischen Flüssigkeitszuführung und Ableitkammern 16 größer ist, als der Druck zwischen den weiteren Kammern 12 und den Ableitkammern Darüber hinaus läßt sich der Druck in der weiteren Kammer 12 durch einfache konstruktive Maßnahmen (Dimensionierung des Spaltes 11 und der Leitung 13] beeinflussen und bis fast Null reduzieren, was bei diesem Ausführungsbeispiel nicht möglich ist. Der anstehende Druck ist hier durch den Druck der Flüssigkeitszuführung gegeben, der bestimmt ist durch den Querschnitt der Leitung 7 und der zugeführten Wassermenge. Er vermindert sich zwar bei Teillast, d. h. geringerer Wasserzufuhr, jedoch ist ebenfalls der Druck der weiteren Kammer 12 proportional zur Last, also bei Teillast geringer als etwa 0,05 bar und ganz unabhängig von der zugeführten Wassermenge.Compared to the embodiment according to Figure 1, this embodiment of the inventive concept has the disadvantage that the pressure between the liquid supply and discharge chambers 16 is greater than the pressure between the further chambers 12 and the discharge chambers In addition, the pressure in the further chamber 12 can be determined by simple structural measures (dimensioning of the Gap 11 and line 13] and reduce it to almost zero, which is not possible in this embodiment is. The pressure applied here is due to the pressure of the liquid supply given, which is determined by the cross section of the line 7 and the amount of water supplied. He diminishes at part load, d. H. less water supply, but the pressure of the further chamber 12 is also proportional to the load, i.e. at part load less than about 0.05 bar and completely regardless of the amount of water supplied.

Die hydraulische Wirbelbremse nach Figur 2 hat also höhere Leckwasserverluste, die jedoch - wie die Praxis gezeigt hat - noch ohne Schwierigkeiten von den Lagern 2 ferngehalten werden können Die höheren Leckwasserverluste machen sich jedoch in einer gewissen Erhöhung der Betriebskosten bemerkbar. Diesem Nachteil steht eine einfachere Fertigung und somit geringere Anschaff.ungskosten gegenüber, so daß für spezielle Anwendungsfälle eine hydraulische Wirbelbremse gemäß Figur 2 durchaus gegenüber einer Ausführung nach Figur 1 im Vorteil sein kann.The hydraulic vortex brake according to Figure 2 therefore has higher leakage water losses, However, as practice has shown, they can still be kept away from the bearings 2 without difficulty The higher leakage water losses make themselves however in a certain Noticeable increase in operating costs. This disadvantage is a simpler production and thus lower acquisition costs opposite, so that for special applications a hydraulic vortex brake according to Figure 2 is quite opposite an embodiment according to Figure 1 can be advantageous.

609820/0043609820/0043

Claims

- 6 - 668 D.

Claims

(1 .ι Hydraulic vortex brake with at least one vortex chamber formed from stator and rotor, a liquid feed into the center of the vortex chamber, and discharge chambers for leakage fluid located between the bearings of the brake and the vortex chamber, the rotor shaft of the vortex brake against the stationary housing with non-contacting seals is sealed, characterized in that the rotor shaft (1) runs between the bearings (2) in a gap (11) which is connected to a further chamber (12) at a point between the vortex chamber (B) and discharge chamber (16) which in turn is connected to the center of the vortex chamber (8).

2. Hydraulic vortex brake with at least one stator

and rotor formed vortex chamber, a liquid supply in the middle of the swirl chamber, and between the bearings of the brake and the swirl chamber for the leakage fluid, wherein the rotor shaft of the vortex brake is sealed against the stationary housing with non-contacting seals is, characterized in that the rotor shaft (1) runs between the bearings (2) in a gap (11) which starts a point between the vortex chamber (8) and discharge chamber (16) with the liquid supply in the middle of the vortex chamber ' (8) communicates.

3. Hydraulic vortex brake according to claim 1 or 2, characterized in that the rotor (3) than inside the vortex brake located double rotor is formed.

4. Hydraulic vortex brake according to claim 1 and / or 3 or 2 and / or 3, characterized in that the thickness of the Gap (11) in which the rotor shaft (1) rotates is about 1/300 of the bore radius.

609820/0043

Blank page