DE7138064U - Regelventilemheit zum Regeln einer hydrodynamischen Bremse - Google Patents

Description

ap/A 3109 GM Heidenheim (Brenz)

Kennwort: "Windkesselbremse"

^Regelventileinheit zum Regeln einer hydrodynamischen Bremse "7

Die Erfindung betrifft eine Regelventileinheit zum Regeln einer hydrodynamischen Bremse mit einem in ε—xem Gehäuse verschiebbaren Steuerkolben. Eine solche Bremse besitzt eine von ihrem Arbeitsraum zu einem Wärmetauscher und von dort wieder zurückführenden, zur Kühlung der Bremsflüssigkeit dienenden Kühlkr^islaufleitung und ein Schaltventil zum Unterbrechen des Kühlkreislaufes und Entleeren des Arbeitsrauwes beim Ausschalten der Bremse sowie eine an die Kreislaufleitung angeschlossene, eine Pumpe aufweisende Fülleitung und ein ebenfalls an die Kreislaufleitung angeschlossenes steuerbares Überströmventil.

Die ständig steigenden Anforderungen an die Sicherheit im Verkehr auf Straße und Schiene, insbesondere an die Bremseinrichtungen der Fahrzeuge, machen einen vermehrten Einsatz von hydrodynamischen Bremsen erforderlich. Diese haben sich sowohl in Straßen- als auch in Schienenfahrzeugen bewährt. Die Steuerung einer hydrodynamischen Bremse durch Verändern des Püllungsgrades des Arbeitsraumes ist dann besonders einfach, wemdie Bremse (z.B. in einer Lokomotive) zusammen mit einem hydrodynamischen Getriebe eingesetzt ist. Hierbei kann nämlich die ohnenin im Getriebe vorhandene Füllpumpe auch zum Füllen der Bremse verwendet werden. Dagegen ist bei autarken hydrodynamischen Bremsen, wie sie z.B. in Eisenbahnwagen oder Straßenfahrzeugen eingesetzt sind, eine eigene Fülleinrichtung erforderlich. Die vorliegende Ei findung betrifft ausschließlich Steuerungsanlagen für autarke Bremsen.

Bei einer bekannten hydrodynamischen Bremse (OE-PS 291 337) ist eine Füll- und Umwälzpumpe in die Kühlkreislaufleitung eingebaut. Da die Kapazität der Bremse auch von der Umlaufgeschwindigkeit

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der Bremsflüssigkeit im Kühlkreislauf abhängt, muß die genannte Pumpe sehr groß dimensioniert sein und benötigt daher auch eine hohe Antriebsleistung. Zwar könnte die Pumpe direkt auf mechanischem Wege von der abzubremsenden Welle angetrieben werden. Dies hätte Jedoch den Nachteil, daß die Pumpe auch außerhalb des Bremsbetriebes Antriebsenergie verzehren wurae: denn ein xrookeiilaufen der Pumpe müsste unter allen Umständen vermieden werden. In Jedem Falle ist eine solch große Pumpe teuer und stellt eine gewisse Störquelle dar. Die bekannte Anlage weist zur Regelung des Bremsmomentes ein unmittelbar nach der Bremse in den Kühlkreislauf eingebautes Druckregelventil auf. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß sich im Kühlkreislauf - wegen des unvermeidlichen Ströinungswiderstandes in dem genannten Druckregelventil - eine verringerte Umlaufgeschwindigkeit der Bremsflüssigkeit einstellt; dies verringert aber die Kühlkapazität der Anlage. Ferner ist ein Naohkühlkreislauf vorgesehen zum zusätzlichen Kühlen der Bremsflüssigkeit nach dem Abstellen der Bremse.

Eine andere bskanr.te hydrodynamische Bremse (VDI-Zeitschrift 1969.. Seiten 333 bis 338) wirkt selbst als Pumpe für den Kühlkreislauf. Für das Füllen der Bremse bei Bremsbeginn ist ein sogenannter Einschußzylinder vorgesehen, mit dem das nötige Füllvolumen mittels Druckluft in die Bremse eingeschossen wird. Im Inneren dieses Einschußzylinders befindet sich ein Membrankolben, der von der einen Seite her durch Federkraft in eine Endlage verschoben wird und hierbei aus dem Sumpf BremsflüssigKeit ansaugt. Beim Einschalten der Bremse wird die andere Seite des Membrankolbens mit Druckluft beaufschlagt und der Membrankolben hierdurch entgegen (?3r Federkraft in die andere Endlage verschoben. Da die hierfür erforderliche Druckluftmenge beim Zurückschieben des Kolbens durch Federkraft verloren geht, bringt dieses Schnellfüllprinzip einen erheblichen Luftverbrauch und einen entsprechenden Energiebedarf mit sich; unter Umständen muß sogar die Luftversorgungsanlage des Fahrzeuges vergrößert werden. Außerdem ist neben diesen Einschußzylinder nach wie vor eine wenn auch verhältnismäßig kleine Füllpumpe erforderlich, und zwar zur Regelung des Bremsmomentes. Hierfür ist ein Nebenkreis-

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lauf vorgesehen mit einer die genannte FUllpumpe aufweisenden, an den Kühlkreislauf angeschlossenen Fülleitung und mit einer von dieser getrennten Entleerleitung« in die ein als Regelventil ausgebildetes Überströmventil eingebaut ist, welches den Druck im Kühlkreislauf in Abhängigkeit von einem veränderbaren Sollwert konstant hält.

Bei einer schließlich noch bekannten Bremse (OT-OS 1 911 ist außerhalb des Kühlkreislaufes eine Füllpumpe vorgesehen, die nicht nur zur Regelung des Bremsmomentes, sondern auch zum Füllen der Bremse beim Bremsbeginn dient. Deshalb muß diese Pumpe wiederum außerordentlich groß ausgebildet sein; andernfalls würde sich eine zu lange Füllzeit ergeben. Auch diese Anordnung befriedigt daher nicht, zumal eine Nachkühlung der Bremsflüssigkeit naoh dem Abstellen der Bremse nicht möglich ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Regelventileinheit zum Regeln einer hydrodynamischen Bremse anzugeben, die bei einem geringefcmöglicheu Bauaufwand uiid eineüi möglichst kleinen Bedarf an Antriebsenergie und Druckluft kurze Ansprechzeiten der Bremse (Füll- und Entleerzeiten) und eine hohe Bremsleistung durch hohe Umlaufgeschwindigkeit der Bremsflüssigkeit im Kühlkreislauf ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine gemäß dem Schutzanspruch ausgebildete Regelventileinheit gelöst.

Die erfindungsgemäße Regelven^vileinheit stellt eine Kombination dar aus einem bei bekannten Bremsen verwendeten Überströmventil und aus einem ebenfalls als Regelventil ausgebildeten Füllventil. Ihr besonderer Vorteil ist, daß sie die Verwendung eines Hydrospeichers in der Fülleitung ermöglicht.

Im Gegensatz zu dem bei bekannten Bremsen verwendeten Einschußzylinder ist der Energiebedarf des vorgenannten Hydr©Speichers praktisch gleich Null. Denn ein solcher Hyirospeicher dient lediglich zum Speichern der von der Pumpe erzeugten hydraulischen

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Energie, wobei die Bremsflüssigkeit unter dem Druok einer Feder oder eines Gewichtes oder eines Oases steht. Zweckmäßigerwelse wird man einen sogenannten Windkessel wählen, der zum erstmaligen Füllen mit Druckluft an das Druokluftnetz des Fahrzeuges angeschlossen wird. Hierbei wird also nur einmalig, nämlich bei der Inuetriebnahioe des Fahrzeuges und dann höchstens noch nach langen Stillstandszeiten Druckluft benötigt.

Die genannte Pumpe dient nunmehr nur noch zum Zurückfuhren von Bremsflüssigkeit aus dem Sumpf und zugleich zum Fördern von Luft in den Windkessel und damit zum Aufrechterhalten eines stets gleichbleibenden Druokes im Windkessel. Dieser befindet sich somit in ständiger Bereitschaft, eine Füllung der Bremse oder ein etwaiges Nachfüllen von Bremsflüssigkeit beim Regeln des Bremsmomentes vorzunehmen.

Bei Verwendung eines Hydrospeichers sind an sich zwei Regelventile erforderlich, von denen das eine bei Bedarf Bremsflüssigkeit in den Kühlkreislauf einströmen und άηΆ andere Is umgekehrten Fall Bremsflüssigkeit aus dem Kreislauf ausströmen läßt. Eine solche Regelung des Bremsmomente j mit zwei parallel arbeitenden Regelventilen ist aber, wenn überhaupt, nur mit erheblichem Aufwand an Steuerungseinrichtungen möglich. Es ist deshalb das wesentliche Merkmal der Erfindung, daß ein dem Hydrospeicher nachgeschaltetes Füllventil mit einem Überströmventil zu einer einen einzigen Steuerkolben aufweisenden Regelventileinheit zusammengefasst 1st , die sowohl das Zu- als auch das Abführen von Bremsflüssigkeit zum bzw. vom Kühlkreislauf bewirkt. Da der Fertigungs-Aufwand für eine solche Regelventileinheit kaum größer ist als für das bisher schon erforderliche Überströmventil, wird das durch die Verwendung des genannten Hydrospeichers zunächst auftretende Regelproblem durch die Erfindung in sehr zweckmäßiger Weise gelöst. Als besonders vorteilhaft hat as sich erwiesen, daß der Regelventileinheit ein dem Jeweiligen Istwert des Bremsmomentes entsprechender MeSdruck, z.B. der im Rücklauf von der Bremse zum Wärmetauscher herrschende Druck, und ein willkürlich veränderoarer, den Sollwert des Bremsmomentes

darstellender Steuerdruck zugeführt wird.

Ein zusätzliches Kühlen der Bremsflüssigkeit nach dem Abschalten der Bremse wird dadurch ermöglicht, daß der beim Bremsbetrieb die Bremsflüssigkeit aufnehmende Anschluß des Wärmetauschers über eine Zusatzleitung mit dem Flüssigkeitssumpf verbunden ist, wobei in der Zusatzleitung ein Absperrventil vorgesehen ist. welches durch einen Thermostaten beim Überschreiten einer gewissen Bremsflüssigkeitstemperatur in die Stellung "Offen" und beim Unterschreiten dieser Temperatur in die Stellung "Geschlossen" umschaltbar ist. EIr solches Nachkühlen der Bremsflüssigkeit ist dann erforderlich, wenn starke Verzögerungsbremsungen die Kapazität der Kühlanlage übersteigen, wenn also Wärme in der Bremsflüssigkeit gespeichert worden 1st und nach d r Bremsung wieder abgeführt werden muß.

Zur Erhöhung der Betriebssicherheit der Bremse ist es besonders vorteilhaft, das Schaltventil und das Absperrventil zu einer Ventileinheit zusammenzufassen, die drei Schaltstellungen aufweist, nämlich eine Nullstellung, in der der Kühlkreislauf und die Zusatzieitung üiiter-brucir-en sind und azr Arbeitsraum der Bremse mit dem Flüssigkeitssumpf verbunden ist, ferner eine durch den genannten Thermostaten bewirkte Nachkühlstellung, in der bei unterbrochenem Kühlkreislauf der Arbeitsraum der Bremse mit dem Flüssigkeitssumpf verbunden und die Zusatzleitung frei ist, und eine Bremsbetriebsstellung, in der der Kühlkreislauf geöffnet ist und die Verbindung zwischen dem Arbeitsraum und dem Flüssigkeitssumpf sowie die Zusatzleitung unterbrochen sind.

Bekanntlich ist es aus Gründen der Sicherheit zweckmäßig, bei Kraftfahrzeugen mit Schaltgetrieben die hydrodynamische Bremse dem Schaltgetriebe nachzuschalten, d.h. den Bremsrotor z.B. an die Kardanwelle zu koppeln. Wenn nun in diesem Falle die zum Zurückfördern der Bremsflüssigkeit in den Hydrospeicher dienende Pumpe vorr. Bremsrotor aus angetrieben wird, so ist deren Drehzahl entsprechend der Fahrgeschwindigkeit zeitweise sehr niedrig; demgemäß muß die Pumpe größer ausgelegt werden als dies für den oberen Fahrgeschwind!g-

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):eitsbereich an sich erforderlich ist. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daS die Pumpe mit einer zur Drehzahl des Antriebsmotors des Fahrzeuges proportionalen Drehzahl angetrieben wird. Dieser Vorschlag kann dadurch verwirklicht werden, daß die Pumpe mechanisch mit dem Antriebsmotor gekoppelt wird, wobei das Zwischenschalten einer ausrückbaren Kupplung zweckmäßig ist, um die Pumpe bei Traktionsbetrieb stillsetzen zu können.

Stattdessen kann die Pumpe aber auch - gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung - durch einen Drehstroromotor angetrieben werden, der von dem ohnehin vorhandenen und durch den Antriebsmotor angetriebenen Drehstromgenerator gespeist wird. Hierbei empfiehlt sich in erster Linie die Verwendung eines billigen und platzsparenden Kurzschlußläufermotors. Grundsätzlich ist aber auch die Verwendung eines von der Batterie des Fahrzeuges aus gespeisten Gleichstrommotors möglich. In jedem Falle gestattet ein elektrischer Antrieb die räumlich günstigste Anordnung der Pumpe.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend an Hand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

Fig.l eine hydrodynamische Bremse mit der erfindungsgemäßen r.egelventileinheit;

Fig.2 eine gegenüber Fig.l abgewandelte Anordnung.

In beiden Figuren ist die hydrodynamische Bremse mit 10 bezeichnet. Sie weist in bekannter Weise ein Rotor- und ein Statorschaufelrad auf, die miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum 11 bilden. Die Bremse 10 weist einen in der Regel mit dem Bremsgenäuse zusammengebauten, drucklosen Flüssigkeitsbehälter 9 (Sumpf) auf. Zur Vereinfachung der Darstellung ist dieser jedoch in der Zeichnung von der Bremse getrennt angeordnet.

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Beiden Ausführungsbeispielen gemeinsam sind ferner die Pumpe 12 und der dieser nachgeschaltete und als Windkessel ausgebildete Hydrospeicher 13 mit einem Sicherheitsventil 14 und mit einer Zuführleitung 15 für Druckluft, in die ein Druckregelventil 16 eingebaut ist. Dem Windkessel 13 naohgeschaltet ist eine Regelvenbileinheit 20, die weiter unten ausführlich beschrieben wird.

In Fig.l bilden die Leitungen 30 und 31 einen Kühlkreislauf, in dem während des Bremsbetriebes die Bremsflüssigkeit ständig über das Rückschlagventil 32, den Wärmetauscher 33 und das Schaltventil 34 zirkuliert, wobei die Bremse 10 selbst als Umwälzpumpe wirkt. In der gezeigten Stellung des Schaltventils 34 ist die Bremse über die Leitung 35 entleert. Beim Bremsbeginn wird das Schaltventil mittels Steuerluft (Leitung 36) in die andere Stellung umgeschaltet.

Demgegenüber unterscheidet sich der Kühlkreislauf der Anordnung gemäß Fig.2 im wesentlichen nur dadurch, daß die von der Bremse zum Wärmetauscher 33 führende Leitung 40, 40a ebenfalls durch das Schaltventil 44 hindurohgeführt und außerhalb des Bremsbetriebe.'» unterbrochen ist. Dadurch entfällt das Rückschlagventil 32. Der Füllungsgrad der Bremse 10 und damit das Bremsmoment wird geregelt durch Zuführen zusätzlicher Bremsflüssigkeit in den Kühlkreislauf bzw. durch Abführen überschüssiger Bremsflüssigkeit aus dem Kühlkreislauf, beides mittels der Regelventileinheit 20. Diese weist einen Steuerkolben 21 auf, der durch zwei an seinen beiden Enden angreifende Federn 22, 23 in einer neutralen Mittelstellung gehalten wird (wie in Fig.l dargestellt). In dieser Stellung ist der mittlere, Über die Leitung 2^J+ mit dem Kühlkreislauf 30, 31 verbundene Anschluß 25 durch den mittleren Kolbensteg 26 verschlossen. Dieser Anschluß 25 wird Jedoch durch eine nur geringfügige Verschiebung des Kolbens 21 (in der Zeichnung nach oben) mit der Auslaßleitung 27 oder durch eine ebenso geringfügige Verschiebung nach unten über die Fülleitung 28 mit dem Windkessel 13 verbunden. Eine Verschiebung des Kolbens 21 nach unten erfolgt durch den beim Einschalten der Bremse über die Leitung 37 dem oberen Druckraum

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zugeführten Steuerluftdruck. Umgekehrt erfolgt eine Verschiebung des Kolbens 21 nach oben durch einen dem jeweiligen Bremsmoment proportionalen Meßdruck, z.B. durch den im sogenannten Austrittsringraum 8 der Bremse 11 herrschenden Druck. Dieser wird über die Leitung 38 dem unteren Druckraum 58 der Regelventilsinheit 20 zugeführt. Halten sich die beiden genannten Drücke die Waage, so hält sich der Kolben 21 in seiner neutralen Mittelstellung. Solange dagegen der Istwert des Bremsmomentes von dem durch den Steuerluftdruck vorgegebenen und willkürlich veränderbaren Sollwert abweicht, nimmt der Kolben 21 eine von der Mittelstellung nach oben oder nach unten abweichende Stellung ein, und zwar solange, bis wieder Gleichgewicht zwischen Istwert und Sollwert herrscht.

Bei der Anordnung nach Fig.2 ist noch dafür gecorgt, daß nach dem Abschalten der Bremse 10 (durch völliges Entleeren ihres Arbeitsraumes ll) ein Nachkühlen der Bremsflüssigkeit stattfinden kann, sofern deren Temperatur einen bestimmten Wert übersteigt. Hierzu sind in der Regelventileinheit 20 die beiden Federn 22a, 23a derart ausgelegt, daß der Kolben 21 eine aus der Mitte etwas nach unten verschobene Stellung einnimmt, sofern die Steuerleitungen 37 und 38 drucklos sind. (Die oben beschriebene Regelfunktion der Regelventileinheit 20 ist hierdurch nicht beeinträchtigt). Ferner ist an die vom Schaltventil 44 zum Wärmetauscher 33 führende Leitung 40a eine Zusatzleitung 60 angeschlossen, die über ein Absperrventil 6l zum Sumpf 9 führt. Das Absperrventil 6l ist mit dem Schaltventil 44 zu einer Ventileinheit zusammengefasst, die drei Schaltstellungen aufweist, nämlich eine Nullstellung (wie in Fig.2 dargestellt), in der der Kühlkreislauf 40, 40a, 41 und die Zusatzleitung 60 unterbrochen sind und die Entleerleitung 35 frei ist, ferner eine Naohkühlstellung (Steuerkolben nach oben verschoben), in der bei unterbrochenem Kühlkreislauf sowohl die Entleerleitung 35 als auch die Zusatzleitung 60 frei sind, und eine Bremsbetriebsstellung (Steuerkolben nach unten verschoben), in der der Kühlkreislauf geöffnet ist und die Entleerleitung 35 sowie die Zusatzleitung 50 unterbrochen sind.

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Die Nullstellung wird bei ausgeschalteter Bremse durch die beiden Federn 42 und 43 bewirkt. Das Umschalten auf die ajremsbetriebsstellung erfolgt wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig.l durch den Steuerluftdruck (Leitung 36a), während das Umschalten auf die Kachkühlstellung durch ein Druckmittel erfolgt (in der Regel ebenfalls Druckluft), welches über die Leitung 50 zugeführt wird. In dieser Leitung ist ein thermostatisch gesteuertes Absperrventil (51) vorgesehen, das nur dann geöi_.iet ist, wenn der an der Leitung 4l angebrachte Temperaturfühler 52 das Überschreiten einer bestimmten Grenztemperatur in der Bremsflüssigkeit meldet und im übrigen auch nur dann, wenn die Steuerleitung 36b drucklos, d.h. wenn die Bremse entleert ist. Sofern also die V-sntileinheit 44, 6l in die Nachkühlstollung umgeschaltet ist, wird Bremsflüssigkeit aus dem Windkessel 13 über die Hegelventileinheit 20, Kühler 33, Zusatzleitung 60, Sumpf 9 und Pumpe 12 im Kreislauf geführt, solange bis die Grenztemperatur wieder unterschritten ist.

Die vorzugsweise als Zahnradpumpe ausgebildete und durch den Motor M angetriebene Pumpe 12 wird dann eingeschaltet, wenn sich die Ventileinheit 44, 6l in der Bremsbetriebsstellung oder in der Nachkühlstellung befinde;; in der Nullstellung ist sie dagegen ausgeschaltet. Die Pumpe 12 kann verhältnismäßig klein dimensioniert werden; denn sie dient nur zum Zurückfördern von Bremsflüssigkeit aus dem Sumpf 9 in den Windkessel 13, Die Ansprechzeit der Bremse bei Bremsbeginn hängt allein vom Druck im Windkessel und von den Rohrleitungswiderständen ab, nicht jedoch von der Größe der Pumpe 12.

Anstelle des mehi-fach erwähnten zur Kühlung der Bremsflüssigkeit dienenden Wärmetauschers 33 kann auch ein einfacher Flüssigkeitsspeicher benutzt werden. Beispielsweise kann als Flü" 3igkeitsspeicher der in Eisenbahnwagen ohnehin vorhandene Waschwasserbehälter benutzt werden, wobei man als Bremsflüssigkeit das Waschwasser verwendet.

Heidenheim (Brenz), den 18.Juni 197:

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Claims (1)

1. ap/A 5109 GM Heidenheim/Brenz

   Schutzanspruch

   Regelventileinheit zum Regeln einer hydrodynamischen Bremse, mit einem in einem Gehäuse verschiebbaren Steuerkolben, dadurch gekennzeichnet, daß an den beiden stirnseitigen Enden des S^euerkolbens (21) je ein Druckraum (f>7, 58) mit Je einer Feder (22, 23) angeordnet ist, die den Steuerkolben in einer Hittelstellung halten, bei der ein mittlerer Kolbensteg (26) einen mittleren, über eine Leitung (24) mit dem Kühlkreislauf (30, 31; 40, 40a, 4l) der Bremse (10) zu verbindenden Ventilanschluß (25) geschlossen hält, daß ferner zwei weitere, gegenüber dem mittleren Ventilanschluß (25) in der einen bzw. der anderen axialen Richtung versetzte, d.h. zu beiden Seiten des mittleren Kolbenstegs (26) angeordnete Ventilanschlüsse vorgesehen sind, von denen der eine mit einer von einem Hydrospeicher ausgehenden Fülleitung (28) und der andere mit einer Auslaßleitung (27) zu verbinden ist, und daß an dem der Fülleitung (28) zuzuordnenden Druckraum (57) ein Anschluß für eine Steuerluftdruckleitung (37) und an dem gegenüberliegenden Druokraum (58) ein Anschluß für eine vom Austrittsringraum (8) der Bremse (10) ausgehende Meßdruokleltung (58) vorgesehen sind.

   Heidenhelm, den 30.JuIi 1973
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