SE516896C2 - Hydrodynamisk broms med två medier - Google Patents

Description

25 30 35 . Q n u ao a 516896 Genom EP 233 331 är det känt att tillföra ett spärrande medium till det toroidformade utrymmet hos en retarder med syfte att re- ducera luftcirkulationen och därmed reducera den bromsverkan som erhålls av den cirkulerande luften. Det spärrande mediet tillförs som en radiellt riktad stråle i det toroidformade utrymmet.

Meningen är att det tillförda spärrande mediet ska bilda en spärrande medieridå i området mellan statorn och rotorn så att luftcirkulationen mellan statorn och rotorn reduceras. Om infö- randet av mediet inte här sker med en tillräckligt hög hastighet kommer den kraftiga luftcirkulation som kan uppgå till 100 m/s i det toroidformade utrymmet relativt snabbt att förpassa det till- förda spärrande mediet mot det toroidformade utrymmets väg- gar.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en hyd- rodynamisk broms som innefattar medel som på ett enkelt och effektivt sätt reducerar den luftcirkulation i det toroidformade ut- rymmet som uppstår hos den hydrodynamiska bromsen när ing- en bromsverkan önskas erhållas.

Detta syfte uppnås med den hydrodynamiska bromsen av det inledningsvis nämnda slaget, vilken kännetecknas de särdrag som anges i patentkravets 1 kännetecknande del. Genom att tillföra det andra mediet med ett högt tryck och i en riktning del- vis mot den cirkulerande luftströmmen erhålls när mediet träffar den cirkulerande luften en uppbromsning av det cirkulerande luftflödets hastighet. Genom tillförsel av mediet med ett lämpligt högt tryck tränger det igenom det ytterst belägna luftskiktet i det toroidformade utrymmet, vilket har den högsta hastigheten.

Detta är ett nödvändigt för att förhindra att mediet väsentligen omedelbart efter att det tillförts förpassas mot det toroidformade utrymmets väggar av den ytterst belägna luftströmmen. Det med tryck tillförda andra mediet finfördelas i det toroidformade ut- 10 15 20 25 30 35 > a n o »o u 516 896 rymmet till en mediedimma som bromsar upp den cirkulerande luftens hastighet.

Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning är det andra mediet inrättat att tillföras i form av åtminstone en stråle. Nämnda stråle kan ges en lämplig form och ett tryck som verksamt reducera luftens rörelseriktning och hastighet. Sådana strålar bör tillföras med en hastighet av över 10 m/s för att de med säkerhet ska kunna bromsa upp och tränga igenom det yt- tersta luftskiktet i det toroidformade utrymmet. Helst bör dock hastigheten vara åtminstone 20 m/s. Det andra mediet kan al- ternativt tillföras som ett flertal strålar för att erhålla en mer ut- bredd påverkan av den cirkulerande luften i det toroidformade utrymmet. Med fördel är det andra mediet identiskt med det för- sta mediet. Det första mediet är vanligtvis en olja. En sådan olja är i de flesta fall även lämplig som medium för att reducera luft- cirkulationen i det toroidformade utrymmet. Genom att använda samma medium för att förhindra nämnda luftcirkulation som för att åstadkomma en bromsverkan förenklas handhavandet av det andra mediet. lnga speciella samlingsbehållare för mediet behö- ver, exempelvis, anordnas.

Enligt en annan föredragen utföringsform av föreliggande upp- finning innefattar nämnda medel åtminstone ett insprutningsor- gan som är inrättat att spruta in de andra mediet i det toroidfor- made utrymmet. Ett sådant insprutningsorgan är inrättat att med ett lämpligt tryck tillföra det andra mediet i det toroidformade ut- rymmet. lnsprutningsorganet kan även innefatta ett lämpligt munstycke som ger en eller flera strålar med en för reducering av luftcirkulationen lämplig form. lnsprutningsorganet kan tillföra det andra mediet från ett radiellt yttre beläget parti hos det to- roidformade utrymmet. Det andra mediet kan därvid sprutas mot den cirkulerande luften i ett område när luften strömmar från rotorn till statorn och har sin högsta hastighet. Med fördel tillför lnsprutningsorganet det andra mediet i detta fall via en mynning i en bottenyta hos statorns fördjupning. Eftersom statorn är 10 15 20 25 30 35 5160896 orörlig är det relativt okomplicerat att anordna ett insprutnings- organ i statorn för tillförsel av det andra mediet i nämnda områ- de. För att erhålla en effektiv reducering av den cirkulerande luftens hastighet bör det andra mediet tillföras i en riktning som uppvisar en vinkel av 15° till 45° mot en radiell riktning som sträcker sig från insprutningsorganets mynning till ett centrum i det toroidformade utrymmet. Den cirkulerande luften förutsätts att cirkulera runt i det toroidformade utrymmet längs bottenytor- na hos statorns och rotorns fördjupningar. Härvid blir luftens hu- vudsakliga strömningsriktning väsentligen vinkelrät mot en så- dan radiell riktning. Ju större mediets tillförselriktning avviker från nämnda radiella riktning desto mer motriktat träffar mediet den cirkulerande luftströmmen. Med fördel tillförs det andra me- diet i en eller flera strålar i en riktning med en vinkel av 15° till 45° mot nämnda radiella riktning. En vinkel av cirka 30° torde vara mest gynnsam för att effektivast bromsa upp den cirkule- rande luftströmmens hastighet samtidigt som en väsentlig del av det andra mediet kan passera igenom denna luftström och bilda en mediedimma i det toroidformade utrymmet.

Enligt en annan föredragen utföringsform av föreliggande upp- finning är nämnda insprutningsorgan inrättat att spruta in det andra mediet från ett radiellt inre beläget parti hos det toroid- formade utrymmet. Härvid reduceras den cirkulerande luftens hastighet i övergången från statorn till rotorn. Med fördel är i detta fall insprutningsorganet anordnat i ett axelparti hos rotorn och innefattar en mynning i bottenytan hos rotorns fördjupning.

Med fördel tillförs det andra mediet i en riktning med en vinkel av 15° till 45° mot en radiell riktning som sträcker sig från in- sprutningsorganets mynning till ett centrum i det toroidformade utrymmet. Att tillföra strålar med ett högt tryck i ett vinkelområde av cirka 30° torde vara mest gynnsamt för att effektivast bromsa upp den cirkulerande luftströmmens hastighet samtidigt som en effektiv mediedimma erhålls i det toroidformade utrymmet.

Lämpligen innefattar nämnda medel ett flertal insprutningsorgan utplacerade både vid radiellt yttre och inre belägna partier och 10 15 20 25 30 35 516 896 med konstanta mellanrum längs det toroidformade utrymmets cirkulära sträckning. Därmed kan luftcirkulationen i hela det to- roidformade utrymmet effektivt motverkas.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA I det följande beskrivs såsom ett exempel en föredragen utfö- ringsform av uppfinningen med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig 1 visar ett tvärsnitt genom ett parti av en hydrostatisk broms enligt föreliggande uppfinning, Fig 2 visar separat den i Fig 1 visade statorn och Fig 3 visar separat den i Fig 1 visade rotorn.

DETALJERAD BESKRIVNING AV EN FÖREDRAGEN UTFÖ- RINGSFORM AV FÖRELIGGANDE UPPFINNING I Fig 1 visas ett tvärsnitt genom ett parti av en hydrodynamisk broms i form av en retarder hos ett motordrivet fordon. Retar- dern innefattar en stator 1 och en rotor 2. Statorn 1, som visas separat i Fig 2, innefattar en kropp med inre radiell yta 3 som definierar en cirkulär öppning. En roterbar axel 4 är inrättad att sträcka sig genom statorns 1 cirkulära öppning. Den roterbara axeln 4 står, via en utväxlingsanordning, i förbindelse med en drivaxel hos fordonet. Statorn 1 är fast anordnat i fordonet på ett lämpligt sätt. Statorns 1 kropp innefattar en ringformig för- djupning 5 som i retarderns monterade tillstånd sträcker sig runt den roterbara axeln 4. Den ringformiga fördjupning 5 begränsas i en radiell riktning utåt av en yttre kant 6 och i en radiell rikt- ning inåt av en inre kant 7. Ett flertal skovlar 8 är anordnade med likformiga mellanrum längs den ringformiga fördjupningens 5 cirkulära sträckning. Skovlarna 8 har en väsentligen radiell sträckning genom fördjupningen 5 från dess inre kant 7 i riktning mot dess yttre kant 6. Skovlarnas 8 sidoytor uppvisar en vinkel av ungefär 45° i förhållande till fördjupningens 5 bottenyta. 10 15 20 25 30 35 516 896 Rotorn 2, som visas separat i Fig 3, innefattar en kropp med ett axelparti 9 som är fast förbundet med den roterbara axeln 4.

Rotorn 2 kommer därmed att rotera synkront med den roterbara axeln 4. Rotorn 2 innefattar i övrigt en väsentligen motsvarande uppbyggnad som statorn 1 och innefattar en ringformig fördjup- ning 10 som i rotorns 2 monterade tillstånd sträcker sig runt den roterbara axeln 4. Den ringformiga fördjupning 10 begränsas i en radiell riktning utåt av en yttre kant 11 och i en radiell rikt- ning inåt av en inre kant 12. Ett flertal skovlar 13 är anordnade med likformiga mellanrum längs den ringformiga fördjupningens 10 cirkulära sträckning. Skovlarna 13 har en väsentligen radiell sträckning genom fördjupningen 12 från dess yttre kant 11 i rikt- ning mot dess inre kant 12. Var och en av skovlarnas 13 sido- ytor uppvisar en vinkel av ungefär 45° i förhållande till bottenyta ifördjupningen 10.

Statorn 1 och rotorn 2 är anordnade koaxiellt i förhållande till varandra runt axeln 4 så att statorns 1 och rotorns 2 ringformiga fördjupningar 5, 10 tillsammans bildar ett toroidformat utrymme som sträcker sig runt den roterbara axeln 4. Statorn 1 innefattar ett flertal öppningar 14 genom vilka ett medium i form av en olja är tillförbar till det toroidformade utrymmet när fordonet avses att bromsas. Den tillförda oljan leds under rotorns 2 rotation medelst skovlarna 13 i rotationsriktningen och radiellt utåt i det toroidformade utrymmet längs fördjupningens 10 bottenyta och slungas med en hög hastighet över från fördjupningens 10 yttre kant 11 hos rotorn 2 till fördjupningens 5 yttre kant 6 hos statorn 1. Oljans rotationsriktning i det toroidformade utrymmet visas av pilarna a i Fig 1. Oljan träffar statorns 1 skovlarna 8 och oljans rörelse i rotorns 2 rotationsriktning bromsas och oljan leds av skovlarna 8 radiellt inåt längs fördjupningens 5 bottenyta tills den når fördjupningens 5 inre kant 7. Här slungas olja åter över till rotorn 2 och träffar rotorn 2 vid fördjupningens 10 inre kant- yta 12. Oljan träffar rotorns 2 roterande skovlar 13 i en vinkel så att en väsentligen optimal bromsverkan erhålls av rotorn 2. Ol- 10 15 20 25 30 35 516 896 jan leds därefter med av de roterande skovlarna 13 samtidigt som den leds radiellt utåt längs fördjupningens 10 bottenyta.

Den bromsverkan som erhålls av rotorn 2 beror dels på den mängd olja som tillförs och cirkuleras i det toroidformade ut- rymmet och dels på rotorns 2 rotationshastighet. Under broms- ningsprocessen övergår oljans rörelseenergi till värmeenergi.

Statorn 1 innefattar ett flertal öppningar 15 genom vilka oljan är inrättad att bortföras från det toroidformade utrymmet när en bromsverkan inte längre önskas.

På motsvarande sätt som den cirkulerande oljan tillför en bromsverkan till rotorn 2 tillför en cirkulation av den befintliga luften i det toroidformade utrymmet en bromsverkan. Nämnda luftcirkulation är ett problem när ingen bromsverkan önskas.

Eftersom luft har en mycket lägre densitet än olja blir den bromsverkan som tillförs av den cirkulerande luften avsevärt lägre än den som oljan ger. Den tillförda bromsverkan är dock inte helt försumbar och leder vid, exempelvis, drift av ett motor- fordon till en onödigt hög bränsleförbrukning.

För att motverka en sådan luftcirkulation har ett första insprut- ningsorgan 16 anordnats vid ett yttre parti hos statorn 1. Det första insprutningsorganet 16 är inrättat att tillföra ett andra me- dium som med fördel är identiskt med den olja som används för att erhålla en bromsverkan i retardern. Det första insprutnings- organet 16 tillför det andra mediet medelst en eller flera strålar som tillförs med ett högt tryck så att mediet erhåller en initial hastighet av cirka 20 m/s. Strålarna är inrättade att sprutas in i en riktning som avviker med en vinkel V1 av cirka 30° mot en ra- diell riktning r1 som sträcker sig från insprutningsorganets 16 mynning och genom ett centrum c i det toroidformade utrymmet.

Den huvudsakliga Iuftströmmen erhåller en motsvarande ström- ningsriktning a som oljan. Luftströmmen följer således huvud- sakligen det toroidformade utrymmets bottenytor i stator 1 och rotor 2. Härvid blir luftens huvudsakliga strömningsriktning a i insprutningsormrådet väsentligen vinkelrät mot en sådan radiell 10 15 20 25 30 35 ø c o o oo o 51.6 896 riktning r1. Med ju större vinkel det andra mediet tillförs det to- roidformade utrymmet mot nämnda radiella riktning desto mer motriktat träffar mediet den cirkulerande luftströmmen. lnsprut- ningsvinkeln v1 kan dock variera inom ett område från 15° till 45°. Det insprutade andra mediet motverkar här luftens passage från rotorn 2 till statorn 1 innan det bildar en mediedimma i det toroidformade utrymmet.

Ett andra insprutningsorgan 17 är anordnad i ett axelparti 9 hos rotorn 2 och innefattar en mynning i bottenytan hos rotorns 2 fördjupning 10. Det andra insprutningsorganet 17 är inrättat att tillföra det andra mediet medelst ett flertal strålar med ett högt tryck. Strålarna är inrättade att sprutas in i en riktning som avvi- ker med en vinkel V2 mot en radiell riktning r; som sträcker sig från insprutningsorganets 17 mynning och genom nämnda cent- rum c i det toroidformade utrymmet. lnsprutningsvinkeln V2 kan dock variera inom ett område från 15° till 45°. Det insprutade mediet motverkar här luftens passage från statorn 1 till rotorn 2 innan det bildar en mediedimma i det toroidformade utrymmet.

De första 16 och andra 17 insprutningsorganen är så anordnade att det insprutade andra mediet i första hand ska reducera luf- tens hastighet vid passage mellan statorn och rotorn i endera riktning. Luftens hastighet kan här väsentligen avsevärt reduce- ras genom att mediet tillförs med en höga hastighet i en riktning delvis mot luftens strömningsriktning a. Genom att strålarnas införs med en hög hastighet passerar mediet huvudsakligen ige- nom åtminstone det yttre luftskiktet och erhåller en spridning så att en mediedimma av små finfördelade mediedroppar bildas som ytterligare motverkar luftcirkulationen mellan statorn och rotorn i det toroidformade utrymmet. Så småningom förs dock de bildade oljedropparna mot bottenytan hos statorns 1 eller ro- torns 2 fördjupning 5, 10 varefter oljan leds ut. De första 16 och andra 17 insprutningsorganen är med fördel anordnade med konstanta mellanrum längs det toroidformade utrymmets sträck- n o o o on nu: os. e o nn co u ,.. .::::.::.'.::.- i ::llß I ao a o o n u u. u u n en o u z ning för att motverka Iuftcirkulationen mellan statorn 1 och ro- torn 2 längs hela det toroidformade utrymmets sträckning.

Föreliggande uppfinning är på intet sätt begränsad till de ovan på ritningarna beskrivna utföringsformen utan kan modifieras fritt inom patentkravens ramar.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 516 896 10 Patentkrav

1. Hydrodynamisk broms innefattande en stator (1) och en rotor (2) som var och en innefattar en kropp med en ringformig för- djupning (5, 10) och ett flertal skovlar (8, 13) som är anordnade i respektive stators (1) och rotors (2) fördjupning (5, 10), varvid statorn (1) och rotorn (2) är anordnade koaxiellt i förhållande till varandra så att statorns (1) och rotorns (2) ringformiga fördjup- ningar (5, 10) bildar ett toroidformat utrymme, ett första medium som är inrättat att tillföras till nämnda toroidformade utrymme för att åstadkomma en bromsverkan vid rotation av rotorn (2) och medel som är inrättad att tillföra ett andra medium till det toro- idformade utrymmet under perioder då ingen bromsverkan öns- kas för att reducera cirkulation av luft i der toroidformade ut- rymmet, kännetecknad av att nämnda medel är inrättade att till- föra det andra mediet, vid åtminstone ett ställe, till det toroid- formade utrymmet med ett tryck och i en riktning som åtminsto- ne delvis är motriktad den cirkulerande luftens huvudsakliga strömningsriktning (a).

2. Hydrodynamisk broms enligt krav 1, kännetecknad av att det andra mediet är inrättat att tillföras i form av åtminstone en strâle.

3. Hydrodynamisk broms enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att det andra mediet är identiskt med det första mediet

4. Hydrodynamisk broms enligt något av föregående krav, ka_n¿ netecknad av att nämnda medel innefattar åtminstone ett in- sprutningsorgan (16, 17) som är inrättat att spruta in de andra mediet i det toroidformade utrymmet.

5. Hydrodynamisk broms enligt krav 4, kännetecknad av att nämnda insprutningsorgan (16) är inrättat att tillföra det andra mediet från ett radiellt yttre beläget parti hos det toroidformade utrymmet. 10 15 20 25 ø o u | .n 516 896 11

6. Hydrodynamisk broms enligt krav 5, kännetecknad av att nämnda insprutningsorgan (16) tillför det andra mediet via en mynning i en bottenyta hos statorns (1) fördjupning (5).

7. Hydrodynamisk broms enligt krav 6, kännetecknad av att det andra mediet tillförs i en riktning med en vinkel (V1) av mellan 15° till 45° mot en radiell riktning (r1) som sträcker sig från in- sprutningsorganets (16) mynning och genom ett centrum (c) i det toroidformade utrymmet.

8. Hydrodynamisk broms enligt krav 4, kännetecknad av att nämnda insprutningsorgan (17) är inrättat att spruta in det andra mediet från ett radiellt inre beläget parti hos det toroidformade utrymmet.

9. Hydrodynamisk broms enligt krav 7, kännetecknad av att nämnda insprutningsorgan (17) är anordnat i ett axelparti (9) hos rotorn (2) och innefattar en mynning i bottenytan hos rotorns (2) fördjupning (10).

10. Hydrodynamisk broms enligt krav 9, kännetecknad av att det andra mediet tillförs i en riktning som avviker med en vinkel (V2) av mellan 15° till 45° mot en radie (r2) som sträcker sig från in- sprutningsorganets (17) mynning och genom ett centrum (c) i det toroidformade utrymmet. n n a n nu n