Тормозное устройство
Изобретение относится к области автомобилестроения, в частности к тормозным устройствам. Тормозное устройство содержит ротор, статор, колесо вентилятора и муфту. При работе в режиме торможения при подаваемой или подключаемой рабочей среде тормозной момент передается от ротора на статор. Колесо вентилятора путем активирования и деактивирования муфты может включаться в приводное соединение с ротором и выключаться из него. Колесо вентилятора выполнено и расположено таким образом, что оно во включенном приводном соединении с ротором подает охлаждающий воздух на тормозное устройство. Муфта установлена и нагружается рабочей средой таким образом, что подача или подключение и отвод или отключение рабочей среды автоматически активирует и деактивирует муфту. Достигается компактность и уменьшение габаритов устройства, а также отсутствие необходимости наличия внешнего охлаждающего контура. 14 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к тормозному устройству, в частности для использования в относительно малых транспортных средствах, таких как, например, прицепы, или малые грузовые автомобили, или рельсовые транспортные средства.
В настоящее время является обычным, например, на наклонных участках тормозить грузовые автомобили или рельсовые транспортные средства с помощью износостойких тормозов длительного торможения (тормоз-замедлитель), чтобы разгружать предусмотренные обычно дополнительно исполнительные тормоза. При этом, в частности, находят применение электродинамические тормоза-замедлители, также называемые тормозами, работающими на вихревых токах, или гидродинамические тормоза-замедлители. Оба этих износостойких тормоза длительного торможения используют рабочую среду, с помощью которой тормозной момент или момент вращения от ротора, приводимого в действие подвергаемой торможению приводной линией, передается на статор. В случае тормоза, работающего на вихревых токах, электрический ток, который используется для образования электрического поля между ротором и статором, можно назвать рабочей средой, в случае гидродинамического тормоза-замедлителя рабочей средой является жидкость, например рабочая жидкость гидравлической системы или даже вода, которая в тороидальном рабочем пространстве, образованном ротором и статором, образует циркулирующий поток для передачи тормозного момента.
Как правило, такие тормоза длительного торможения охлаждаются с помощью внешнего водяного или масляного охлаждающего контура, чтобы отводить возникающее при работе в режиме торможения тепло. В охлаждающем контуре расположен соответствующий теплообменник, чтобы тепло, которое поглощается охлаждающей средой в области тормоза-замедлителя, отводить в окружающую среду или в другой охлаждающий контур. В случае гидродинамического тормоза-замедлителя он тоже может быть включен в охлаждающий контур транспортного средства, если охлаждающая среда охлаждающего контура транспортного средства одновременно является рабочей средой тормоза-замедлителя (в случае так называемого водяного тормоза-замедлителя). Если же такой износостойкий тормоз длительного торможения должен использоваться в сравнительно малом транспортном средстве, например в небольшом грузовом автомобиле или прицепе, то, как правило, не имеется никакого соответствующего охлаждающего контура, чтобы охлаждать тормоз длительного торможения при работе в режиме торможения. Специальная установка соответствующего охлаждающего контура связана с такими высокими затратами и конструктивными трудностями, что в таких малых транспортных средствах до настоящего времени отказывались от применения тормозов длительного торможения.
В отношении известного уровня техники следует сослаться на следующие документы: GB 1211629 A, US 5819697 A, US 3958671 A, EP 0531721 A.
В основе изобретения лежит задача представить тормозное устройство, которое выполнено компактно и обходится без внешнего охлаждающего контура.
Задача согласно изобретению решается с помощью тормозного устройства с признаками п.1 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения описывают особенно предпочтительные усовершенствования изобретения, в особенности, в случае выполнения тормозного устройства в виде тормоза, работающего на вихревых токах, а в другом случае - выполнения тормозного устройства в виде гидродинамического тормоза-замедлителя.
Согласно соответствующему изобретению тормозному устройству предусмотрено колесо вентилятора, которое подключается при работе в режиме торможения, чтобы охлаждать тормозное устройство с помощью потока охлаждающего воздуха. Колесо вентилятора может быть, например, снабжено на своей поверхности ребрами или лопатками, которые при вращении колеса вентилятора вдувают охлаждающий воздух в направлении тормозного устройства, т.е. в направлении ротора и статора. Охлаждающий воздух может направляться над расположенной снаружи и/или внутри поверхностью тормозного устройства, чтобы таким образом за счет конвекции принимать создаваемое в тормозном устройстве тепло.
Чтобы подключать колесо вентилятора при переходе от работы в режиме без торможения к работе в режиме торможения и при переходе от работы в режиме торможения к работе в режиме без торможения, предусмотрена муфта, которая активируется и деактивируется автоматически. При этом под термином «активируется» в смысле изобретения следует понимать, что муфта подключает колесо вентилятора в приводном соединении к ротору; под термином «деактивируется» следует понимать, что подключение снова разъединяется, так что колесо вентилятора больше не приводится в движение, переходит в режим замедления и, наконец, останавливается.
Активирование и деактивирование муфты осуществляются автоматически, а именно, в частности, непосредственно с помощью подачи или подключения или соответственно отвода или отключения рабочей среды. В случае выполненного согласно изобретению тормоза, работающего на вихревых токах, муфту можно активировать благодаря тому, что электрический ток направляется через тормозное устройство, чтобы создать соответствующее магнитное поле для торможения, причем этот ток одновременно используется для активирования муфты. Например, муфту можно приводить в действие электромагнитным способом, в частности, за счет перемещаемого поршня, который создает фрикционную связь или механическую блокировку между ротором и колесом вентилятора, перемещаясь с помощью магнитного усилия, создаваемого активированием тока торможения.
В случае выполнения соответствующего изобретению тормозного устройства в виде гидродинамического тормоза-замедлителя муфта предпочтительно нагружается давлением с помощью рабочей среды, например масла или воды, именно тогда, когда рабочее пространство тормоза-замедлителя заполнено, чтобы создать требуемый для торможения циркулирующий поток. Например, с помощью напорного трубопровода, который подключен к рабочему пространству в области внешней периферии, нагруженная давлением рабочая среда отбирается из рабочего пространства и направляется на одну сторону перемещаемого поршня, так что давление рабочей среды перемещает поршень. За счет перемещения поршня можно, подобно тому, как это имеет место в случае описанного тормоза, работающего на вихревых токах, создать фрикционную связь или механическую блокировку между ротором и колесом вентилятора, чтобы создать соответствующее изобретению приводное соединение между ротором и колесом вентилятора при работе в режиме торможения.
Поршень, который, в частности, образует, по меньшей мере, одну часть муфты, может быть выполнен, например, в форме кольцевого поршня, центральная ось которого совпадает с осью вращения ротора и который в аксиальном направлении, т.е. в направлении оси вращения ротора, выполнен с возможностью перемещения, чтобы создать механическое сцепление между колесом вентилятора и ротором. Под механическим сцеплением следует понимать любое механическое сцепление, в частности фрикционное сцепление, кулачковое сцепление, дисковое сцепление, сцепление посредством пальцев или центробежное сцепление.
Пример осуществления соответствующего изобретению тормозного устройства, которое выполнено в виде гидродинамической муфты и имеет особенно компактную конструкцию, поясняется далее более подробно посредством чертежей, на которых
фиг.1 - аксиальный разрез тормозного устройства, выполненного в соответствии с изобретением;
фиг.2 - схематичный вид со стороны торца тормозного устройства на фиг.1;
фиг.3 - увеличенное изображение радиальной внутренней области тормозного устройства на фиг.1, которое, в частности, показывает муфту.
На фиг.1 виден ротор 1 гидродинамического тормоза-замедлителя, имеющий вал 1.1, на котором он установлен с возможностью вращения. Рабочее колесо ротора 1 вместе с рабочим колесом статора 2, который окружает ротор 1, образует тороидальное рабочее пространство 5, в котором в режиме торможения образуется кольцевой поток из рабочей среды. Эта конструкция тормоза-замедлителя, в общем, известна специалисту, так что оно не требует дальнейшего пояснения.
В отличие от уровня техники тормоз-замедлитель согласно фиг.1 имеет кольцевой теплообменник 7, который расположен вдоль внешней периферии, т.е. радиально снаружи от рабочего пространства 5. В этот кольцевой теплообменник 7 направляется рабочая среда из рабочего пространства 5, там охлаждается и подается обратно в рабочее пространство 5. Таким образом, кольцевой теплообменник 7 на своей внутренней стороне, т.е. на своей теплопоглощающей стороне, нагружен рабочей средой в виде теплоносителя.
Для того чтобы тепло из рабочей среды отвести в кольцевом теплообменнике в окружающую среду, кольцевой теплообменник 7 на своей теплоотдающей стороне обдувается охлаждающим воздухом. Необходимый поток охлаждающего воздуха производится при этом с помощью расположенного с торцевой стороны тормоза-замедлителя колеса 3 вентилятора, которое защищено от воздействий извне защитной решеткой 8. Колесо 3 вентилятора несет, например, ребра или, как показано, лопатки, которые создают радиально-аксиальный воздушный поток. За счет вращения колеса 3 вентилятора «захватываемый» лопатками воздух ускоряется радиально наружу, а затем аксиально отклоняется, так что он течет непосредственно к и/или вдоль кольцевого теплообменника 7. Колесо 3 вентилятора установлено на валу 3.1 вентилятора и, в частности, выполнено за одно целое с ним. При этом вал 3.1, как, в частности, можно видеть на фиг.1 и 3, установлен в статоре 2 с возможностью вращения посредством подшипника 6. Вал 3.1 вентилятора выполнен в виде полого вала, который окружает вал 1.1 ротора. Вал 1.1 ротора может быть установлен, например, снаружи статора 2, или также на статоре 2, или внутри статора 2 (не показано).
Гидродинамический тормоз-замедлитель имеет, как схематически представлено на фиг.2, обычное управление с помощью масляного бака, см. поз.9. С помощью сжатого воздуха из системы сжатого воздуха транспортного средства давление воздуха оказывается на масло (или воду) тормоза-замедлителя, которое представляет собой рабочую среду, чтобы эту рабочую среду направить в рабочее пространство. Воздух, который находится в рабочем пространстве тормоза-замедлителя при работе в режиме без торможения, которое после этого опорожнено или частично опорожнено, отводится через систему 10 отвода воздуха, чтобы рабочее пространство при переключении из работы в режиме без торможения в работу в режиме торможения могло соответствующим образом наполниться рабочей средой.
Разумеется можно также включать тормоз-замедлитель иначе, чем с помощью сжатого воздуха, который, в частности, регулируется с помощью электрически включаемого пропорционально регулирующего клапана. Например, можно использовать масляный поршень, приводимый в действие с помощью электромотора, чтобы масло (или воду) вводить в рабочее пространство тормоза-замедлителя для начала работы в режиме торможения.
На фиг.3 видна, в частности, муфта 4 соответствующего изобретению тормоза-замедлителя, которая служит для того, чтобы при переходе от работы в режим без торможения к работе в режиме торможения привести колесо 3 вентилятора в приводное соединение с ротором 1, так чтобы колесо 3 вентилятора, которое при работе в режиме без торможения бездействует, было приведено во вращательное движение, чтобы создать желательный поток охлаждающего воздуха. Муфта 4 включает в себя кольцевой поршень 4.1, который в поперечном сечении выполнен L-образным, как видно из фиг.3, а именно в форме лежащей на боку буквы L, так чтобы короткое плечо L указывало вниз. Поршень 4.1 на своей первой аксиальной торцевой стороне (на фиг.3 на своей правой стороне) нагружается рабочей средой, которая подается через канал 11. Канал 11 образован в статоре 2 и оканчивается в окружающей кольцевой поршень 4.1 в скользящей связи области статора 2, которая выполнена таким образом, что поршень 4.1 может перемещаться аксиально внутрь статора 2 и одновременно опираться на статор 2, в частности исключительно лишь на статор 2. На своей противоположной стороне, т.е. на своей входной стороне, канал 11 может оканчиваться, например, в области радиально внешней периферии рабочего пространства 5, как представлено на фиг.1. Таким образом, при заполнении рабочего пространства 5 рабочей средой, которая в рабочем пространстве ускоряется радиально наружу с помощью набора лопаток ротора 1 и на внешней периферии поступает в статор 2, в котором она замедляется радиально внутрь, часть рабочей среды, которая находится под сравнительно высоким давлением, отводится, и названная торцевая сторона поршня 4.1 через канал 11 нагружается этой рабочей средой. Пока тормоз-замедлитель находится в работе в режиме торможения, в соответствии с этим в образованном в виде кольцевого канала, по меньшей мере, на отдельных участках, например на своем концевом участке позади поршня 4.1, канале 11, будет преобладать соответственно высокое давление, которое удерживает поршень 4.1 в его выдвинутом положении (на фиг.3 в левом положении), и таким образом поддерживает муфту 4 в ее активированном состоянии.
Как показано на фиг.1, одновременно часть рабочей среды, которая выходит через заднюю стенку набора лопаток статора 2 в области радиально внешней периферии, отводится радиально наружу в кольцевой теплообменник 7, где она, наконец, охлаждается. Как видно, через то же самое отверстие или те же самые отверстия в задней стенке набора лопаток статора также отводится рабочая среда, которая направляется в канал 11.
Снова со ссылкой на фиг.3 представлен подшипник 4.3, который образован в виде упорного подшипника качения, наружное кольцо которого аксиально присоединено к поршню 4.1, так что оно совершает движение перемещения вместе с поршнем. Ввиду скользящего крепления поршня 4.1 в статоре 2 поршень 4.1 и тем самым наружное кольцо подшипника 4.3 поддерживается без возможности вращения в окружном направлении. Однако можно также рассматривать крепление, которое позволяет вращательное движение поршня 4.1 и наружного кольца подшипника.
Подшипник 4.3 имеет внутреннее кольцо, которое присоединено к сцепляющему элементу 4.2. Сцепляющий элемент 4.2 установлен на валу 3.1 вентилятора с возможностью аксиального перемещения, предпочтительно посредством перемещения с помощью зубчатого зацепления, как оно, например, схематично представлено на фиг.3. При этом сцепляющий элемент 4.2 находится во вращательном зацеплении с валом 3.1 вентилятора, т.е. сцепляющий элемент 4.2 соединен с валом 3.1 вентилятора без возможности проворота в окружном направлении.
Если теперь поршень 4.1 ввиду нагружения давлением с помощью рабочей среды выполняет движение перемещения в свое выдвинутое положение - активное положение муфты 4, то он через наружное кольцо подшипника 4.3, которое это движение перемещения посредством тел качения подшипника передает дальше на внутреннее кольцо подшипника, перемещает сцепляющий элемент 4.2 аксиально на валу 3.1. Сцепляющий элемент 4.2, таким образом, аксиально перемещается также в выдвинутое положение относительно своего положения на валу 3.1 вентилятора. На стороне торца сцепляющий элемент 4.2 снабжен фрикционным покрытием 4.4, которое обращено к ротору 1 тормоза-замедлителя. В своем выдвинутом положении это фрикционное покрытие 4.4 входит во фрикционное замыкание с ротором 1, благодаря чему вращательное движение ротора 1 посредством фрикционного покрытия 4.4, сцепляющего элемента 4.2 передается на вал 3.1 вентилятора и, тем самым, на все колесо 3 вентилятора. В соответствии с этим колесо 3 вентилятора при замкнутом фрикционном сцеплении между колесом 3 вентилятора и ротором 1 вращается со скоростью ротора или приблизительно со скоростью ротора. Активное состояние муфты 4 достигнуто, и тормоз-замедлитель при работе в режиме торможения охлаждается с помощью воздушного потока, производимого колесом 3 вентилятора.
При переходе от работы в режиме торможения к работе в режиме без торможения давление в рабочей среде в месте присоединения канала 11 к рабочему пространству 5 снижается, благодаря чему нагружение давлением поршня 4.1 рабочей средой на стороне торца уменьшается. Поршень с помощью производимого, например, посредством пружины (не показана) или иным способом аксиального усилия, которое противодействует нагружению давлением с помощью рабочей среды, перемещается в свое вдвинутое положение, т.е. перемещается в неактивное положение муфты 4, на фиг.3 - в свое правое положение. При этом также возможно, чтобы противодействующее давление также производилось рабочей средой, которая отводится в соответствующем месте контура циркулирования рабочей среды, которое при переходе от работы в режиме торможения к работе в режиме без торможения имеет более высокое давление, чем место присоединения канала 11.
Ввиду аксиального перемещения, которое поршень 4.1 выполняет при переходе от работы в режиме торможения к работе в режиме без торможения, как легко понять, сцепляющий элемент 4.2 также перемещается в свое аксиально-сцепленное положение, т.е. при выполнении, представленном на фиг.3, он осуществляет аксиальное перемещение вправо. За счет этого движения сцепления сцепляющего элемента 4.2 при переходе муфты 4 из ее активного положения в неактивное положение фрикционное покрытие 4.4 выводится из зацепления с ротором 1, вследствие чего прекращается передача приводного усилия на вал 3.1 вентилятора. Таким образом, колесо 3 вентилятора входит в режим замедления и затем останавливается.
Для того чтобы этот процесс выключения воздушного охлаждения с помощью колеса 3 вентилятора замедлить, можно в области канала 11, т.е. между поршнем 4.1 и рабочим пространством 5, предусмотреть аккумулятор давления (не показан), который замедлит падение давления в рабочей среде, нагружающей поршень 4.1. За счет этого достигается то, что поршень 4.1 ввиду имеющегося более длительное время давления активирования с помощью рабочей среды лишь с замедлением переходит из своего выдвинутого положения во вдвинутое положение, и что он, таким образом, расцепляет приводное соединение между ротором 1 и вентилятором 3 лишь спустя заданное время после выключения тормоза-замедлителя. Таким образом, в течение некоторого промежутка времени имеется остаточный обдув тормоза-замедлителя воздушным потоком, производимым колесом 3 вентилятора.
Согласно особому варианту осуществления изобретения другие агрегаты с помощью соответствующей изобретению муфты 4 при переходе от работы в режиме без торможения к работе в режиме торможения могут автоматически сцепляться в приводном соединении с ротором 1 и при переходе от работы в режиме торможения к работе в режиме без торможения снова выходить из этого приводного соединения. Такими агрегатами могут быть, например, потребители, подключение которых желательно только в режиме торможения, или определенные вспомогательные приводы, которые должны работать исключительно в режиме торможения. Наконец, также измерительные устройства, например рабочее колесо устройства для измерения скорости, посредством муфты 4 в режиме торможения могут подключаться к ротору 1.
Соответствующее изобретению тормозное устройство имеет различные преимущества. Так, например, оно ввиду своей компактной конструкции, которая не требует никакого внешнего охлаждающего контура, также пригодно для малых транспортных средств, как, например, прицепов или небольших грузовых автомобилей. В частности, можно принять во внимание выполнение автомобиля, приспособленного для жилья, или жилого автоприцепа с соответствующим изобретению тормозным устройством, описанным здесь. Применение соответствующего изобретению тормозного устройства в таком жилом автомобиле или жилом автоприцепе позволяет эти транспортные средства, которые до настоящего времени из-за ситуации с расходами должны были обходиться без каких-либо износостойких тормозов длительного торможения, снабдить экономичными, износостойкими тормозами длительного торможения и, таким образом, разгрузить уже предусмотренные исполнительные тормоза и продлить срок службы последних.
Ввиду применения снабженного ребрами или лопатками колеса вентилятора производится дополнительное тормозное действие. До сих пор каждое дополнительное тормозное действие означало увеличение отводимого теплового потока из тормоза-замедлителя. Согласно настоящему изобретению, напротив, одновременно производится дополнительное тормозное действие, а тормоз- замедлитель активно охлаждается.
Наконец, в режиме работы без торможения не получается никаких или {получаются} лишь незначительные потери мощности, так как колесо вентилятора в режиме работы без торможения не работает. Одновременно осуществляется активирование колеса вентилятора при переходе от работы в режиме без торможения к работе в режиме торможения и деактивация его при переходе от работы в режиме торможения к работе в режиме без торможения без дополнительных затрат энергии полностью автоматически с помощью энергии, и без того имеющейся в системе.
1. Тормозное устройство, содержащее ротор (1) и статор(2);
ротор (1) и статор (2) расположены относительно друг друга таким образом, что рабочая среда может подаваться и подключаться так, что при работе в режиме торможения при поданной или подключенной рабочей среде тормозной момент передается от ротора (1) на статор (2);
отличающееся тем, что
предусмотрено колесо (3) вентилятора, которое посредством активирования и деактивирования муфты (4) выполнено с возможностью включаться в приводное соединение с ротором (1) и выключаться из него,
при этом
колесо (3) вентилятора выполнено и расположено таким образом, что оно во включенном приводном соединении с ротором (1) подает поток охлаждающего воздуха на тормозное устройство, причем
муфта (4) расположена и нагружается рабочей средой так, что подача или подключение и отвод или отключение рабочей среды автоматически активирует и деактивирует муфту (4).
2. Тормозное устройство по п.1, отличающееся тем, что представляет собой тормозное устройство, работающее на вихревых токах, рабочей средой является электрический ток и муфта (4) приводится в действие электромагнитным способом.
3. Тормозное устройство по п.1, отличающееся тем, что представляет собой гидродинамический тормоз-замедлитель с рабочим пространством (5), заполняемым рабочей средой и опорожняемым от рабочей среды, причем рабочая среда является жидкостью, в частности маслом, водой или смесью масла и воды, и при этом муфта (4) приводится в действие путем нагружения давлением с помощью рабочей среды.
4. Тормозное устройство по п.3, отличающееся тем, что муфта (4) включает в себя поршень (4.1), который находится в проводящем рабочую среду соединительном устройстве с рабочим пространством (5), так что поршень (4.1) при заполнении рабочего пространства (5) нагружается давлением посредством рабочей среды, причем поршень установлен с возможностью перемещения таким образом, что он при нагружении давлением рабочей средой, по меньшей мере, опосредованно создает механическое сцепление между колесом (3) вентилятора и ротором (1).
5. Тормозное устройство по п.4, отличающееся тем, что поршень (4.1) выполнен в виде кольцевого поршня, аксиальная центральная ось которого совпадает с осью вращения ротора (1).
6. Тормозное устройство по п.4 или 5, отличающееся тем, что колесо 3 вентилятора имеет вал (3.1) вентилятора, на котором без возможности проворота установлен выполненный с возможностью перемещения на этом валу сцепляющий элемент (4.2), который определяет часть муфты (4), причем поршень (4.1) установлен с возможностью перемещения в аксиальном направлении вала (3.1) вентилятора, при этом и поршень (4.1) и сцепляющий элемент (4.2) в аксиальном направлении жестко соединены друг с другом.
7. Тормозное устройство по п.6, отличающееся тем, что поршень (4.1) и сцепляющий элемент (4.2) с помощью упорного подшипника (4.3), в частности аксиального подшипника качения, соединены друг с другом.
8. Тормозное устройство по п.6, отличающееся тем, что вал (3.1) вентилятора выполнен в виде полого вала, который окружает вал (1.1) ротора.
9. Тормозное устройство по п.6, отличающееся тем, что сцепляющий элемент (4.2) расположен на валу (3.1) вентилятора в зубчатом зацеплении, обеспечивающем перемещение.
10. Тормозное устройство по п.6, отличающееся тем, что сцепляющий элемент (4.2) образован в форме кольца и на обращенной к ротору торцевой стороне снабжен фрикционным покрытием (4.4).
11. Тормозное устройство по п.6, отличающееся тем, что вал (3.1) вентилятора посредством, по меньшей мере, одного подшипника (6) опирается на статор (2) внутри него.
12. Тормозное устройство по п.1, отличающееся тем, что колесо (3) вентилятора расположено на торцевой стороне статора (2), аксиально противоположной ротору (1).
13. Тормозное устройство по п.3, отличающееся тем, что рабочая среда в работе в режиме торможения направляется через расположенный радиально снаружи рабочего пространства (5) кольцевой теплообменник (7), который нагружается охлаждающим воздухом с помощью колеса (3) вентилятора.
14. Тормозное устройство по п.4, отличающееся тем, что в проводящем рабочую среду соединительном устройстве между рабочим пространством (5) и муфтой (4) предусмотрен аккумулятор давления, который замедляет падение давления рабочей среды вследствие опорожнения рабочего пространства в области муфты (4).
15. Тормозное устройство по п.1, отличающееся тем, что предусмотрены другие агрегаты, как, например, измерительные устройства, приводы потребителей и/или вспомогательные приводы, которые при работе в режиме торможения автоматически подсоединяются к ротору (1) в приводном соединении.
