DE3106341A1

DE3106341A1 - Novel rotor-stator correspondence, for example in the case of a hydrodynamic brake, for generating heat by fluid friction

Info

Publication number: DE3106341A1
Application number: DE19813106341
Authority: DE
Inventors: Gerd 2963 Engerhafe Claassen; Hans 2963 Südbrookmerland Voullaire
Original assignee: IHNEN WILHELM
Current assignee: IHNEN WILHELM
Priority date: 1981-02-20
Filing date: 1981-02-20
Publication date: 1982-12-23

Abstract

Published without abstract.

Description

- NEUARTIGE ROTOR-STATOR-ENTSPRECHUNG, BEISPIELSWEISE BEI- NEW ROTOR-STATOR CORRESPONDENCE, FOR EXAMPLE AT

EINER HYDRODYNAMISCHEN BREMSE, ZUR ERZEUGUNG VON WÄRME DURCH FLÜSSIGKEITSREIBUNG -Die Erfindung betrifft eine Rotor-Stator-Entsprechung, beispielsweise bei einer hydrodynamischen Bremse, durch Windenergie betrieben, die durch konstruktive und hydrodynamische Maßnahmen eine erhebliche Steigerung und Nutzung der bisher bekannten und hierbei als lästiges Nebenprodukt gewerteten Närmeenergie zum Ziele hat. A HYDRODYNAMIC BRAKE, FOR GENERATING HEAT THROUGH FLUID FRICTION -The invention relates to a rotor-stator correspondence, for example in a hydrodynamic brake, powered by wind energy generated by constructive and hydrodynamic measures a considerable increase and use of the previously known and has as its goal the nuisance energy seen as an annoying by-product.

Die Erfindung betrifft ferner einen auch in Achsrichtung beweglich angeordneten Rotor, der bei extrem hohen Drehzahlen und entsprechend ansteigendem Druck in der lLage ist, sich begrenzt zu heben zum Schutz gegen Überdruck und Überhitzung.The invention also relates to a device that is also movable in the axial direction arranged rotor, which at extremely high speeds and correspondingly increasing Pressure is able to rise to a limited extent to protect against overpressure and overheating.

Der Rotor findet im Stator eine Entsprechung, die ein Höchstmaß an gesteuerter Verwirbelung des flüssigen Bremsmediums, vorzugsweise leichtes Öl, aufbaut und diese fortlaufend zur Erzeugung von Flüssigkeitsreibung wieder zerschlä£t.The rotor finds an equivalent in the stator, which is a maximum of controlled turbulence of the liquid braking medium, preferably light oil, builds up and this continuously shattered again to generate fluid friction.

Durch konstruktive und hydrodynamische @ Maßnahmen wird zwischen Einlauf- und Auslaufstutzen für das flüssige Bremsmedium ein Druckgefälle erzeugt, das sich bei zunehmenden Drehzahlen und entsprechend ansteigender Erwärmung erhöht und die latent vorhandene Pumpwirkung zum Schutze des ganzen Systems entsprechend steigert.Constructive and hydrodynamic @ measures ensure that the inlet and outlet nozzle for the liquid brake medium generates a pressure gradient that increases increases with increasing speeds and correspondingly increasing warming and the latently existing pumping action to protect the entire system increases accordingly.

Um die durch Flüssigkeitsreibung in dem Gehäuse der bei spielsweise hydrodynamischen bremse erzeugte Wärmeenergie möglichst verlustarm weiterzuleiten, kann der mantel der bremse an seiner Außenseite ebenfalls mit Lamellen versehen werden zum Zwecke der Oberflächenvergrößerung.To the by fluid friction in the housing of the example transfer the thermal energy generated by the hydrodynamic brake with as little loss as possible, the outside of the brake casing can also be provided with lamellas are for the purpose of surface enlargement.

Das Bremsgehäuse ist seinerseits von einer wasserführenden Ummantelung umgeben, von der aus die Wärmeenergie an die gewünschten Stellen weitergeleitet wird.The brake housing is in turn covered by a water-bearing casing from which the heat energy is passed on to the desired locations will.

In Zeiten hohen Windenergieanfalls ist Wärmeenergiespeicherung durch die Aufheizung weiterer Warmwasserspeicher mittels eines verlängerten Rohrsystems des in Umlauf befindlichen flüssigen Bremsmediums durch elektronische Regelung oder mechanische Umschaltung möglich.In times of high wind energy accumulation, thermal energy storage is through the heating of further hot water tanks by means of an extended pipe system of the liquid brake medium in circulation by electronic control or mechanical switchover possible.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Direktumwatidlung der Windenerbie in Wärme mittels einer hydrodynamischen Bremse durch eine erfindungsgemäße Umgestaltung der Entsprechung von Rotor und Stator auf ein mit den bisher bekannten Konstruktionen noch nicht erreichtes Niveau zu heben, was die Erzeugung von Wärme durch dindenergie anlangt.The object of the present invention is the direct wrapping the Windenerbie in heat by means of a hydrodynamic brake by an inventive Redesign of the correspondence of the rotor and stator to one with the previously known Constructions not yet reached level raise, causing the generation of heat by dindenergie arrives.

Die dringende Notwendickeit zur Einsparung von fossilen Energieträgern verweist darauf, die unerschöpfliche Energiequelle der Natur, die Sonne, für z.B. Wärmegewinnung und rEarmwasserbereitung nutzbar zu machen.The urgent need to save fossil fuels refers to the inexhaustible source of energy in nature, the sun, for e.g. To make heat recovery and hot water preparation usable.

Dazu kann auch die Wind-energie als indirekte Form der Sonnenenergie in geeigneten Gegenden einen Beitrag leisten.Wind energy can also be used as an indirect form of solar energy make a contribution in suitable areas.

Der gewählte Weg der Direktumwandlung der Windenergie über eine hydrodynamische Bremse in Wärmeenergie mit der erfindungsgemaßen Verbesserung der Rotor-Stator-Entsprechung kann auf folgende Vorteile verweisen: 1. Die Effektivität einer Direktumwandlung wird in jedem Pall einer Mehrfachumwandlung überlegen sein.The chosen route of direct conversion of wind energy via a hydrodynamic one Brake in thermal energy with the inventive improvement of the rotor-stator correspondence can point to the following advantages: 1. The effectiveness of a direct conversion will be superior to multiple conversions in every Pall.

2. Die Bedarfskurve für Niedertemperaturwärme entspricht in etwa dem jahreszeitlich schwankenden Windenergieangebot.2. The demand curve for low-temperature heat roughly corresponds to that Seasonally fluctuating wind energy supply.

3. Bei unterschiedlichen Windstärken wird der entsprechende Wärmeverlust an Häusern durch ein entsprechendes Wärmeangebot aus der Windenergie ausgeÒlichen.3. With different wind strengths, the corresponding heat loss on houses by a corresponding heat supply from the wind energy.

4. Einfache Speichermöglichkeit durch gut isolierte Warmwasserbehälter.4. Simple storage option thanks to well-insulated hot water tanks.

5. Durch die Über einst inimung der iÇennlinien von Windrad und Bremse bleibt das Windrad immer im optimalen Wirkungsgrad.5. By matching the characteristics of the wind turbine and brake the wind turbine always remains at the optimum level of efficiency.

6. Hydrodynamische Bremsen können technisch sehr einfach aufgebaut werden und sind verschleißarm.6. Hydrodynamic brakes can be constructed very simply from a technical point of view are and are low-wear.

7. Windenergie ist in bestimiften Gegenden und zu bestimmten Zeiten, meist analog dem bedarf, in großen Mengen verfügbar und sollte deshalb als Alternativenergie in verstärktem Maße genutzt werden.7. Wind energy is available in certain areas and at certain times, mostly in line with demand, available in large quantities and should therefore be used as alternative energy are used to a greater extent.

Bekannt sind hydrodynamische Bremsen seit Mitte des letzten Jahrhunderts. Der englische Schiffbauer William Froude hat 1879 die erste hydrodynamische Bremse zur Erprobung von Schiffsmaschinen gebaut.Hydrodynamic brakes have been known since the middle of the last century. The English shipbuilder William Froude developed the first hydrodynamic brake in 1879 built for testing ship engines.

Hierbei befand sich in einem flüssigkeitsgefüllten Gehäuse ein Rotor, der von der zu untersuchenden Maschine angetrieben wird.Here there was a rotor in a liquid-filled housing, which is driven by the machine to be examined.

Über Flüssigkeitsreibung wird die mechanische Leistung der Antriebsmaschine in Wärme umgewandelt, die von der Flüssigkeit abgeführt wird.The mechanical power of the prime mover is generated via fluid friction converted into heat, which is carried away by the liquid.

Hydrodynamische Bremsen werden auch als Strömungsbremse, Turbobremse oder Wasserwirbelbremse ( bei Wasser als Arbeitsmedium ) bezeichnet.Hydrodynamic brakes are also called flow brakes, turbo brakes or water vortex brake (when water is used as the working medium).

Von den beiden größten Herstellern hydrodynamischer Bremsen in der Bundesrepublik Schenk AG und Zöllner & Co.From the two largest manufacturers of hydrodynamic brakes in the Federal Republic of Schenk AG and Zöllner & Co.

werden sie als §' hydraulische Ileistungsbremsen " bezeichnet, um den Einsatz auf Motorenprüfständen zur Beistungsmessung deutlich zu machen.they are referred to as § 'hydraulic power brakes "to to make the use on engine test stands for performance measurement clear.

Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Verwendung als Bremsen für Schienen- und schwere Straßenfahrzeuge mit dem Vorteil gegenüber mechanischen Bremsen von verschleißfreier Energieumwandlung, stabilem Bremsverhalten ohne Blockierungsgefahr und geringer Geräuschbelästigung.Another area of application is the use as brakes for rail and heavy road vehicles with the advantage over mechanical brakes from Wear-free energy conversion, stable braking behavior without the risk of blocking and low noise nuisance.

Wurden hydrodynamische Bremsen bisher vorwiegend auf Prüfständen zum Messen von Kraftmaschinen hoher leistung verwendet und in zunehmendem Maße auch als Bremsen für Schienen-und schwere Straßenfahrzeuge eingesetzt, bei denen die anfallende Erwärmung meist als störendes Nebenprodukt angesehen wurde, so ist erfindunsgemäß die Aufgabe in diesem Pall eine ganz andere: Die bisher unbeabsichtigte Erzeugung von Wärmeenergie des Bremsmediums durch unkontrollierte Verwirbelung desselben wird hier ( erfindungsgemäß ) zur Hauptzielsetzung.So far, hydrodynamic brakes have mainly been used on test stands Measuring of high power prime movers is used and increasingly also used as brakes for rail and heavy road vehicles where the Accruing warming was mostly viewed as a disruptive by-product, so is according to the invention the task in this pall is quite different: the unintentional generation of thermal energy of the braking medium due to uncontrolled turbulence of the same here (according to the invention) the main objective.

Die erfindungsgemäße Umgestaltung der Rotor-Stator-Entsprechung hat zwn Ziel einerseits, den Aufbau von Wirbeln und deren anschließende kontinuierliche Zerschlagung auf ein höchstmögliches Maß zu steigern, andererseits diesen Vorgang unter Kontrolle zu halten und gleichzeitig die Fumpwirkung zu erhöhen. Damit soll sichergestellt werden, daß das erfindungsgemäß schneller erwärmte Bremsmedium schneller umgewälzt werden kann, ohne daß hierzu, wie bisher oft üblich, eine elektrisch betriebene Umwälzpumpe eingesetzt werden muß.The redesign of the rotor-stator correspondence according to the invention has Zwn aim on the one hand, the build-up of vortices and their subsequent continuous To increase the breaking up to the highest possible level, on the other hand, this process to keep it under control and at the same time to increase the fumping effect. So that should ensure that the braking medium heated faster according to the invention faster can be circulated without this, as has often been the case up to now, an electrically operated Circulation pump must be used.

In Zeiten wachsender Energieverknappung ist es ein volkswirtschaftliches Anliegen, die vorhandenen Naturkräfte mit g e r i n g- s t m ö g 1 i c h e m Aufwand, möglichst d i r e k t und so effektiv wie möglich in eine dem Menschen nützliche Energieform umzuwandeln.In times of growing energy shortages, it is an economic one Concern, the existing natural forces with little effort, as direct as possible and as effectively as possible in a way that is useful to humans Convert form of energy.

Erfindungsgemäß erreichen wir diese Aufgabe dadurch, daß wir zunächst ( wie in der Abb. (1) dargestellt ) den lamellen von Rotor und Stator eine aerodynamische Porm verleihen, die die Bildung von Wirbeln in höchstem Maße fördert, dann aber durch das Weiterlaufen des Rotors die Wirbel zerschlägt und sie in entgegengesetzt wirkende kleine Wirbel umwandelt, um dann den Vorgang zu wiederholen, usw.According to the invention we achieve this object by first (as shown in Fig. (1)) the blades of the rotor and stator are aerodynamic Give porm, which promotes the formation of eddies to the highest degree, but then by continuing to run the rotor the vortex breaks up and them in opposite directions acting small vortices to then repeat the process, etc.

Durch die Schrägstellung der äußeren Statorlamellen in einem genau errechneten Winkel zur Achsrichtung wird ein bestimmter Strömunsverlauf in der gewünschten Richtung erzielt und somit der Transport des kediums gewährleistet.Due to the inclination of the outer stator lamellas in one exactly calculated angle to the axial direction is a certain flow course in the desired Direction achieved and thus the transport of the medium guaranteed.

Durch eine Regulierung des Querschnittes der Plüssigkeitssäule des Bremsmediums kann die Wärmeerzeugung pro Zeiteinheit erhöht oder verzögert werden.By regulating the cross section of the liquid column of the Braking medium, the heat generation per unit of time can be increased or delayed.

Durch die Schrägstellung der äußeren Statorlamellen eenüber den entsprechenden lamellenbereichen des Rotors an seinem äußeren Radius in einem genau berechneten Winkel wird eine sich ständig nach außen hin fortsetzende Wellenbewegung erzeugt, die ihrerseits eine Dynamik erzeugt, die wiederum die Strömungstendenz in eine bestimmte gewünschte Richtung verstärkt.Due to the inclination of the outer stator lamellae over the corresponding lamella areas of the rotor on its outer radius in a precisely calculated Angle, a wave movement that is constantly continuing outwards is generated, which in turn creates a dynamic, which in turn transforms the flow tendency into a certain one desired direction reinforced.

Da der Abstand der äußeren Lamellenbereiche von Rotor zu Stator sich durch die genau festgelegte Schrägstellung der äußeren Statorlamellen fortlaufend mit der Drehbewegung des Rotors verändert, erfährt auch die Rotation des Bremsmediums eine fortlaufende Verkleinerung der Wirbel bis zum jeweiligen Abreißen der Strömung, der neuerlichen Entstehung großer Wirbel und deren erneute kontinuierliche Verkleinerung und so fort.Because the distance between the outer lamellar areas from rotor to stator is increased due to the precisely defined inclination of the outer stator lamellas changed with the rotation of the rotor, the rotation of the braking medium also experiences a continuous reduction in size of the eddies until the flow breaks off, the new formation of large eddies and their renewed continuous reduction in size and so on.

Durch diese erfindungsgemäße Anordnung der Rotor-Stator-Entsprechung wird ein Höchstmaß an Verwirbelung und somit Reibung des Bremsmediums erzeugt zugunsten einer schnelleren Umwandlung von Windkraft in nutzbare Wärme. Hierdurch ist bereits bei geringeren Windgeschwindigkeiten mit einer nutzbaren Wärmeleistung zu rechnen.This arrangement according to the invention of the rotor-stator correspondence A maximum of turbulence and thus friction of the braking medium is generated in favor of the brake medium a faster conversion of wind power into usable heat. This is already A usable heat output can be expected at lower wind speeds.

Auf der anderen Seite wird durch diese erfindungsgemäße Rotor-Stator-Entsprechung auch die bremswirkung erhöht, was zu einer Verbesserung der bisher üblichen hydrodyramischen Bremsen führen wird.On the other hand, this rotor-stator correspondence according to the invention the braking effect is also increased, which leads to an improvement in the previously common hydrodynamic Braking will result.

Ferner wird durch die o.a. Maßnahme ein zu einseitig hartes Arbeiten in ruckartiger Form vermieden, weil in diesem Fall der Aufbau von kontrollierter Verwirbelung und deren Zerschlagung durch die bestimmte Schrägstellung der Außenlamellen zur Rotorachse ständig wellenförmig über den gesamten Wirkungsbereich verteilt wird und somit bereits bei geringer Antriebsenergie nutzbare Wärmeenergie erzielt werden kanne Zur wirtschaftlichen Erzeugung der Bauteile wie Rotor Stator-Gehäuse usw. bieten sich beispielsweise Gußverfahren mit geeigneten Metailegierungen von hoher Festigkeit und günstigen Wärmeleitwerten an, sowie Spritzgußverfahren unter Verwendung beispielsweise geeigneter Kunststoffe.Furthermore, the above measure makes working too hard on one side avoided in jerky form, because in this case the build-up of controlled Turbulence and its disintegration by the specific inclination of the outer lamellas to the rotor axis constantly undulating over the entire area of action is distributed and thus usable thermal energy even with low drive energy Can be achieved for the economical production of components such as rotor stator housing etc., for example, casting processes with suitable metal alloys from high strength and favorable thermal conductivity values, as well as injection molding processes under Use of suitable plastics, for example.

Durch den Einsatz solcher Fertigungsverfahren kann auf die hydrodynamischen und strömungstechnischen Anforderungen in hohem 'maße Rücksicht genommen werden, wie z.B. auf die Anformung der Außenlamellen an der Sehäuseaußenwand in einem Arbeitsgang ( siehe Abb. ( 3 ) )By using such manufacturing processes, the hydrodynamic and fluidic requirements are taken into account to a high degree, such as the molding of the outer lamellas on the outer wall of the housing in one operation (see Fig. (3))

Claims

P atent claims Novel rotor-stator correspondence, for example in a hydrodynamic brake, characterized in that by hydrodynamic Lamella design a high degree of turbulence of the liquid brake medium and thus a direct conversion of, for example, wind energy into thermal energy increased fluid friction can be achieved.

2. Novel rotor-stator correspondence, characterized according to claim 1, that also lamellae, opposite the outer trajectory of the rotor, on the inner wall of the Housing cylinder are arranged.

3. Novel rotor-stator correspondence, for example in a hydrodynamic one Brake according to claim 1 and 2, characterized in that the lamellae of the stator, which correspond to those of the rotor, at a very specific angle to the axis of the Rotor are arranged to by this measure the flow of the braking medium within of the system to amplify in a desired direction and at the same time an undulating one To achieve continuity between vortex build-up and its breaking up.

4. Novel rotor-stator correspondence, for example in a hydrodynamic one Brake according to Claims 1, 2 and 9, characterized in that the lamellae of the stator and the rotor are designed hydrodynamically so that an optimal vortex development can be built up before they are broken up.

5. New rotor-stator correspondence, for example in a hydrodynamic one Brake according to Claims 1, 2, 3 and 4, characterized in that the rotor and stator are constructed in a conical shape, for example, and the rotor is limited on its shaft Is slidably arranged to adjust the distance between the lamella back to enable rotor and stator. In the case of a vertical arrangement, for example the rotor axis could have an automatic pressure equalization at different speeds can be achieved, for example, by the weight of the rotor, which makes maintenance and supervision-free automatic control would be coming soon.

6. New rotor-stator correspondence, for example in a hydrodynamic one Brake according to Claims 1, 2, 7, 4 and 5, characterized in that on the outer jacket of the brake housing, lamellae are also arranged to the required extent, which ensure a better heat flow from the braking medium to the heat accumulator and prevent destruction of the brake housing due to short-term overheating.

7. New rotor-stator correspondence, for example in a hydrodynamic one Brake according to Claim 1, 2, 3, 4, 5 and 6, characterized in that the brake housing and the outer water-bearing casing form a unit.