DE102006013003B3

DE102006013003B3 - Hydrodynamische Baugruppe mit einem Retarder und einer hydrodynamischen Kupplung

Info

Publication number: DE102006013003B3
Application number: DE102006013003A
Authority: DE
Inventors: Markus Dr. Kley
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 2006-03-22
Filing date: 2006-03-22
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2026-03-23
Also published as: WO2007107314A1; US20090301074A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Baugruppe - mit einem hydrodynamischen Retarder, umfassend einen Rotor und einen Stator; - mit einer hydrodynamischen Kupplung, umfassend ein Primärrad und ein Sekundärrad; - der Rotor und der Stator des Retarders sowie das Primärrad und das Sekundärrad der Kupplung bilden jeweils miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum aus; - der Rotor des Retarders und das Sekundärrad der Kupplung sind drehstarr aneinander, in Axialrichtung hintereinander in einer Back-to-Back-Anordnung angeschlossen; - das Primärrad steht in einer Triebverbindung mit einer ersten Eingangswelle; - der Rotor und das Sekundärrad stehen in einer Triebverbindung mit einer zweiten Eingangswelle. Die erfindungsgemäße hydrodynamische Baugruppe ist dadurch gekennzeichnet, dass - der Rotor und das Sekundärrad in Axialrichtung gemeinsam verschiebbar sind zwischen einer ersten Position, in welcher das Sekundärrad dem Primärrad mit einem minimalen axialen Abstand gegenüber steht und der Rotor dem Stator mit einem maximalen axialen Abstand gegenübersteht, und einer zweiten Position, in welcher das Sekundärrad dem Primärrad mit einem maximalen axialen Abstand gegenübersteht, und der Rotor dem Stator mit einem minimalen axialen Abstand gegenüber steht.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Baugruppe, welche einen hydrodynamischen Retarder und eine hydrodynamische Kupplung umfasst. Solch eine Baugruppe wird beispielsweise in einem Turbo-Compound-System mit Retarder, auch Turbo-Compound-Retarder-System (TCR-System) verwendet. Gemäß einer Ausführung betrifft die Erfindung ein solches TCR-System.

Ein Turbo-Compound-System (TC-System) wird in dem Antriebsstrang insbesondere eines Kraftfahrzeugs verwendet, um zumindest einen Teil der Abgasenergie eines Verbrennungsmotors zum Antrieb der Kurbelwelle, die durch den Verbrennungsmotor angetrieben wird, zu nutzen. Hierzu wird das auf einer Turbinenwelle angeordnete Turbinenrad der Abgasnutzturbine, welche in den Abgasstrom des Verbrennungsmotors geschaltet ist, durch den Abgasstrom in eine Rotation versetzt und überträgt Drehmoment beziehungsweise Drehleistung auf eine Eingangswelle einer hydrodynamischen Kupplung. Dieser Betriebszustand wird als Abgasnutzturbinenbetrieb bezeichnet und liegt immer dann vor, wenn genug Leistung im Abgasstrom des Verbrennungsmotors enthalten ist.

Die Eingangswelle der hydrodynamischen Kupplung treibt ein Primärrad an, welches mit einem Sekundärrad den torusförmigen Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung ausbildet. Über einen hydrodynamischen Kreislauf im mit Arbeitsmedium gefüllten Arbeitsraum wird Drehleistung von dem Primärrad auf das Sekundärrad übertragen. Diese Drehleistung wird vom Sekundärrad zumindest mittelbar auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors übertragen.

In einem Turbo-Compound-Retarder-System ist zusätzlich ein hydrodynamischer Retarder vorgesehen, welcher im Bremsbetrieb die Kurbelwelle hydrodynamisch und damit verschleißfrei abbremst. Hierzu wird der Arbeitsraum des Retarders mit Arbeitsmedium befüllt und von einem Rotor des Retarders, der mit der Kurbelwelle in einer Triebverbindung steht, Drehmoment auf den ortsfesten Stator übertragen, was ein Bremsmoment auf die Kurbelwelle ausübt.

In der 1 ist ein solches Turbo-Compound-Retarder-System gemäß des Standes der Technik gezeigt. Wie man sieht, sind der Rotor 1.1 des hydrodynamischen Retarders 1 und das Sekundärrad 2.2 der hydrodynamischen Kupplung 2 auf einer gemeinsamen Welle in einer sogenannten Back-to-Back-Anordnung angeordnet. Die gemeinsame Welle, vorliegend als zweite Eingangswelle 4 bezeichnet, steht in einer Triebverbindung mit der Kurbelwelle (KW). Im Bremsbetrieb wird über die zweite Eingangswelle 4 Drehmoment von der Kurbelwelle auf den Rotor 1.1 übertragen und über den Stator 1.2 „abgeleitet".

Gegenüberstehend zu dem Sekundärrad 2.2 der hydrodynamischen Kupplung 2 ist das Primärrad 2.1 der hydrodynamischen Kupplung 2 auf einer ersten Eingangswelle 3 angeordnet. Die erste Eingangswelle 3 steht in einer Triebverbindung mit der Abgasnutzturbine (ANT) beziehungsweise der Turbinenwelle (nicht gezeigt) der Abgasnutzturbine (nicht gezeigt). Im Abgasnutzturbinenbetrieb wird über die erste Eingangswelle 3 Drehmoment auf das Primärrad 2.1 der hydrodynamischen Kupplung 2 übertragen. Dieses Drehmoment beziehungsweise die zugehörige Drehleistung wird über die hydrodynamische Kreislaufströmung im Arbeitsraum 2.3 der hydrodynamischen Kupplung 2 auf das Sekundärrad 2.2 und weiter über die zweite Eingangswelle 4, die in diesem Betriebszustand als Ausgangswelle arbeitet, auf die Kurbelwelle übertragen.

Im Bremsbetrieb ist ausschließlich der Arbeitsraum 1.3 des hydrodynamischen Retarders mit Arbeitsmedium, beispielsweise Öl, Wasser oder einem Gemisch, befüllt. Im Abgasnutzturbinenbetrieb ist ausschließlich der Arbeitsraum 2.3 der hydrodynamischen Kupplung mit einem entsprechenden Arbeitsmedium gefüllt. Der jeweils andere Arbeitsraum ist entleert, entweder vollständig oder bis auf eine vorgegebene Restarbeitsmediummenge.

Bei der in der 1 gezeigten Ausführung einer hydrodynamischen Baugruppe gemäß des Standes der Technik ist als nachteilig anzusehen, dass auch im Abgasnutzturbinenbetrieb, in welchem möglichst viel Leistung aus dem Abgas auf die Kurbelwelle übertragen werden soll, um den Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors zu mindern, der Retarder aufgrund der gegenüberstehenden Anordnung des Rotors 1.1 und des Stators 1.2 ein gewisses Bremsmoment erzeugt, welches sich als Verlustleistung auf den Antriebsstrang auswirkt. Ferner ist als nachteilig anzusehen, dass im Bremsbetrieb Zustände auftreten können, in welchen Drehmoment von der Abgasnutzturbine über die hydrodynamische Kupplung auf den Rotor 1.1 des hydrodynamischen Retarders 1 übertragen wird, was die auf die Kurbelwelle übertragene Bremsleistung des Retarders 1 mindert.

Ein Turbo-Compound-System mit einer hydrodynamischen Baugruppe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist ferner in der WO 02/070877 A1 gezeigt. Auch bei dieser Baugruppe sind zwei torusförmige Arbeitsräume durch eine Back-to-Back-Anordnung ausgeführt, nämlich ein erster Arbeitsraum eines hydrodynamischen Retarders und ein zweiter Arbeitsraum einer hydrodynamischen Kupplung.

Zu weiteren Bauformen von Kombinationen von hydrodynamischen Kupplungen und Bremsen wird auf die folgenden Dokumente verwiesen:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrodynamische Baugruppe der eingangs beschriebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass zumindest der erste beschriebene Nachteil oder vorteilhaft beide beschriebenen Nachteile überwunden werden.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine hydrodynamische Baugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und als alternative Ausgestaltung durch eine hydrodynamische Baugruppe gemäß Anspruch 7 gelöst. Ferner beschreibt Anspruch 10 ein erfindungsgemäßes Turbo-Compound-Retarder-System, welches eine erfindungsgemäße hydrodynamische Baugruppe umfasst.

Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung.

Gemäß der ersten erfindungsgemäßen Ausführung weist die hydrodynamische Baugruppe, entsprechend der zum Stand der Technik dargestellten und in der 1 gezeigten hydrodynamischen Baugruppe, einen hydrodynamischen Retarder, eine hydrodynamische Kupplung sowie eine erste Eingangswelle und eine zweite Eingangswelle auf. Der Retarder weist einen Rotor und einen Stator auf, welche miteinander einen beschaufelten torusförmigen Arbeitsraum ausbilden. Entsprechend weist die hydrodynamische Kupplung ein beschaufeltes Primärrad und ein beschaufeltes Sekundärrad auf, welche miteinander ebenfalls einen torusförmigen Arbeitsraum ausbilden. Beide Arbeitsräume sind mit Arbeitsmedium befüll- und entleerbar. Als Arbeitsmedium kommt Öl, Wasser oder ein Gemisch, insbesondere mit einem oder beiden der genannten Stoffe, in Betracht. Der Rotor des Retarders und das Sekundärrad der hydrodynamischen Kupplung sind drehstarr aneinander, in Axialrichtung hintereinander und in einer Back-to-Back-Anordnung angeschlossen.

Erfindungsgemäß und abweichend gegenüber der in der 1 dargestellten hydrodynamischen Baugruppe sind jedoch der Rotor des Retarders und das Sekundärrad der hydrodynamischen Kupplung gemeinsam in der Axialrichtung der hydrodynamischen Baugruppe, das heißt in Richtung der Drehachse von Rotor und den Schaufelrädern der hydrodynamischen Kupplung, verschiebbar. Dabei sind der Rotor und das Sekundärrad zwischen einer ersten Position verschiebbar, in welcher das Sekundärrad dem Primärrad der hydrodynamischen Kupplung mit einem minimalen axialen Abstand gegenübersteht und der Rotor dem Stator des hydrodynamischen Retarders mit einem maximalen axialen Abstand gegenübersteht, und einer zweiten Position, in welcher das Sekundärrad dem Primärrad der hydrodynamischen Kupplung mit einem maximalen Abstand gegenübersteht und der Rotor dem Stator des hydrodynamischen Retarders mit einem minimalen axialen Abstand gegenübersteht. Unter minimalem axialen Abstand ist dabei zu verstehen, dass sich die entsprechenden beiden, den Arbeitsraum ausbildenden Schaufelräder derart nahe sind, dass die gewünschte hydrodynamische Kreislaufströmung im Arbeitsraum erzeugt wird. Unter maximalem Abstand ist zu verstehen, dass die beiden entsprechenden Schaufelräder derart entfernt voneinander angeordnet sind, dass keine oder nur eine definierte geringe maximale Leistung von einem Schaufelrad auf das andere übertragen wird.

Gemäß der zweiten erfindungsgemäßen Ausgestaltung weist die hydrodynamische Baugruppe anstelle des gemeinsam in Axialrichtung verschiebbaren Rotors des Retarders und Sekundärrads der Kupplung einen in Axialrichtung verschiebbaren Stator des Retarders auf. Der Rotor und das Sekundärrad sind dabei in Axialrichtung ortsfest gehalten, so dass sich Primärrad und Sekundärrad der hydrodynamischen Kupplung in jedem Betriebszustand „nahe" stehen beziehungsweise mit einem vorgegebenen Abstand zueinander angeordnet sind, in welchem sich bei befülltem Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung eine Kreislaufströmung zur Drehmomentübertragung im Arbeitsraum ausbildet.

Gemäß der zweiten erfindungsgemäßen Ausführung ist der Stator des Retarders aus einer ersten Position, in welcher der Stator entfernt vom Rotor beziehungsweise mit einem maximalen axialen Abstand vom Rotor angeordnet ist, in eine zweite Position, in welcher der Stator dem Rotor des Retarders nahe steht, das heißt mit einem minimalen axialen Abstand gegenüber dem Rotor angeordnet ist, so dass sich bei befülltem Arbeitsraum des Retarders eine hydrodynamische Kreislaufstörung zur Übertragung von Bremsmoment ausbildet, verschiebbar.

Gemäß beider erfindungsgemäßer Ausführungen ist vorteilhaft eine Steuervorrichtung vorgesehen, welche die Befüllung und Entleerung der beiden Arbeitsräume mit Arbeitsmedium steuert. Die Steuervorrichtung ist insbesondere derart ausgebildet, dass stets genau ein Arbeitsraum mit Arbeitsmedium befüllt ist, während der andere Arbeitsraum vollständig oder weitgehend, das heißt bis auf eine vorgegebene Restarbeitsmediummenge, entleert ist. Im Abgasnutzturbinenbetrieb ist dabei der Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung befüllt, und im Bremsbetrieb ist der Arbeitsraum des hydrodynamischen Retarders befüllt. Alternativ kann die Steuervorrichtung auch ein Befüllen und Entleeren des Retarders steuern, wobei der Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung stets befüllt bleibt, insbesondere durch Steuerung durch die Steuervorrichtung. Unter stets befüllt ist dabei auch ein variierender Füllungsgrad des Arbeitsraums zu verstehen, das heißt Betriebszustände, in welchen der Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung mehr oder minder befüllt ist.

Die Befüllung beziehungsweise Entleerung der Arbeitsräume erfolgt dabei vorteilhaft in Abhängigkeit des Leistungsverhältnisses zwischen den beiden Eingangswellen der hydrodynamischen Baugruppe. Im Abgasnutzturbinenbetrieb, in welchem die an der ersten Eingangswelle anstehenden Antriebsleistung von der Abgasnutzturbine größer als die Antriebsleistung der zweiten Eingangswelle, welche mit der Kurbelwelle verbunden ist, ist, soll eine Leistungsübertragung von der Antriebsnutzturbine auf die Kurbelwelle erfolgen. Dementsprechend ist in diesem Betriebszustand der Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung mit Arbeitsmedium befüllt und das Primärrad und das Sekundärrad der hydrodynamischen Kupplung stehen sich mit einem minimalen axialen Abstand gegenüber. Im Bremsbetrieb hingegen steht eine vergleichsweise kleine oder gar keine Antriebsleistung der Abgasnutzturbine an der ersten Eingangswelle an, während die zweite Eingangswelle weiterhin mit einer hierzu im Vergleich größeren Antriebsleistung durch die Kurbelwelle angetrieben wird. Dementsprechend werden der Rotor und der Stator des Retarders in den minimalen axialen Abstand zueinander versetzt und der Arbeitsraum des Retarders mit Arbeitsmedium befüllt, so dass Drehmoment von der Kurbelwelle in Form von Bremsmoment abgeführt wird.

Gemäß der ersten Ausführung der erfindungsgemäßen hydrodynamischen Baugruppe werden der Rotor des Retarders und das Sekundärrad der Kupplung vorteilhaft gemeinsam, insbesondere mittels einer innen mit Gewinde versehenen Hohlwelle, auf der zweiten Eingangswelle in einem Gewindeeingriff begrenzt verdrehbar auf der zweiten Eingangswelle getragen. Beispielsweise kann die zweite Eingangswelle ein Außengewinde aufweisen, welches im Eingriff mit dem Innengewinde des Rotors und des Sekundärrads steht. Mittels diesem Gewindeeingriff sind der Rotor und das Sekundärrad zwischen der ersten axialen Position und der zweiten axialen Position drehverschiebbar auf der zweiten Eingangswelle angeordnet. Die Richtung des Gewindes, welches entweder als Rechtsgewinde oder als Linksgewinde ausgeführt sein kann, ist vorteilhaft derart gewählt, dass sich die axiale Position von Rotor und Sekundärrad automatisch in Abhängigkeit der Leistungsverhältnisse an der ersten Eingangswelle und der zweiten Eingangswelle beziehungsweise in Abhängigkeit des Drehleistungsverhältnisses zwischen der ersten Eingangswelle und der zweiten Eingangswelle einstellt. Sofern an der ersten Eingangswelle, welche der Abgasnutzturbine nahe ist beziehungsweise in einer Triebverbindung mit der Abgasnutzturbine steht, eine größere Drehleistung ansteht als an der zweiten Eingangswelle, welche der Kurbelwelle nahe ist beziehungsweise mit der Kurbelwelle in einer Triebverbindung steht, fährt der Rotor und das Sekundärrad in die erste Position, in welcher das Sekundärrad dem Primärrad der hydrodynamischen Kupplung nahe ist. Sofern auf der zweiten Eingangswelle eine größere Drehleistung anliegt als auf der ersten Eingangswelle, fährt der Rotor und das Sekundärrad in die zweite axiale Position, in welcher der Rotor dem Stator nahe ist. Dies kann dadurch erreicht werden, dass betrachtet vom Primärrad der Kupplung in Richtung des Stators des Retarders das Gewinde entgegengesetzt der Antriebsnutzung der Eingangswellen eindrehend ausgeführt ist.

Gemäß einer Weiterentwicklung der ersten erfindungsgemäßen Ausführung ist zusätzlich eine Stellvorrichtung vorgesehen, mittels welcher das Sekundärrad der hydrodynamischen Kupplung und damit gleichzeitig der Rotor des Retarders in eine gegenüber dem Primärrad der hydrodynamischen Kupplung entfernte Position gezwungen werden kann, und zwar auch dann, wenn an der ersten Eingangswelle eine vergleichsweise große beziehungsweise eine einen vorgegebenen Grenzwert überschreitende Drehleistung anliegt, die insbesondere größer als die an der zweiten Eingangswelle anliegende Drehleistung sein kann. Eine solche von außen vorgegebene gezwungene Entfernung des Sekundärrads vom Primärrad, beispielsweise durch Eingabe eines Stellbefehls in die Stellvorrichtung, ist dann günstig, wenn im Bremsbetrieb Betriebszustände vorliegen, in welchen „normalerweise", das heißt bei Anordnung des Primärrades und des Sekundärrades mit einem minimalen axialen Zustand zueinander, Antriebsleistung von der Abgasnutzturbine auf die Kurbelwelle übertragen würde, was unerwünscht ist. Durch gezieltes Abfahren des Sekundärrades der hydrodynamischen Kupplung vom Primärrad in solchen Betriebszuständen, wird eine solche Leistungsübertragung von der Abgasnutzturbine auf die Kurbelwelle vermieden.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der 2 bis 5 näher erläutert werden.
Es zeigen:
1 eine hydrodynamische Baugruppe mit Retarder und hydrodynamischer Kupplung gemäß des Standes der Technik;
2 ein Ausführungsbeispiel einer ersten Alternative der erfindungsgemäßen hydrodynamischen Baugruppe im Abgasnutzturbinenbetrieb;
3 das Ausführungsbeispiel der ersten Alternative der erfindungsgemäßen Baugruppe aus der 2 im Bremsbetrieb;
4 ein Ausführungsbeispiel der zweiten Alternative der erfindungsgemäßen hydrodynamischen Baugruppe;
5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Turbo-Compound-Retarder-Systems.
In den Figuren sind sich entsprechende Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen. Insofern kann auf eine erneute Beschreibung der bereits in der 1 mit Bezug auf den Stand der Technik beschriebenen Bauteile verzichtet werden.
Wie man in den 2 und 3 erkennt, werden der Rotor 1.1 des Retarders 1 und das Sekundärrad 2.2 der hydrodynamischen Kupplung 2 gemeinsam auf der zweiten Eingangswelle 4 getragen, und zwar mittels eines Gewindes 5. Somit ist das mittlere Bauteil der hydrodynamischen Baugruppe, umfassend das Schaufelrad des Rotors 1.1 und das beschaufelte Sekundärrad 2.2 und welches sandwichartig zwischen dem Schaufelrad des Stators 1.2 und dem beschaufelten Primärrad 2.1 der hydrodynamischen Kupplung 2 eingeschlossen ist, axial verschiebbar zwischen der ersten in der 2 gezeigten Position und der zweiten in der 3 gezeigten Position. Die axiale Verschiebebewegung ist dabei eine Drehverschiebung auf dem Gewinde 5, welches in der gezeigten Ausführung, betrachtet von rechts nach links, als eindrehend entgegen der Drehrichtung der Wellen 3 und 4, das heißt als Linksgewinde, ausgeführt ist.
In der in der 2 gezeigten ersten Position des Rotors 1.1 und des Sekundärrads 2.2 weist das Sekundärrad 2.2 einen minimalen axialen Abstand zu dem Primärrad 2.1 der hydrodynamischen Kupplung 2 auf. Der Arbeitsraum 2.3 der hydrodynamischen Kupplung 2 ist mit Arbeitsmedium befüllt und eine Kreislaufströmung, mittels welcher Drehmoment vom Primärrad 2.1 auf das Sekundärrad 2.2 übertragen wird, ist im Arbeitsraum 2.3 ausgebildet. Mittels der Pfeile in den 2 und 3 ist die Drehrichtung der ersten Eingangswelle 3, der zweiten Eingangswelle 4 sowie des mittleren Bauteils, welches den Rotor 1.1 und das Sekundärrad 2.2 umfasst, dargestellt. Zusätzlich ist die Richtung der an den einzelnen Komponenten anstehenden Drehleistung dargestellt, und zwar in Form von Kreisen mit entweder einem Kreuz darin, was anzeigt, dass die Richtung der Drehleistung an dieser Seite in die Blattebene hinein verläuft, oder mit einem Punkt, was anzeigt, dass die Richtung der Drehleistung an dieser Seite aus der Blattebene heraus verläuft. In der 2 entspricht beispielsweise die Richtung der an der ersten Eingangswelle 3 anliegenden Drehleistung der Drehrichtung der Eingangswelle 3. Diese Drehleistung beziehungsweise das zugehörige Drehmoment wird mittels des Arbeitsmediumkreislaufes im Arbeitsraum 2.3 auf das Sekundärrad 2.2 übertragen, so dass die am mittleren Bauteil anliegende Drehleistung ebenfalls in Richtung der Drehrichtung des mittleren Bauteils verläuft. Entsprechend wird Leistung von der ersten Eingangswelle 3 auf die zweite Eingangswelle 4, welche in diesem gezeigten Betriebszustand des Abgasnutzturbinenbetriebs als Ausgangswelle arbeitet, übertragen.
In der 3 hingegen ist zwar die Drehrichtung der zweiten Eingangswelle 4 (und des mittleren Bauteils sowie der ersten Eingangswelle 3) dieselbe wie in der 2, und auch die Richtung der von der Kurbelwelle übertragenen Antriebsleistung beziehungsweise der Drehleistung, welche an der zweiten Eingangswelle 4 anliegt, entspricht der Drehrichtung der Eingangswellen 3 und 4, aber die Richtung der Drehleistung, welche am Rotor 1.1 und damit am Sekundärrad 2.2 anliegt, ist entgegengesetzt der Drehrichtung dieser beiden Bauteile gerichtet. Dies wird durch eine entsprechende Ausführung der Beschaufelungen des Rotors 1.1 und des Stators 1.2 des Retarders 1 erreicht.
Aufgrund dessen, dass das Gewinde 5 in der in den 2 und 3 dargestellten Ausführung als Linksgewinde ausgeführt ist, verschieben sich der Rotor 1.1 und das Sekundärrad 2.2 im Abgasnutzturbinenbetrieb automatisch in die erste Position, das heißt in die in der 2 gezeigte rechte Position auf der zweiten Eingangswelle 4, und im Bremsbetrieb in die zweite Position, das heißt in die linke Position auf der zweiten Eingangswelle 4, welche in der 3 gezeigt ist.
Zusätzlich kann ein Stellantrieb (nicht dargestellt) vorgesehen sein, welcher im Abgasnutzturbinenbetrieb trotz der Leistungsverhältnisse, welche sich gemäß der 2 einstellen, das Sekundärrad 2.2 gezielt vom Primärrad 2.1 abfährt, um eine Leistungsübertragung vom Primärrad 2.1 auf das Sekundärrad 2.2 zu vermeiden. Die Druckrichtung eines solchen gezielten Abfahrens ist in der 2 durch den Pfeil 6 angedeutet.
In der 4 ist eine Ausführung der zweiten Alternative der erfindungsgemäßen hydrodynamischen Baugruppe dargestellt. Gemäß dieser Ausführung wird das Mittelteil, welches zwischen dem Stator 1.2 und dem Primärrad 2.1 sandwichartig eingeschlossen ist und den Rotor 1.1 und das Sekundärrad 2.2 umfasst, in Axialrichtung ortsfest gehalten, und zwar in einer Position, in welcher das Sekundärrad 2.2 in einem vorgegebenen minimalen axialen Abstand zum Primärrad 2.1 angeordnet ist. Dieser axiale Abstand ist derart ausgewählt, dass sich im Abgasnutzturbinenbetrieb bei befülltem Arbeitsraum 2.3 der hydrodynamischen Kupplung 2 ein Arbeitsmediumkreislauf zur Drehmomentübertragung von dem Primärrad 2.1 auf das Sekundärrad 2.2 einstellt.
Um im Abgasnutzturbinenbetrieb die Verlustleistung im Retarder 1 zu vermindern, ist der Stator 1.2 des Retarders axial von dem Rotor 1.1 abfahrbar, das heißt in einen vorgegebenen maximalen axialen Abstand verbringbar.
Selbstverständlich wäre es auch möglich, den Rotor 1.1 derart axial bewegbar auszuführen, dass er von dem Stator 1.2 im Abgasnutzturbinenbetrieb abfahrbar wäre, ohne dass gleichzeitig die axiale Position des Sekundärrads 2.2 verändert wird. Aufgrund der vorteilhaften Wirkung durch ein gleichzeitiges Abfahren des Sekundärrades 2.2 von dem Primärrad 2.1 beim Anfahren des Rotors 1.1 in die axial nahe Position an den Stator 1.2 ist jedoch die in den 2 und 3 gezeigte Ausführung vorzuziehen.
In der 5 ist ein Turbo-Compound-Retarder-System schematisch dargestellt. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet einen Verbrennungsmotor, dessen Kurbelwelle 12 gleichzeitig die zweite Eingangswelle 4 der erfindungsgemäß ausgebildeten hydrodynamischen Baugruppe mit dem Retarder 1 und der hydrodynamischen Kupplung 2 darstellt. Die erste Eingangswelle 3 der hydrodynamischen Baugruppe ist zugleich die Turbinenwelle 11.1 der Abgasnutzturbine 11, die im Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 angeordnet ist.

Claims

Hydrodynamische Baugruppe, 1.1 mit einem hydrodynamischen Retarder (1), umfassend einen Rotor (1.1) und einen Stator (1.2); 1.2 mit einer hydrodynamischen Kupplung (2), umfassend ein Primärrad (2.1) und ein Sekundärrad (2.2); 1.3 der Rotor (1.1) und der Stator (1.2) des Retarders (1) sowie das Primärrad (2.1) und das Sekundärrad (2.2) der Kupplung (2) bilden jeweils miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum (1.3, 2.3) aus; 1.4 der Rotor (1.1) des Retarders (1) und das Sekundärrad (2.2) der Kupplung (2) sind drehstarr aneinander, in Axialrichtung hintereinander in einer Back-to-Back-Anordnung angeschlossen; 1.5 das Primärrad (2.1) steht in einer Triebverbindung mit einer ersten Eingangswelle (3); 1.6 der Rotor (1.1) und das Sekundärrad (2.2) stehen in einer Triebverbindung mit einer zweiten Eingangswelle (4); dadurch gekennzeichnet, dass 1.7 der Rotor (1.1) und das Sekundärrad (2.2) in Axialrichtung gemeinsam verschiebbar sind zwischen einer ersten Position, in welcher das Sekundärrad (2.2) dem Primärrad (2.1) mit einem minimalen axialen Abstand gegenüber steht und der Rotor (1.1) dem Stator (1.2) mit einem maximalen axialen Abstand gegenübersteht, und einer zweiten Position, in welcher das Sekundärrad (2.2) dem Primärrad (2.1) mit einem maximalen axialen Abstand gegenübersteht und der Rotor (1.1) dem Stator (1.2) mit einem minimalen axialen Abstand gegenübersteht.
Hydrodynamische Baugruppe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1.1) und das Sekundärrad (2.2) gemeinsam durch ein Gewinde (5) auf der zweiten Eingangswelle (4) begrenzt verschiebbar zu dieser zwischen der ersten und der zweiten Position getragen werden.
Hydrodynamische Baugruppe gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuervorrichtung vorgesehen ist, welche die beiden Arbeitsräume (1.3, 2.3) mit Arbeitsmedium abwechselnd befüllt und entleert, insbesondere derart, dass stets genau ein Arbeitsraum mit Arbeitsmedium befüllt und der andere Arbeitsraum entleert oder weitgehend entleert ist, oder welche den Arbeitsraum (1.3) des Retarders (1) befüllt und entleert und den Arbeitsraum (2.3) der hydrodynamischen Kupplung (2) stets befüllt hält.
Hydrodynamische Baugruppe gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde (5) in seiner Drehrichtung derart ausgeführt ist, dass bei einem Leistungsüberschuss der Antriebsleistung, die an der ersten Eingangswelle (3) anliegt, gegenüber der Antriebsleistung, die an der zweiten Eingangswelle (4) anliegt, der Rotor (1.1) und das Sekundärrad (2.2) in die erste Position versetzt werden, und bei einem Leistungsüberschuss der Antriebsleistung, die an der zweiten Eingangswelle (4) anliegt, gegenüber der Antriebsleistung, die an der ersten Eingangswelle (3) anliegt, der Rotor (1.1) und das Sekundärrad (2.2) in die zweite Position versetzt werden.
Hydrodynamische Baugruppe gemäß Anspruch 3 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung derart ausgeführt ist, dass sie bei einem Leistungsüberschuss der Antriebsleistung, welche an der ersten Eingangswelle (3) anliegt, gegenüber der Antriebsleistung, welche an der zweiten Eingangswelle (4) anliegt, den Arbeitsraum (2.3) der hydrodynamischen Kupplung (2) füllt, und bei einem Leistungsüberschuss der Antriebsleistung, welche an der zweiten Eingangswelle (4) anliegt, gegenüber der Antriebsleistung, welche an der ersten Eingangswelle (3) anliegt, den Arbeitsraum (1.3) des hydrodynamischen Retarders (1) füllt.
Hydrodynamische Baugruppe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stellvorrichtung vorgesehen ist, welche entsprechend eines eingegebenen Stellbefehls den Rotor (1.1) und das Sekundärrad (2.2) aus der ersten Position in die zweite Position oder in Richtung der zweiten Position, insbesondere in eine mittlere Position zwischen der ersten Position und der zweiten Position, verschiebt.
Hydrodynamische Baugruppe, 7.1 mit einem hydrodynamischen Retarder (1), umfassend einen Rotor (1.1) und einen Stator (1.2); 7.2 mit einer hydrodynamischen Kupplung (2), umfassend ein Primärrad (2.1) und ein Sekundärrad (2.2); 7.3 der Rotor (1.1) und der Stator (1.2) des Retarders (1) sowie das Primärrad (2.1) und das Sekundärrad (2.2) der Kupplung (2) bilden jeweils miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum (1.3, 2.3) aus; 7.4 der Rotor (1.1) des Retarders (1) und das Sekundärrad (2.2) der Kupplung (2) sind drehstarr aneinander, in Axialrichtung hintereinander in einer Back-to-Back-Anordnung angeschlossen; 7.5 das Primärrad (2.1) steht in einer Triebverbindung mit einer ersten Eingangswelle (3); 7.6 der Rotor (1.1) und das Sekundärrad (2.2) stehen in einer Triebverbindung mit einer zweiten Eingangswelle (4); dadurch gekennzeichnet, dass 7.7 der Stator (1.2) des Retarders (1) in Axialrichtung gegenüber dem Rotor (1.1) zwischen einer ersten Position, in welcher der Stator (1.2) dem Rotor (1.1) mit einem maximalen axialen Abstand gegenübersteht, und einer zweiten Position, in welcher der Stator (1.2) dem Rotor (1.1) mit einem minimalen axialen Abstand gegenübersteht, verschiebbar ist.
Hydrodynamische Baugruppe gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuervorrichtung vorgesehen ist, welche die beiden Arbeitsräume (1.3, 2.3) mit Arbeitsmedium abwechselnd befüllt und entleert, insbesondere derart, dass stets genau ein Arbeitsraum mit Arbeitsmedium befüllt und der andere Arbeitsraum entleert oder weitgehend entleert ist oder welche den Arbeitsraum (1.3) des Retarders (1) befüllt und entleert und den Arbeitsraum (2.3) der hydrodynamischen Kupplung (2) stets befüllt hält.
Hydrodynamische Baugruppe gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung derart ausgeführt ist, dass sie bei einem Leistungsüberschuss der Antriebsleistung, welche an der ersten Eingangswelle (3) anliegt, gegenüber der Antriebsleistung, welche an der zweiten Eingangswelle (4) anliegt, den Arbeitsraum (2.3) der hydrodynamischen Kupplung (2) füllt, und bei einem Leistungsüberschuss der Antriebsleistung, welche an der zweiten Eingangswelle (4) anliegt, gegenüber der Antriebsleistung, welche an der ersten Eingangswelle (3) anliegt, den Arbeitsraum (1.3) des hydrodynamischen Retarders (1) füllt.
Turbo-Compound-Retarder-System, 10.1 mit einem Verbrennungsmotor (10), in dessen Abgasstrom eine Abgasnutzturbine (11) mit einer Turbinenwelle (11.1) geschaltet ist; 10.2 mit einer Kurbelwelle (12), die von dem Verbrennungsmotor (10) angetrieben wird; dadurch gekennzeichnet, dass 10.3 eine hydrodynamische Baugruppe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 vorgesehen ist, wobei die Turbinenwelle (11.1) in einer Triebverbindung mit der ersten Eingangswelle (3) steht oder integral mit dieser ausgebildet ist und die Kurbelwelle (12) in einer Triebverbindung mit der zweiten Eingangswelle (4) steht oder integral mit dieser ausgebildet ist.