DE102011075818A1

DE102011075818A1 - Hydrodynamische Bremse

Info

Publication number: DE102011075818A1
Application number: DE102011075818A
Authority: DE
Inventors: Dr. Huhn Dirk; Edgar Hörberger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2011-05-13
Filing date: 2011-05-13
Publication date: 2012-11-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Bremse, umfassend einen auf einer Rotorwelle (5) angeordneten, eine Rotorbeschaufelung (6a) aufweisenden Rotor (2), einen dem Rotor (2) zugeordneten, eine Statorbeschaufelung (10a) aufweisenden Stator (3), wobei der Rotor (2) und der Stator (3) einen Ringraum (4) zur Aufnahme eines Fluids bilden, welches über eine Zuführeinrichtung dem Ringraum (4) zuführbar ist. Es wird vorgeschlagen, dass die Zuführeinrichtung im Wesentlichen radial im Rotor (2) angeordnete Zuführkanäle (9) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Bremse nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Hydrodynamische Bremsen sind auch unter dem Namen Retarder bekannt und werden insbesondere für Busse und Nutzfahrzeuge als Dauerbremsen eingesetzt. Retarder sind nahezu verschleißfrei und beruhen auf dem Prinzip, dass kinetische und potentielle Energie des Fahrzeuges durch Verwirbelung einer Flüssigkeit, insbesondere eines Hydrauliköls, in Wärmeenergie umgewandelt wird. Der Füllungsgrad des Retarders mit Öl bestimmt das Rotorbremsmoment. Man unterscheidet Primärretarder und Sekundärretarder, welche motorseitig bzw. getriebeseitig im Triebstrang angeordnet sind. Der Primärretarder ist zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe, der Sekundärretarder zwischen Getriebe und Antriebsachse angeordnet. Die Funktionsweise ist für beide Arten gleich. Bei Betätigung des Retarders wird Öl in den Arbeitsraum gepumpt. Der angetriebene Rotor beschleunigt dieses Öl und übergibt es am Außendurchmesser in den Stator. Dort trifft das Öl auf die ruhenden Statorschaufeln und wird verzögert. Das Öl fließt auf dem Innendurchmesser dem Rotor zu. Der Rotor wird in seiner Drehbewegung gehemmt und damit wird das Fahrzeug verzögert. Die Bremsenergie wird überwiegend in Wärme umgesetzt. Aus diesem Grund muss ein Teil des Öls permanent über einen Wärmetauscher gekühlt werden.
Rotor und Stator eines Retarders bilden einen Ringraum, auch Torus genannt, welcher die Beschaufelungen des Rotors und des Stators aufnimmt. Die Ölzuführung in den Torus kann entweder über den Rotor oder den Stator durch mittige Einleitung oder durch eine tangentiale Zuführung erfolgen. Eine möglichst verlustfreie Ölzufuhr bestimmt die umgewälzte Ölmenge und damit auch den Wärmehaushalt des Retarders.
Durch die DE 10 2007 025 676 A1 der Anmelderin wurde ein hydrodynamischer Retarder bekannt, bei welchem die Ölzufuhr über eine Einlassspirale im Wesentlichen in tangentialer Richtung erfolgt. Der Ölauslass erfolgt über eine radial außerhalb des Torusraumes angeordnete Auslassspirale.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem Retarder der eingangs genannten Art die Fluidzufuhr zum Torusraum günstig zu gestalten.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß weist der Retarder eine Zuführeinrichtung mit Zuführkanälen auf, welche im Rotor angeordnet sind und in den Ringraum (Torusraum) des Retarders führen. Die Fluidzufuhr erfolgt somit zunächst in axialer Richtung innerhalb der Rotorwelle und anschließend im Wesentlichen in radialer Richtung zum Ringraum. Damit wird die Ölzufuhr in den Ringraum durch die Fliehkraft der Rotorwelle unterstützt und ein entsprechender Zulaufdruck im Torusraum aufgebaut, welcher die Befüllung beschleunigt und den Ölumlaufstrom erhöht. Damit kann eine größere Wärmemenge aus dem Torusraum abgeführt werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Rotorwelle teilweise hohl ausgebildet und weist einen koaxial angeordneten Strömungskanal auf, welcher mit den radial angeordneten Zuführkanälen in Strömungsverbindung steht. Das axial eintretende Fluid wird somit über den gesamten Umfang auf den Torusraum verteilt. Die Zuführeinrichtung, umfassend den axialen Strömungskanal und die radialen Zuführkanäle, ist somit in den Rotor integriert.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform münden die radialen Zuführkanäle im Bereich der Rotorbeschaufelung in den Torusraum.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind zwischen benachbarten Zuführkanälen Stege belassen, welche als Zuführbeschaufelung ausgebildet sind. Damit wird der Vorteil einer verbesserten Pumpwirkung durch eine strömungsgünstige Beschaufelung erreicht.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Stege bzw. die Schaufeln der Zuführbeschaufelung – bezogen auf die Drehrichtung des Rotors – rückwärts gekrümmt. Dadurch werden ein besonders starker Pumpeffekt für die Ölzuführung in den Torusraum und ein erhöhter Ölumlaufstrom erreicht.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Rotorbeschaufelung in einer Rotorschale angeordnet, welche über eine Rotornabe mit der Rotorwelle verbunden ist, wobei die radial ausgerichteten Zuführkanäle in der Rotornabe angeordnet sind. Damit ergibt sich eine vollständige Integration der Zuführkanäle in den Rotor. Die Zuführkanäle können – bei einstückiger Rotorwelle – in die Rotornabe eingegossen oder – im Falle einer geteilten Rotorwelle – in ein Stirnende der geteilten Rotorwelle eingearbeitet sein, beispielsweise gefräst, erodiert, geprägt, etc.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Statorbeschaufelung in einer Statorschale angeordnet, welche über eine Statornabe gegenüber der drehenden Rotorwelle abgedichtet ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Vorteile und/oder Merkmale ergeben können. Es zeigen
1 einen ersten Axialschnitt des erfindungsgemäßen Retarders;
2 einen Axialschnitt einer geänderten Ausführung; und
3 eine Zuführbeschaufelung für den Rotor des Retarders in vergrößerter Darstellung nach 2.
1 zeigt einen Axialschnitt eines Retarders 1, welcher vorzugsweise als Sekundärretarder bei Nutzfahrzeugen, also im getriebeseitigen Triebstrang, eingesetzt wird. Der Retarder 1 umfasst einen Rotor 2 und einen Stator 3, welche miteinander einen torusförmigen Ringraum 4, auch Torusraum genannt, bilden. Der Rotor 2 umfasst eine Rotorwelle 5 mit einer Rotorschale 6 und einer Rotornabe 7, über welche die Rotorschale 6 an die Rotorwelle 5 angebunden ist. Die Rotorwelle 5, welche eine Rotorachse a aufweist, ist teilweise hohl ausgebildet und weist einen koaxial zur Rotorachse a angeordneten axialen Strömungskanal 8 auf, welcher sich in axialer Richtung mit seinem inneren Ende 8a etwa bis zur Mitte des Torusraumes 4 erstreckt. Der Torusraum 4 ist mit dem axialen Strömungskanal 8 über im Wesentlichen radial oder spiralförmig in der Rotornabe 7 angeordnete Zuführkanäle 9 verbunden. Der Stator 3 weist eine Statorschale 10 auf, welche über eine Statornabe 11 gegenüber der Rotorwelle 5 über ein Dichtelement 12 abgedichtet ist. Innerhalb des Torusraumes 4 sind eine mit der Rotorschale 6 verbundene Rotorbeschaufelung 6a und eine mit der Statorschale 10 verbundene Statorbeschaufelung 10a angeordnet.
Der Retarder 1 wird mit einem Fluid, insbesondere einem Hydrauliköl betrieben, welches über den Strömungskanal 8 axial zugeführt wird. Am inneren Ende 8a des Strömungskanals 8 wird das Öl entsprechend den Pfeilen Z über die radialen Zuführkanäle 9 dem Torusraum 4 derart zugeführt, dass die Zuführströmung auf die Rotorbeschaufelung 6a trifft und von dieser in Umfangsrichtung mitgenommen wird. Dazu können, wie in 1 dargestellt, die Zuführkanäle 9 in axialer Richtung zum Boden der Rotorschale 6 hin leicht geneigt sein. Dabei bildet sich innerhalb des Torusraumes 4 eine ringförmige Torusströmung im Uhrzeigersinn, angedeutet durch Pfeile T, aus. Der Stator 3 mit Statorschale 10 und Statorbeschaufelung 10a am umgebenden Gehäuse abgestützt und nimmt somit das über die Ölströmung induzierte Bremsmoment auf. Die Zuströmung des Öls über die Zuführkanäle 9 wird durch die Rotationsbewegung der Rotorwelle 5 unterstützt.
In 1 ist die teilweise hohl (Sacklochbohrung) ausgebildete Rotorwelle 5 einstückig ausgebildet, d. h. die Strömungskanäle 9 mit den sie trennenden Stegen 13 sind in den Rotor 2 bzw. die Rotornabe 7 eingegossen. In der in 2 dargestellten Ausführung endet die Rotorwelle 5 im Bereich der Zuführkanäle 9. In diesem Falle könnten die radialen Zuführkanäle 9 und die rückwärts gekrümmten Schaufeln 13 stirnseitig in die Rotorwelle 5 eingearbeitet werden, womit eine verbesserte Oberflächengüte der Zuführkanäle 9 erreicht werden kann.
3 zeigt in einer vergrößerten Darstellung die spiralförmig, d. h. in radialer und tangentialer Richtung verlaufenden Zuführkanäle 9 gemäß 1, welche durch Stege 13 voneinander getrennt sind. Der Durchstoßpunkt der Rotorachse a durch die Zeichenebene ist als Mittelpunkt M bezeichnet, der Rotor dreht sich mit den Stegen 13 entsprechend dem Drehpfeil ω entgegen dem Uhrzeigersinn. Die Stege 13 sind als rückwärts gekrümmte Schaufeln ausgebildet und bilden insgesamt, über den Umfang verteilt, eine Zuführbeschaufelung für den Torusraum 4 (vgl. 1). Durch die rückwärts gekrümmten Schaufeln 13 der Zuführbeschaufelung ergibt sich eine erhöhte Pumpwirkung für die Zufuhr des Öls aus dem axialen Strömungskanal 8 über die im Wesentlichen radialen Zuführkanäle 9 in den Torusraum 4 in den Bereich der Rotorbeschaufelung 6a.
Bezugszeichenliste

1: Retarder
2: Rotor
3: Stator
4: Ringraum (torusförmig)
5: Rotorwelle
6: Rotorschale
6a: Rotorbeschaufelung
7: Rotornabe
8: axialer Strömungskanal
8a: inneres Ende
9: radialer Zuführkanal
10: Statorschale
10a: Statorbeschaufelung
11: Statornabe
12: Dichtelement
13: Steg
a: Rotorachse
ω: Drehrichtung
T: Torusströmung
Z: Zuführströmung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007025676 A1 [0004]

Claims

Hydrodynamische Bremse, umfassend einen auf einer Rotorwelle (5) angeordneten, eine Rotorbeschaufelung (6a) aufweisenden Rotor (2), einen dem Rotor (2) zugeordneten, eine Statorbeschaufelung (10a) aufweisenden Stator (3), wobei der Rotor (2) und der Stator (3) einen Ringraum (4) zur Aufnahme eines Fluids bilden, welches über eine Zuführeinrichtung dem Ringraum (4) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung im Wesentlichen radial im Rotor (2) angeordnete Zuführkanäle (9) aufweist.
Hydrodynamische Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass koaxial in der Rotorwelle (5) ein Strömungskanal (8) angeordnet ist, der mit den im Wesentlichen radial angeordneten Zuführkanälen (9) in Strömungsverbindung steht.
Hydrodynamische Bremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführkanäle (9) in axialer Richtung zum Boden der Rotorschale (9) hin geneigt sind.
Hydrodynamische Bremse nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen benachbarten Zuführkanälen (9) Stege (13) belassen sind, welche als Zuführbeschaufelung ausgebildet sind.
Hydrodynamische Bremse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (13) – bezogen auf die Drehrichtung ω des Rotors (2) – rückwärts gekrümmt ausgebildet sind.
Hydrodynamische Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2) eine Rotorschale (6) aufweist, welche die Rotorbeschaufelung (6a) aufnimmt und über eine Rotornabe (7) mit der Rotorwelle (5) verbunden ist, und dass die Zuführkanäle (9) in der Rotornabe (7) angeordnet sind.
Hydrodynamische Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (3) eine Statorschale (10) aufweist, welche die Statorbeschaufelung (10a) aufnimmt und auf der drehbaren Rotorwelle (5) angeordnet ist.
Hydrodynamische Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (5) axial im Bereich der Zuführkanäle (9) endet.