DE102011112773A1

DE102011112773A1 - Hydrodynamischer Retarder

Info

Publication number: DE102011112773A1
Application number: DE201110112773
Authority: DE
Inventors: Dieter Laukemann; Thomas Ohr; Alexander Schreiber
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2010-09-24
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2012-03-29
Also published as: CN102431529A; KR20120031438A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischer Retarder, – mit einem beschaufelten Primärrad und einem beschaufelten Sekundärrad, welche miteinander einen mit Arbeitsmedium befüllbaren Arbeitsraum (3) ausbilden; – wenigstens eines der beiden Räder ist mit wenigstens seinem beschaufelten Teilbereich gegenüber dem anderen Rad derart axial verschiebbar ist, dass es zwischen einer Bremsstellung, in welcher es dem anderen Rad unmittelbar axial gegenübersteht, und einer Nicht-Bremsstellung, in welcher es mit einem gegenüber der Bremsstellung größeren axialen Abstand zu dem anderen Rad angeordnet ist, schaltbar ist; – wenigstens einem der beiden Räder ist eine Stelleinrichtung zugeordnet, welche eine Verschiebekraft auf das verschiebbare Rad ausübt, sodass dieses an das andere Rad anfahrbar und/oder von diesem abfahrbar ist; – mit einem Anschlag zur Begrenzung des Verschiebeweges des verschiebbaren Rades Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: – mit einer Verzögerungseinrichtung zur Dämpfung des Anschlagens des Rades an dem Anschlag bei der axialen Verschiebung des Rades in die Bremsstellung und/oder Nicht-Bremsstellung; wobei – die Verzögerungseinrichtung derart ausgeführt ist, dass sie eine Kraft auf das verschiebbare Rad, welche der Verschiebekraft entgegenwirkt, ausübt und die Verzögerungseinrichtung nur in einem letzten Teilbereich des Verschiebeweges vor dem Anschlag wirksam wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Retarder, welcher zwei Schaufelräder, nämlich ein Primärrad und ein Sekundärrad, aufweist, von denen wenigstens eines axial gegenüber dem anderen verschiebbar ist, im Einzelnen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Verschiebbarkeit von wenigstens einem der beiden Schaufelräder dient dazu, die Verlustleistungen im Leerlauf des hydrodynamischen Retarders zu vermindern. DE 102 19 753 A1 beschreibt zum Beispiel einen Retarder, bei welchem das Primärrad (Rotor) mittels eines Schraubgewindes auf einer Hohlwelle gelagert ist und beim Übergang vom Bremsbetrieb in den Nichtbremsbetrieb, das heißt in den Leerlauf, vom Sekundärrad (Stator) abgefahren wird. Um wieder in den Bremsbetrieb überzugehen, wird der Rotor wieder an den Stator angefahren, so dass sich im Arbeitsraum zwischen dem Rotor und dem Stator ein Strömungskreislauf ausbilden kann, mittels welchem Drehmoment vom Rotor auf den Stator übertragen wird, so dass der Rotor abgebremst wird.
Auch hydrodynamische Kupplungen mit zueinander beweglichen Schaufelrädern sind bekannt. Beispielsweise sei die US 2 359 930 genannt, die eine Antriebswelle mit einem Pumpenrad und eine angetriebene Welle mit einem Turbinenrad aufweist, wobei das Pumpenrad derart auf einem Außengewinde der Antriebswelle gelagert ist, dass es gegenüber dem Turbinenrad an- und abgefahren werden kann. Auf einem stirnseitigen Ende der Antriebswelle ist ein Ring mit Federn vorgesehen, wobei die Federn auf das Pumpenrad eine Kraft axial zu der Antriebswelle in Richtung des Antriebes aufbringen.
Beim Anfahren, das heißt bei der Rotationsbeschleunigung der Antriebswelle wirkt eine Kraft auf das Pumpenrad, die verursacht, dass das Pumpenrad auf dem Gewinde entgegen der Federkraft in Richtung des Turbinenrades wandert. In dieser Position wird es während des normalen Betriebes gehalten, solange die an der Antriebswelle anliegende Last im Wesentlichen konstant gehalten wird. Sobald jedoch diese Last reduziert wird oder wenn der Antriebsstrang in Schubbetrieb übergeht, das heißt, wenn die Abtriebswelle mit höheren Drehzahl rotiert als die Antriebswelle, überwiegt die Federkraft und schiebt das Pumpenrad in eine turbinenradferne Position, sodass der Strömungskreislauf im Arbeitsraum zwischen dem Pumpenrad und dem Turbinenrad nicht mehr effektiv ein Drehmoment vom Pumpenrad auf das Turbinenrad übertragen kann.
Die dargestellte hydrodynamische Kupplung überträgt somit beim Anfahren und im nahezu stationären Betrieb über einen Strömungskreislauf ein Drehmoment von der Antriebsmaschine auf die angetriebene Maschine. Bei Lastreduktion auf der Antriebsseite wird, wie dargestellt, das Pumpenrad vom Turbinenrad abgefahren, somit der Strömungskreislauf gestört und somit automatisch die Drehmomentübertragung von der Antriebsmaschine auf die angetriebene Maschine unterbrochen. Ein hydrodynamisches Bremsen der angetriebenen Maschine ist mit dieser hydrodynamischen Kupplung jedoch nicht möglich, da zunächst keine Mittel zum Festsetzen des Pumpenrads vorgesehen sind und weiterhin in einem Zustand, der ein Bremsen wünschenswert macht, nämlich dann, wenn die angetriebene Welle schneller rotiert als die antreibende Welle, das Pumpenrad in einer entfernten Position gegenüber dem Turbinenrad ist.
Bei hydrodynamischen Retardern ist es wünschenswert, dass ein Übergang vom Leerlauf in den Arbeitsbetrieb, das heißt vom Nichtbremsbetrieb in den Bremsbetrieb, möglichst schnell erfolgt, und zwar nachdem eine Bremsanforderung vom Fahrer gegeben wurde. Hierdurch müssen die beiden Schaufelräder möglichst schnell in deren Bremsstellung, in der sie sich unmittelbar axial gegenüberstehen, sodass der gewünschte Arbeitskreislauf zwischen den beiden Schaufelrädern im Arbeitsraum ausgebildet werden kann und die Drehmomentübertragung mittels des Arbeitsmediums einsetzt, verbracht werden.
Zur Begrenzung des axialen Verschiebewegs von Rotor und Stator ist es bekannt, einen Anschlag vorzusehen. So kommt der Rotor beim Verschieben desselben auf den Stator hin erst beim Erreichen der Bremsstellung zur Anlage mit dem Anschlag, wodurch die angrenzenden Bauteile des hydrodynamischen Retarders in Schwingungen versetzt werden und es somit zu einem Geräusch kommt. Diese Geräuschentwicklung wird von den Insassen eines mit einem derartigen Retarder ausgestatteten Fahrzeug als nachteilig und störend empfunden, sodass hier ein Raum für Verbesserungen besteht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydrodynamischen Retarder mit wenigstens einem axial verlagerbaren Schaufelrad anzugeben, bei welchem die Nachteile beim Übergang vom Leerlauf in den Arbeitsbetrieb gegenüber bekannten Ausführungen vermieden werden. Insbesondere soll eine Geräuschentwicklung beim Verbringen der Schaufelräder in die Brems- und/oder Nichtbremsstellung verhindert werden.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch einen hydrodynamischen Retarder gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung.
Ein erfindungsgemäßer hydrodynamischer Retarder umfasst ein beschaufeltes Primärrad sowie ein beschaufeltes Sekundärrad, welche miteinander einen mit Arbeitsmedium befüllbaren Arbeitsraum ausbilden, wobei wenigstens eines der beiden Räder mit wenigstens seinem beschaufelten Teilbereich gegenüber dem anderen Rad derart axial verschiebbar ist, dass es zwischen einer Bremsstellung, in welcher es dem anderen Rad unmittelbar axial gegenübersteht, und einer Nichtbremsstellung, in welcher es mit einem gegenüber der Bremsstellung größeren axialen Abstand zu dem anderen Rad angeordnet ist, schaltbar ist.
Wenn dann eines der beiden Räder, beispielsweise das Primärrad, drehend angetrieben wird, wird Arbeitsmedium in dem Arbeitsraum, welcher durch die beiden beschaufelten Teilbereiche ausgebildet wird, durch die Beschaufelung des angetriebenen Rades radial nach außen beschleunigt, strömt in den beschaufelten Teilbereich des gegenüberstehenden Sekundärrades und wird dort radial nach innen verzögert, so dass sich ein Kreislauf von Arbeitsmedium im Arbeitsraum einstellt.
In der zweiten fernen Position, das heißt in der Position, in welcher der beschaufelte Teilbereich des axial verlagerbaren Schaufelrades gegenüber dem beschaufelten Teilbereich des anderen Rades abgerückt wurde, kann sich aufgrund der Entfernung zwischen den beiden beschaufelten Bereichen kein Strömungskreislauf im Arbeitsraum einstellen, so dass kein Drehmoment oder im wesentlichen kein Drehmoment zwischen den Schaufelrädern übertragen wird. Hierdurch werden Verluste im Leerlaufbetrieb, welche unerwünscht sind, weitgehend oder vollständig vermieden.
Zur axialen Verschiebung ist wenigstens einem der beiden Räder, Primärrad oder Sekundärrad, eine Stelleinrichtung zugeordnet, welche eine Verschiebekraft auf das verschiebbare Rad ausübt, sodass dieses an das andere Rad anfahrbar oder von diesem in Richtung auf die Nicht-Bremsstellung abfahrbar ist.
Der hydrodynamische Retarder umfasst weiterhin einen Anschlag zur Begrenzung des Verschiebeweges des verschiebbaren Rades oder dessen beschaufelten Teilbereiches.
Erfindungsgemäß ist eine Verzögerungseinrichtung zur Dämpfung des Anschlagens des Rades bei dessen axialer Verschiebung in die Bremsstellung und/oder Nicht-Bremsstellung an dem Anschlag vorgesehen, wobei die Verzögerungseinrichtung derart ausgeführt ist, dass sie eine Kraft auf das verschiebbare Rad, welche der Verschiebekraft entgegenwirkt, ausübt und die Verzögerungseinrichtung nur in einem letzten Teilbereich des Verschiebewegs vor dem Anschlag wirksam wird. Alternativ kann die Verzögerungseinrichtung auch als Verzögerungseinrichtung zur Dämpfung der Geschwindigkeit des Rades bei dessen axialer Verschiebung in die Bremsstellung und/oder Nicht-Bremsstellung oder zur Dämpfung der Beschleunigung des Rades bezeichnet werden, da durch die Verzögerungseinrichtung die Geschwindigkeit des Rades bei dessen axialer Verschiebung gegenüber Ausführungsformen ohne erfindungsgemäße Verzögerungseinrichtung vermindert oder zumindest, bei zunehmender Geschwindigkeit des Rades die Geschwindigkeitszunahme reduziert und damit die Beschleunigung vermindert beziehungsweise gedämpft wird.
Damit insbesondere der Übergang vom Leerlauf in den Arbeitsbetrieb rasch erfolgt, muss der Vorgang des Anfahrens von einem der beiden Räder beziehungsweise eines gegenseitigen Anfahrens beider Räder beschleunigt werden. Dazu muss die Verschiebekraft der Stelleinrichtung derart hoch sein, dass diese eine relativ hohe Beschleunigung (in Axialrichtung) des verschiebbaren Rades oder dessen beschaufelten Teilbereiches ermöglicht, wenn das Rad beispielsweise aus der Nicht-Bremsstellung in die Bremsstellung verschoben werden soll. Um eine Geräuschbildung durch Aufschlagen des Rades am Anschlag zu vermeiden, wird die hohe durch die axiale Verschiebung hervorgerufene axiale Beschleunigung beziehungsweise die Geschwindigkeit des Rades durch die Verzögerungseinrichtung, welche nur im letzten Teilbereich des Verschiebeweges vor dem Anschlag, die insbesondere in der Bremsstellung wirksam wird, vermindert. Hierdurch kann der Komfort der Insassen eines mit einem solchen hydrodynamischen Retarder ausgestatteten Fahrzeugs deutlich erhöht werden.
Mit Vorteil ist das verschiebbare Rad mittels einer Nabe auf der Welle axial beweglich gelagert, wobei die Welle ein Außengewinde, insbesondere Steilgewinde, und die Nabe ein komplementäres Innengewinde aufweist, sodass durch Drehantreiben der Welle das Rad relativ zur Welle in Axialrichtung verlagerbar ist, wobei die Nabe mit ihrer dem Anschlag zugewandten Stirnseite in der Bremsstellung und/oder Nicht-Bremsstellung zur Anlage mit dem Anschlag kommt Bevorzugt umfasst die Verzögerungseinrichtung wenigstens ein elektrisches, mechanisches, hydraulisches und/oder pneumatisches Dämpfungselement, wobei das Dämpfungselement in Axialrichtung zwischen dem verlagerbaren Rad, insbesondere der Nabe und dem Anschlag positioniert und insbesondere am Anschlag fixiert ist. Dabei können mechanische Dämpfungselemente zum Beispiel Reibflächen aufweisen, mittels denen das verschiebbare Rad verzögert werden kann, wohingegen mit elektrischen Dämpfungselementen zum Beispiel Bremsen, die beispielsweise nach Art einer Wirbelstrombremse funktionieren, gemeint sind. Hydraulische und/oder pneumatische Dämpfungselemente sind beispielsweise als öl- und/oder luftbefüllte Kolben-Zylinder-Einheiten bekannt geworden.
Besonders bevorzugt ist das Dämpfungselement als elastisches Element, insbesondere als Feder – wie zum Beispiel Tellerfeder – oder als Federpaket, umfassend eine Mehrzahl an Federn ausgeführt, wobei die Federsteifigkeit der Feder/Federn einen progressiven Verlauf aufweist. Ein progressiver Verlauf bedeutet dabei, dass mit zunehmendem Federweg die Federkraft ansteigt, insbesondere überproportional ansteigt. In anderen Worten wird mit zunehmendem Verlagerungsweg die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung des Rades im letzten Teilbereich überproportional zum Verlagerungsweg reduziert.
Mit Vorteil ist das Dämpfungselement wenigstens teilweise aus einem dämpfenden Material, insbesondere einem Polymer, hergestellt oder mit einem solchen beschichtet. Natürlich wäre es denkbar, anstelle von Polymeren auch andere dämpfende Materialien, wie zum Beispiel Kautschuk oder Gummi einzusetzen und diese beispielsweise als auswechselbare Einsätze form- und/oder kraftschlüssig mit dem Anschlag und/oder der Nabe zu verbinden.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Anschlag zusätzlich teilweise oder vollständig aus einem dämpfenden Material gebildet oder mit einem solchen versehen, sodass zunächst das Dämpfungselement die Geschwindigkeit/die Beschleunigung des verschiebbaren Rades vermindert und das Anschlagen zusätzlich unmittelbar gedämpft wird durch das dämpfende Material. Auch die Parallelschaltung oder besonders vorteilhaft die Hintereinanderschaltung mehrerer Dämpfungselemente, die nacheinander wirksam werden, ist möglich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bilden der Anschlag und die Nabe das Dämpfungselement gemeinsam aus und sind derart ausgeführt, dass diese eine hydraulische und/oder pneumatische Kolben-Zylinder-Einheit ausbilden oder wenigstens mittelbar an einer solchen angeschlossen sind, wobei insbesondere der Kolben an der dem Anschlag zugewandten Stirnseite der Nabe angeordnet ist und in Form eines kreisringförmigen, in Axialrichtung hervorstehenden Absatzes von der Nabe ausgebildet wird. Der Zylinder weist eine komplementäre Aussparung auf und wird von dem Anschlag ausgebildet, sodass das Rad bei dessen axialer Verschiebung auf die Brems- oder Nicht-Bremsstellung im Bereich des letzten Teilbereiches des Verschiebeweges vor dem Anschlag durch Verdrängen von Dämpfungsmedium zwischen dem Kolben und Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheit verzögert wird. Somit wird das im hydrodynamischen Retarder, insbesondere in dessen Arbeitsraum befindliche Medium (Luft und/oder Arbeitsmedium) als Dämpfungsmedium für die Kolben-Zylinder-Einheit herangezogen.
Mit Vorteil ist dem hydrodynamischen Retarder ein Befüllsystem zum Befüllen des Arbeitsraumes zugeordnet, wobei die Verzögerungseinrichtung im Befüllsystem integriert ist und die Beschleunigungsdämpfung des wenigstens einen axial verschiebbaren Rades durch kurzzeitig verlangsamte Befüllung des Arbeitsraumes mit Arbeitsmedium erfolgt. Dabei wird beim Verbringen des verschiebbaren Rades mittels der Stelleinrichtung aus der Nicht-Bremsstellung in die Bremsstellung der Arbeitsraum langsamer befüllt, das bedeutet, dass pro Zeiteinheit weniger Arbeitsmedium in den Arbeitsraum gelangt. Dadurch und durch die sich im Arbeitsraum bei angetriebenem Rotor ausbildenden Strömungsprozesse wird eine hydraulische und/oder pneumatische Dämpfung des verschiebbaren Rades erreicht. In diesem Fall dient somit der von den beiden Schaufelrädern gebildete Arbeitsraum selber als Dämpfungselement.
Die Erfindung soll, nun nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen, welche schematisch in den Figuren dargestellt sind, erläutert werden.
Es zeigen:
1a eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Retarders mit dem Rotor in seiner Nicht-Bremsstellung in einem Axialschnitt durch die Drehachse des Retarders gesehen;
1b den Retarder aus 1a mit dem Rotor in dessen Bremsstellung;
2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Retarders in einem Axialschnitt durch die Drehachse des Retarders gesehen;
3 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Retarders in einem Axialschnitt durch die Drehachse des Retarders gesehen;
4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Retarders in einem Axialschnitt durch die Drehachse mit einer Kolben-Zylinder-Einheit zur Anschlagdämpfung.
In der 1a erkennt man einen hydrodynamischen Retarder mit einem Primärrad 1 sowie einem Sekundärrad 2. Das Primärrad 1 ist der Rotor und das Sekundärrad 2 der Stator des Retarders. Beide Räder 1, 2 weisen einen beschaufelten Teilbereich auf, nämlich der Rotor den Teilbereich 1.1 und der Stator den Teilbereich 2.1.
Der Stator, das heißt das Sekundärrad 2, kann von einem nicht gezeigten Gehäuse getragen werden, welches beispielsweise zusammen mit dem Stator das Primärrad 1 umschließt. Vorliegend bilden die beschaufelten Teilbereiche 1.1, 2.1 der beiden Räder 1, 2 einen torusförmigen Arbeitsraum 3 aus.
Der Teilbereich 1.1 des Primärrades 1, welcher die Beschaufelung trägt, ist vorliegend in Axialrichtung des hydrodynamischen Retarders verschiebbar, wie durch den Doppelpfeil angedeutet wird. Diese axiale Verschiebbarkeit wird dadurch erreicht, dass das Primärrad 1 mittels einer Nabe 7, welche vorliegend eine Innenverzahnung oder ein Innengewinde, beispielsweise ein Steilgewinde, aufweist, auf einer Welle 5, welche ein komplementäres Außengewinde aufweist, gelagert ist. Im vorliegenden Fall ist die Welle 5 in Axialrichtung feststehend, wohingegen die Nabe 7 mit dem Primärrad 1 verschiebbar ist, sodass durch Drehantreiben der Welle 5 das Primärrad 1 relativ zur Welle 5 in Axialrichtung zwischen dessen Brems- und Nicht-Bremsstellung verschiebbar ist und damit das Primärrad 1 seine gewünschte Funktion ausüben kann.
Alternativ oder zusätzlich zu der gezeigten Darstellung könnte natürlich auch das Sekundärrad 2 axial verschiebbar angeordnet sein.
Zur Begrenzung des Verschiebewegs des Primärrades 1 ist ein Anschlag 6 vorgesehen, welcher vorliegend kreisringförmig ausgeführt und an einem dem Sekundärrad 2 zugewandten Ende mit der Welle 5 drehfest verbunden ist. Vorliegend wird der Anschlag 6 mittels einer Schraube 11 an einem stirnseitigen Ende der Welle 5 fixiert. Hier ist der Anschlag 6 im Querschnitt gesehen L-förmig ausgeführt, wobei dessen sich in Axialrichtung erstreckender Schenkel in einer komplementären Aussparung in der Welle 5 unverschieblich gelagert ist. Die der Welle 5 zugewandte Stirnseite des Anschlags 6 (des in Radialrichtung weisenden Schenkels) sowie die dieser gegenüberliegende Stirnseite der Welle 5 schließen eine Verzögerungseinrichtung 4 in Axialrichtung ein. Letztere ist hier als Feder 8 und insbesondere als Tellerfeder ausgeführt. Da die Nabe 7 im vorliegenden Fall die Welle 5 in Radialrichtung umhüllt, kann die Nabe 7 mit deren der Feder 8 zugewandten Stirnseite bei Verbringung des Primärrades 1 in die Bremsposition zur Anlage mit der Feder 8 kommen.
In der in 1a gezeigten Stellung ist das Primärrad 1 von dem Sekundärrad 2 abgerückt (Nicht-Bremsstellung), sodass beide Räder 1, 2 durch einen deutlichen Spalt voneinander getrennt sind, sodass keine Leistungsübertragung vom Primärrad 1 auf das Sekundärrad 2 stattfindet. Dieser Zustand wird als Leerlauf bezeichnet, da das Primärrad 1 umläuft, ohne durch die Ausbildung einer Arbeitsmediumströmung abgebremst zu werden. Der Raum zwischen dem Primärrad 1 und dem Sekundärrad 2 beziehungsweise der durch den beschaufelten Teilbereich 1.1 des Primärrades und 2.1 des Sekundärrades zusammen mit dem dazwischenliegenden Axialspalt ausgebildet wird, auch in diesem Zustand gleichwohl Arbeitsraum 3 genannt, ist vorteilhaft vollständig oder bis auf eine vorgegebene Restmenge von Arbeitsmedium entleert und entsprechend mit Luft gefüllt.
Um nun möglichst rasch in den Bremsbetrieb umzuschalten, muss der Teilbereich 1.1 des Primärrades 1 schnell in die in der 1b gezeigte Position (Bremsstellung) geschaltet werden, damit der Arbeitsraum 3 durch den beschaufelten Teilbereich 1.1 des Primärrades und den beschaufelten Teilbereich 2.1 des Sekundärrades ausgebildet wird.
Dazu ist eine nicht gezeigte Stelleinrichtung vorgesehen, welche hier dem Primärrad 1 zugeordnet ist und eine Verschiebekraft auf dieses ausübt, sodass dieses an das Sekundärrad 2 anfahrbar ist. Hierzu kann die Stelleinrichtung wenigstens eine Feder (nicht gezeigt) umfassen, die derart angeordnet ist, dass deren Federkraft im Sinne eines Anfahrens des Primärrades 1 an das Sekundärrad, 2 und insbesondere über den gesamten Verschiebeweg wirkt. Diese Feder ist zusätzlich zu der Feder 8 vorgesehen, wobei deren Federkraft der Feder 8 entgegenwirkt. Natürlich ist es denkbar, die Verschiebebewegung der Stelleinrichtung mit anderen Mitteln, beispielsweise einem Elektromotor, zu realisieren. Auch ist es möglich, dass die Stelleinrichtung eine Kraft im Sinne eines Abfahrens des Primärrades 1 von dem Sekundärrad 2 auf das Primärrad 1 ausübt, und dass das Anfahren des Primärrades 1 an das Sekundärrad 2 durch das Befüllen des Arbeitsraumes 3 mit Arbeitsmedium bewirkt wird.
Beim Verschieben des Primärrades 1 aus der Nicht-Bremsstellung in die Bremsstellung wird ab einem bestimmten Bereich des Verschiebungsweges die der Feder 8 zugewandte Stirnseite der Nabe 7 mit der Feder 8 zur Anlage kommen und die Nabe 7 durch die Federkraft verzögert. Beim Erreichen der Bremsstellung wird die Tellerfeder „auf Block” mit dem Anschlag und der Nabe 7 gehen (1b). Da die Feder 8 nur im letzten Teilbereich des Verschiebewegs der Nabe 7 und damit des Primärrades 1 vor dem Anschlag 6 zur Wirkung kommt, wird das von der Stelleinrichtung beschleunigte Primärrad 1 im letzten Teilbereich des Verschiebeweges verzögert. Hierdurch wird eine Geräuschentwicklung beim Anschlagen der Nabe 7 an den Anschlag 6 unterbunden.
Anstelle der Tellerfedern sind auch andere Federn, insbesondere Schraubenfedern denkbar, die beispielsweise konzentrisch zu der Nabe 7 axial zwischen dem Anschlag 6 und der Nabe 7 angeordnet sein könnten.
Zur Drehmomentübertragung zwischen den beiden Schaufelrädern wird der Arbeitsraum 3 mit Arbeitsmedium befüllt, welches zunächst durch die Beschaufelung im Primärrad 1 (Teilbereich 1.1) radial nach außen beschleunigt und durch die Beschaufelung im Sekundärrad 2 (Teilbereich 2.1) radial nach innen verzögert wird, sodass sich eine drehmomentübertragende Arbeitsmediumströmung einstellt, siehe den Pfeil 10.
In der 2 ist eine zweite Ausführung eines erfindungsgemäßen Retarders dargestellt. Dieser entspricht weitgehend der Ausführung, welche in den 1a und 1b gezeigt ist, mit der Ausnahme, dass die beiden Schaufelräder 1, 2 und deren Teilbereiche 1.1, 2.1 nicht dargestellt sind. Im vorliegenden Fall weist die Nabe 7 an ihrer dem Anschlag 6 zugewandten Stirnseite einen in Axialrichtung hervorstehenden, kreisringförmigen Absatz 7.1 auf. Der Anschlag 6 weist eine komplementäre kreisringförmige Aussparung 6.1 auf, in die der Absatz 7.1 in einem letzten Teilbereich des Verschiebeweges eintaucht. Dabei sind die Dimensionen des Absatzes 7.1 und der Aussparung 6.1 so bemessen, dass an den einander zugewandten Flächen von Absatz 7.1 und Aussparung 6.1 ein Spalt entsteht. Anschlag 6 und Nabe 7 bilden somit eine Kolben-Zylinder-Einheit 9 aus, sodass der Absatz 7.1 als Kolben 9.1 und die Aussparung 6.1 als Zylinder 9.2 der Kolben-Zylinder-Einheit 9 fungieren.
Bei axialer Verschiebung des Primärrades 1 in die Bremsstellung wird das im Zylinder 9.2 enthaltene Medium, beispielsweise Luft und/oder eine Restmenge an Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum 3 in einem letzten Teilbereich des Verschiebewegs über den kleiner werdenden Spalt zwischen dem Kolben 9.1 und Zylinder 9.2 verdrängt, sodass das verdrängte Medium als Dämpfungsmedium wirkt und somit die Nabe 7 (und damit das Primärrad 1) hier im Bereich der Bremsstellung verzögert.
Natürlich wäre es alternativ denkbar die Kolben-Zylinder-Einheit als separates Bauelement vorzusehen.
In der 3 ist eine dritte Ausführungsform eines Retarders gezeigt. Dieser entspricht ebenfalls weitgehend der Ausführung von 2, wohingegen jedoch die Nabe 7 wie in den 1a und 1b gezeigt ausgeführt ist. Vorliegend ist zwischen dem Anschlag 6 und der Nabe 7 ebenfalls die in 1a und 1b gezeigte Feder 8 angeordnet, welche die Welle 5 in Radialrichtung umschließt. Zusätzlich ist zwischen der Feder 8 und dem Anschlag 6 in die Aussparung 6.1 ein Dämpfungselement aus einem dämpfenden Material wie beispielsweise einem Polymer eingebracht. Vorliegend ist dieses als O-Ring 12 ausgeführt. Somit sind hier die Feder 8 und das dämpfende Material, hier der O-Ring 12 in Kraftrichtung gesehen hintereinander geschaltet, wobei sich die Federsteifigkeiten von Feder 8 und O-Ring 12 reziprok zur Gesamtsteifigkeit beider Dampfungselemente addieren. Der O-Ring 12 kommt ebenso wie die Feder 8 erst im letzten Teilbereich zum Tragen und dämpft zusätzlich die Beschleunigung des Primärrades 1.
In der 4 ist eine weitere Ausführungsform mit einer Kolben-Zylinder-Einheit 9 gezeigt. Hier taucht der Kolben 9.1, der zusammen mit dem Primärrad 1 verschoben wird und der im gezeigten Ausführungsbeispiel von der Nabe 7 getragen wird, in einen Zylinder 9.2 mit zunehmender Verschiebung des Primärrades 1 auf das Sekundärrad 2 zunehmend ein, welcher einerseits durch das Sekundärrad 2 (Stator) und andererseits durch das Primärrad 1, hier dessen Nabe 7, begrenzt wird. Zur Abdichtung des Zylinders 9.2 ist ein Dichtring, insbesondere Kolbenring 14 vorgesehen, der hier auf der Nabe 7 gehalten wird und entlang des Sekundärrades 2 gleitet.
Die Feder 13 wirkt als Stelleinrichtung im Sinne eines Abfahrens auf das Primärrad 1, und zwar über dem gesamten Verschiebeweg. Hierzu stützt sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Feder 13 einerseits an der Nabe 7 und andererseits an einem Absatz der Welle 5 ab. Alternativ könnte sich die Feder auch am Sekundärrad 2 abstützen. Die Welle 5 trägt das Primärrad 1.
In der 4 ist eine Befüllleitung 15 vorgesehen, über welche der Zylinder 9.2 mit Arbeitsmedium befüllt wird. Vorteilhaft ist diese Befüllleitung 15, hier in Form einer oder mehrerer Bohrungen, derart angeordnet, dass der Eintritt der Befüllleitung 15 der Arbeitsmediumströmung im Arbeitsraum 3 entgegensteht. Somit wird der Zylinder 9.2 beim Befüllen des Arbeitsraumes 3 mit Arbeitsmedium oder auch bereits im Leerlauf, in dem der Arbeitsraum 3 nur mit einer Restmenge von Arbeitsmedium befüllt ist, befüllt. Wenn nun das Primärrad 1 auf das Sekundärrad 2 verschoben beziehungsweise drehverschoben wird, letzteres insbesondere mittels eines hier nicht dargestellten Gewindes, so wird das im Zylinder 9.2 befindliche Arbeitsmedium über den Spalt 16, hier in Form eines Ringspaltes, zwischen dem Kolben 9.1 und der Wandung des Zylinders 9.2 aus dem Zylinder 9.2 verdrängt, siehe den kleine Pfeil. Dieser Spalt 16 könnte auch mittels einer Dichtung, die eine gezielte Leckage ermöglicht, abgedichtet sein, wobei die Dichtung beispielsweise an dem Kolben 9.1 montiert ist und entlang der Wandung des Zylinders 9.2 gleitet.
Bei der in der 4 gezeigten Ausführungsform ist ferner die Befüllleitung 15 derart mündend im Zylinder 9.2 positioniert, dass bei der anfänglichen Verschiebung des Primärrades 1 und damit des Kolbens 9.1 Arbeitsmedium aus dem Zylinder 9.2 auch durch die Befüllleitung 15 verdrängt wird. Wenn hingegen die Verschiebung des Primärrades 1 gegen das Sekundärrad 2 weiter fortschreitet, überdeckt der Kolben 9.1 die Mündung der Befüllleitung 15 im Zylinder 9.2, sodass das Arbeitsmedium aus dem Zylinder 9.2 ausschließlich über den Spalt 16 verdrängt werden kann. Dementsprechend ist zunächst ein vergleichsweise leichtes Eintauchen des Kolbens 9.1 in den Zylinder 9.2 möglich, und dieses Eintauchen wird mit zunehmendem Verschiebeweg des Primärrades 1 stärker gedämpft.
Die gezeigte Befüllleitung 15 hat demnach eine Doppelfunktion: Zum einen ermöglicht sie ein sicheres Befüllen des Zylinders 9.2 mit Arbeitsmedium, um überhaupt die gewünschte Dämpfungswirkung zu erreichen. Zum anderen dient sie der anfänglichen Entleerung des Zylinders 9.2, wenn der Kolben 9.1 in den Zylinder 9.2 eintaucht.
Je größer die Verschiebegeschwindigkeit des Primärrades 1 ist, desto größer ist die entgegenwirkende Kraft, die aus der Verdrängung des Arbeitsmediums aus dem Zylinder 9.2 entwickelt wird.
Weiterhin wäre es denkbar, die in den Figuren gezeigten Ausführungen miteinander zu kombinieren.
Ferner ist es selbstverständlich möglich, die beschriebenen Dämpfungselemente auch im Bereich der nicht gezeigten Nicht-Bremsstellung anzuordnen, um das Primärrad 1 beim Verbringen in den Leerlauf des Retarders ebenfalls zu dämpfen.
Bezugszeichenliste

1: Primärrad
1.1: Teilbereich
2: Sekundärrad
2.1: Teilbereich
3: Arbeitsraum
4: Verzögerungseinrichtung
5: Welle
6: Anschlag
6.1: Aussparung
7: Nabe
7.1: Absatz
8: Feder
9: Kolben-Zylinder-Einheit
9.1: Kolben
9.2: Zylinder
10: Pfeil
11: Schraube
12: O-Ring
13: Feder
14: Kolbenring
15: Befüllleitung
16: Spalt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10219753 A1 [0002]
US 2359930 [0003]

Claims

Hydrodynamischer Retarder, 1.1 mit einem beschaufelten Primärrad (1) und einem beschaufelten Sekundärrad (2), welche miteinander einen mit Arbeitsmedium befüllbaren Arbeitsraum (3) ausbilden; 1.2 wenigstens eines der beiden Räder (1, 2) ist mit wenigstens seinem beschaufelten Teilbereich (1.1, 2.1) gegenüber dem anderen Rad (1, 2) derart axial verschiebbar ist, dass es zwischen einer Bremsstellung, in welcher es dem anderen Rad (1, 2) unmittelbar axial gegenübersteht, und einer Nicht-Bremsstellung, in welcher es mit einem gegenüber der Bremsstellung größeren axialen Abstand zu dem anderen Rad (1, 2) angeordnet ist, schaltbar ist; 1.3 wenigstens einem der beiden Räder (1, 2) ist eine Stelleinrichtung zugeordnet, welche eine Verschiebekraft auf das verschiebbare Rad (1, 2) ausübt, sodass dieses an das andere Rad (1, 2) anfahrbar und/oder von diesem abfahrbar ist; 1.4 mit einem Anschlag (6) zur Begrenzung des Verschiebeweges des verschiebbaren Rades (1, 2); gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 1.5 mit einer Verzögerungseinrichtung (4) zur Dämpfung des Anschlagens des Rades (1, 2) an dem Anschlag (6) bei der axialen Verschiebung des Rades (1, 2) in die Bremsstellung und/oder Nicht-Bremsstellung; wobei 1.6 die Verzögerungseinrichtung (4) derart ausgeführt ist, dass sie eine Kraft auf das verschiebbare Rad (1, 2), welche der Verschiebekraft entgegenwirkt, ausübt und die Verzögerungseinrichtung (4) nur in einem letzten Teilbereich des Verschiebeweges vor dem Anschlag (6) wirksam wird.
Hydrodynamischer Retarder gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der beiden Räder (1, 2) zu dessen axialer Verlagerung auf einer Welle (5) in Axialrichtung zwischen der Bremsstellung und Nicht-Bremsstellung relativ zu der Welle (5) beweglich gelagert ist; und 2.2 der Anschlag (6) drehfest mit der Welle (6) ausgeführt ist, sodass das Rad (1, 2) in der Bremsstellung oder Nicht-Bremsstellung zur Anlage mit dem Anschlag (6) kommt.
Hydrodynamischer Retarder gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das verschiebbare Rad (1, 2) mittels einer Nabe (7) auf der Welle (5) axial beweglich gelagert ist, wobei die Welle (5) ein Außengewinde, insbesondere Steilgewinde, und die Nabe (7) ein komplementäres Innengewinde aufweist, sodass durch Drehantreiben der Welle (5) oder des Rades (1, 2) das Rad (1, 2) relativ zur Welle (5) in Axialrichtung verschiebbar ist; wobei 3.1 die Nabe (7) mit ihrer dem Anschlag (6) zugewandten Stirnseite in der Bremsstellung und/oder Nicht-Bremsstellung zur Anlage mit dem Anschlag (6) kommt.
Hydrodynamischer Retarder gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungseinrichtung (4) wenigstens ein elektrisches, mechanisches, hydraulisches und/oder pneumatisches Dämpfungselement umfasst und das Dämpfungselement in Axialrichtung zwischen dem Rad (1, 2), insbesondere der Nabe (7) und dem Anschlag (6) positioniert und insbesondere am Anschlag (6) fixiert ist.
Hydrodynamischer Retarder gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (6) und/oder eines der beiden Räder (1, 2), insbesondere die Nabe (7), das Dämpfungselement ausbilden oder wenigstens mittelbar an einem solchen angeschlossen sind.
Hydrodynamischer Retarder gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement als elastisches Element, insbesondere Feder (8) wie Tellerfeder, oder als Federpaket, umfassend eine Mehrzahl an Federn (8), ausgeführt ist und die Federsteifigkeit der Feder/Federn (8) einen progressiven Verlauf aufweist.
Hydrodynamischer Retarder gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement wenigstens teilweise aus einem dämpfenden Material, insbesondere einem Polymer, hergestellt oder mit einem solchen beschichtet ist.
Hydrodynamischer Retarder gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungseinrichtung (4) eine hydraulische und/oder pneumatische Kolben-Zylinder-Einheit (9) umfasst, deren Kolben (9.1) durch das Anfahren des verschiebbaren Rades (1, 2) im Zylinder (9.2) verschoben wird und ein Dämpfungsmedium zwischen dem Kolben (9.1) und dem Zylinder (9.2) verdrängt, insbesondere mit einer zunehmenden Drosselung des verdrängten Dämpfungsmediums.
Hydrodynamischer Retarder gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (6) und das verschiebbare Rad (1, 2), insbesondere mittels dessen Nabe (7), das Dämpfungselement gemeinsam ausbilden und derart ausgeführt sind, dass diese eine hydraulische und/oder pneumatische Kolben-Zylinder-Einheit (9) ausbilden oder wenigstens mittelbar an einer solchen angeschlossen sind; wobei insbesondere 9.1 der Kolben (9.1) an der dem Anschlag (6) zugewandten Stirnseite des verschiebbaren Rades (1, 2), insbesondere dessen Nabe (7) angeordnet ist und in Form eines kreisringförmigen, in Axialrichtung hervorstehenden Absatzes (7.1) von dem verschiebbaren Rad (1, 2), Insbesondere dessen Nabe (7) ausgebildet wird; und 9.2 der Zylinder (9.2) eine komplementäre Aussparung aufweist und von dem Anschlag (6) ausgebildet wird, sodass das Rad (1, 2) bei dessen axialer Verschiebung auf die Brems- oder Nicht-Bremsstellung im Bereich des letzten Teilbereichs des Verschiebeweges vor dem Anschlag (6) durch Verdrängen von Dämpfungsmedium zwischen dem Kolben (9.1) und Zylinder (9.2) der Kolben-Zylinder-Einheit (9) verzögert wird.
Hydrodynamischer Retarder gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem hydrodynamischen Retarder ein Befüllsystem zum Befüllen des Arbeitsraumes (3) zugeordnet ist, die Verzögerungseinrichtung (4) im Befüllsystem integriert ist und die Dämpfung des Anschlagens des Rades (1, 2) durch kurzzeitig verlangsamte Befüllung des Arbeitsraumes (3) mit Arbeitsmedium erfolgt.
Hydrodynamischer Retarder gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung wenigstens eine Feder (13) umfasst, die derart ausgebildet ist, dass deren Federkraft im Sinne eines An- und/oder Abfahrens des verschiebbaren Rades (1, 2) über den gesamten Verschiebeweg wirkt.