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Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Maschine, insbesondere einen hydrodynamischen Retarder.
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Im Wesentlichen umfasst ein Retarder ein Retardergehäuse, einen beschaufelten Rotor und einen beschaufelten Stator, wobei Rotor und Stator miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum ausbilden, der entsprechend des Betriebszustandes der Maschine mit einem Arbeitsmedium befüllbar ist.
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Der Rotor ist auf einer drehbar gelagerten Welle angeordnet, die zumindest einseitig innerhalb des Retardergehäuses, mittels einem Lager, gelagert ist. Weiterhin kann eine Leerlaufpumpe vorgesehen sein, mittels der das Arbeitsmedium durch einen Verbindungskanal von einem Arbeitsmediumspeicher in den Arbeitsraum gepumpt werden kann.
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Hydrodynamische Retarder sind derart aufgebaut, dass diese, wenn diese mit einem Arbeitsmedium befüllt sind, ein Drehmoment von einem angetriebenen Primärschaufelrad, Rotor, auf ein stationäres Sekundärschaufelrad, auch Stator genannt, hydrodynamisch übertragen können.
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Rotor und Stator bilden dabei eine Funktionseinheit, die einen gemeinsamen Arbeitsraum aufweisen, der mit einem Arbeitsmedium befüllbar ist. Durch das Antreiben des Rotors, der auf einer abzubremsenden Welle, beispielsweise einer Getriebeausgangswelle oder einer indirekt mit den Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs drehfest verbundenen Welle (Gelenkwelle) angeordnet ist, wird das Arbeitsmedium im Rotor nach außen beschleunigt und tritt in den Stator ein, in welchem es radial nach innen strömend verzögert wird.
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Das Arbeitsmedium wird somit durch die Ausformung des gemeinsamen Arbeitsraumes in eine Kreislaufströmung versetzt. Durch die derart ausgebildete Kreislaufströmung wird ein Drehmoment – hier als Bremsmoment des Retarders bezeichnet – vom Rotor auf den Stator übertragen. Dabei wird der Rotor und insbesondere die mit dem Rotor drehfest verbundene Welle, verzögert.
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Die Größe des übertragbaren Bremsmomentes hängt dabei vom sogenannten Füllungsgrad des hydrodynamischen Retarders ab. Ist kein Bremsmoment erforderlich, wird der Retarder entleert, sodass der innere Widerstand des Retarders und damit die Verlustleistung möglichst gering ist. Die Entleerung sowie die Befüllung des Retarders kann beispielsweise mittels einer Drucksteuerung oder einer Pumpe erfolgen. Dabei wird das Arbeitsmedium aus einem Vorratsbehälter in den Arbeitsraum oder aus diesem zurück in den Vorratsbehälter gepumpt.
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Zur Reduzierung des inneren Widerstandes im Nicht-Bremsbetrieb des Retarders kann der Rotor auf der Welle verschoben werden, sodass die Wechselwirkung zwischen Rotor und Stator möglichst gering ist. Da allerdings auch die im Arbeitsraum verbleibende Luft eine Bremswirkung bewirkt und damit Wärme erzeugt, ist es auch im Nicht-Bremsbetrieb notwendig Arbeitsmedium, Wasser oder Öl, in den Arbeitsraum zu fördern. Weiterhin muss die Schmierung und Kühlung der retarderseitigen Rotorwellenlagerung gewährleistet sein, die ja auch im Nicht-Bremsbetrieb ständig mit der Getriebedrehzahl dreht.
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In der
DE 10 2008 049 283 wird beispielsweise vorgeschlagen, einen Schmierkanal zwischen der Druckseite der Absaugpumpe und dem Lager vorzusehen. Gleichzeitig wird vorgeschlagen, die Absaugpumpe nur zeitweise zu aktivieren, um die Verlustleistung zu minimieren. Nachteilig daran ist, dass so keine gleichmäßige Schmierung und Kühlung des Lagers erfolgt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Lösung vorzuschlagen, um den Retarder im Leerlaufbetrieb zuverlässig mit Arbeitsmedium zu versorgen.
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Eine erfindungsgemäße hydrodynamische Maschine, insbesondere hydrodynamischer Retarder, entsprechend der eingangs genannten Art bzw. des Anspruchs 1, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Lager zumindest einen Teilbereich des Verbindungskanals bildet, sodass das Lager von dem von der Leerlaufpumpe geförderten Arbeitsmedium zumindest teilweise gekühlt und/oder geschmiert wird.
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Gemäß der vorteilhaften Ausführung ist sichergestellt, dass der Arbeitsraum, der von dem Rotor und dem Stator ausgebildet wird, im Nicht-Bremsbetrieb ausreichend mit Arbeitsmedium, z. B. Öl oder Wasser, befüllt wird, sodass der innere Widerstand des Retarders minimiert und eine ausreichende Kühlung erreicht wird.
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Weiterhin ist sichergestellt, dass die Lagerung der Rotorwelle, die zumindest einseitig mittels einem Lager innerhalb des Retardergehäuses gelagert ist, auch im Nicht-Bremsbetrieb ausreichend geschmiert und/oder gekühlt wird.
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Vorzugsweise wird das Arbeitsmedium mittels einer Leerlaufpumpe durch einen Verbindungskanal von einem Arbeitsmediumspeicher in den Arbeitsraum gepumpt. Der Kanal kann eine Drossel enthalten, um den Arbeitsmediumstrom zu steuern oder zu regeln.
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Im Sinne der Erfindung wird das Arbeitsfluid von der Leerlaufpumpe durch einen Kanal gepumpt, der durch mehrere Teilkanäle gebildet wird. Ein Teilkanal bzw. Teilbereich des Verbindungskanals wird dabei von dem Durchgangsquerschnitt des Lagers, also den Zwischenräumen zwischen den Rollkörpern des Lagers, gebildet, sodass ein Teil des Arbeitsmediums durch das Lager in den Arbeitsraum gelangt. Ein weiterer Teilkanal wird durch eine parallele Kanalverbindung, z. B. den Einströmkanal im Betriebszustand, gebildet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung wird die Leerlaufpumpe von der Welle des Retarders angetrieben. Dabei kann die Pumpenwelle der Leerlaufpumpe in direkter Verbindung mit der Welle stehen.
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In einer bevorzugten Ausführung ist das Pumpengehäuse der Leerlaufpumpe am Retardergehäuse bzw. einem Retardergehäuseteil befestigt. So kann die Leerlaufpumpe z. B. in eine entsprechende Aussparung im Pumpengehäuse eingesetzt werden, in der Art, dass die Welle und die Pumpenwelle zueinander fluchten und direkt miteinander verbunden werden können.
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Das Pumpengehäuse ist in der bevorzugten Ausführung zumindest zweiteilig aufgebaut, bestehend aus einem Pumpenkörper und einem Pumpendeckel, wobei weiterhin bevorzugt der Pumpenkörper zwischen Retardergehäuse und Pumpendeckel positioniert bzw. geklemmt ist. Durch diesen einfachen zweiteiligen Aufbau der Leerlaufpumpe brauchen nur die Kontaktflächen zwischen Pumpenkörper und Pumpendeckel genau bearbeitet zu werden, die erforderliche Breitentoleranz des Pumpenraums für das Pumpenrad kann somit sehr einfach eingehalten bzw. erreicht werden.
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Die Pumpengehäuseteile können aus einem Gussmaterial bestehen.
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Um Längenausdehnungen der Retarderwelle ausgleichen zu können, ist es vorteilhaft, wenn das Pumpenrad der Leerlaufpumpe axial verschiebbar auf der Pumpenwelle gelagert ist. Diese Verbindung kann z. B. eine Passfeder-, eine Keilwellen- oder eine Evolventenverbindung sein.
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Das Pumpenrad kann beispielsweise aus Kunststoff bestehen.
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Da mittels der Leerlaufpumpe ein relativ kleiner Volumenstrom gepumpt wird, ist diese vorzugsweise derart auszulegen, dass der Außendurchmesser des Pumpenrades kleiner ist als der Innendurchmesser des Arbeitsraumes oder kleiner ist als der Wellendurchmesser. Dadurch ist eine einfache Montage der Leerlaufpumpe möglich.
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Wie bereits erwähnt, besteht der Verbindungskanal zwischen Vorratsbehälter und Arbeitsraum aus mehreren Teilkanalstücken. Zwischen Pumpenausgang, druckseitig, und Lager kann der Verbindungskanal ringförmig ausgebildet sein. So ist sichergestellt, dass das Lager immer ausreichend mit Arbeitsmedium in Kontakt ist und somit eine ausreichende Kühlung und Schmierung gewährleistet ist.
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Des Weiteren kann der Verbindungskanal am Pumpeneintritt, saugseitig, durch einen Eintrittskanal im Pumpendeckel, am Pumpenaustritt durch einen Austrittskanal im Pumpenkörper und zwischen Ringkanal und Austrittskanal durch mindestens eine Öffnung im Retardergehäuse gebildet sein. Der Kanal wird also im Wesentlichen durch die Pumpengehäuseteile und die Retardergehäuseteile gebildet, wobei zwischen den Teilen zumindest im Bereich des Kanals Dichtelemente vorgesehen werden können.
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Im Vorratsbehälter endet der Verbindungskanal unterhalb des Arbeitsmediumspiegels, wobei der Einlass in den Kanal ein Unteres Einlassende aufweist, das möglichst am tiefsten Punkt des Vorratsbehälters positioniert ist. Weiterhin ist das Einlassende vorzugsweise möglichst weit weg von der Mündung des Rücklaufs positioniert. Zwischen Einlassende und Rücklaufeinlass kann weiterhin eine Trennung im Vorratsbehälter vorgesehen sein. Dadurch wird erreicht, dass nur luftfreies Arbeitsmedium in den Arbeitsraum gepumpt wird.
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Weitere Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Skizzen näher erläutert.
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In diesen zeigen:
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1 eine Leerlaufpumpe im eingebauten Zustand
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2 eine schematische Darstellung des Arbeitsfluidkreislaufes der Leerlaufpumpe
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1 zeigt eine Leerlaufpumpe 25 im eingebauten Zustand. Der Verbindungskanal 19 zwischen dem Arbeitsmediumspeicher 23 und dem Arbeitsraum 24 führt über die Leerlaufpumpe 25 und das Lager 18 sowie über mindestens eine zusätzliche, hier nicht dargestellte Verbindung, in den Arbeitsraum. So wird zumindest ein Teil des Arbeitsmediums mittels der Leerlaufpumpe 25 dem Lager 18 zugeführt.
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Ein Teil des Arbeitsmediums 15 kann somit durch das Lager 18 in den Arbeitsraum 24 gelangen. Das Lager 18 wird dabei geschmiert und gekühlt. Ein weiterer Teil gelangt durch den Vorlaufkanal für den Bremsbetriebsfall in den Arbeitsraum 24.
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Die Leerlaufpumpe 25 wird über die Wellen 3 und 4 angetrieben, die miteinander in Verbindung stehen, sodass das Pumpenrad 7 immer mit Wellendrehzahl dreht. Die Pumpenförderleistung hängt somit direkt mit der Drehzahl des Rotors 16 zusammen. Die Pumpenförderleistung ist somit an die Erfordernisse bei den entsprechenden Drehzahlen des Rotors 16 angepasst.
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Um die Fertigung des Pumpengehäuses zu vereinfachen, ist dieses zweiteilig aufgebaut. Es besteht aus dem Pumpenkörper 6 sowie dem Pumpendeckel 8. Das Pumpenrad 7 läuft im Pumpenraum zwischen dem Pumpenkörper 6 und dem Pumpendeckel 8. Es ist auf der Welle 4 verschiebbar gelagert, sodass es sich in Axialrichtung frei bewegen kann. Axiale Bewegungen der Wellen 3, 4 haben somit keinen Krafteinfluss auf das Pumpenrad 7.
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Der Einbau der Leerlaufpumpe 25 erfolgt in folgender Reihenfolge. Zuerst wird die Dichtung 9 und der Pumpenkörper 6 in das Statorgehäuseteil 5 eingesetzt. Anschließend wird das Pumpenrad 7 eingesetzt und das Pumpengehäuse mit dem Pumpendeckel 8 verschlossen. Die Verschraubung erfolgt zwischen Pumpendeckel 8 und Statorgehäuseteil 5, sodass der Pumpenkörper 6 zwischen Statorgehäuseteil 5 und Pumpendeckel 8 geklemmt wird.
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Wie in 1 dargestellt, kann der Arbeitsmediumspeicher 23 Teil des Retardergehäuses 2 sein, sodass das Arbeitsmedium direkt vom Arbeitsmediumspeicher 23 zur Leerlaufpumpe 25 gelangt.
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In 2 ist eine schematische Darstellung des Arbeitsfluidkreislaufes für die Leerlaufpumpe 25 dargestellt. Da in dieser Erfindung der Arbeitsmediumkreislauf im Nicht-Bremsbetrieb betrachtet wird, ist der Arbeitsfluidkreislauf für den Bremsbetrieb nicht dargestellt.
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Das Arbeitsmedium 15 wird aus dem Arbeitsmediumspeicher 23 über den Verbindungskanal 19, der eine Drossel enthalten kann, von der Leerlaufpumpe 25 angesaugt und in den Arbeitsraum 24 gepumpt. Wie aus 2 zu erkennen ist, wird der Arbeitsmediumstrom hinter der Leerlaufpumpe 25 aufgeteilt. Ein Teil des Arbeitsmediums 15 nimmt dem Weg durch das Lager 18 in den Arbeitsraum 24 ein zweiter Teil des Arbeitsmediums 15 gelangt über den Zuführkanal 27 in den Arbeitsraum 24. Der Zuführkanal 27 ist der Kanal, durch den das Arbeitsmedium 24 auch im Bremsbetrieb dem Arbeitsraum 24 zugeführt wird.
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Überflüssiges Arbeitsmedium 15 wird über eine Schöpfvorrichtung und dem Rückführkanal 20 zurück in den Arbeitsmediumspeicher 23 geleitet. Da dieses zurückgeführte Arbeitsmedium 15 Luft enthalten kann, können im Rückführkanal 20 Vorrichtungen vorgesehen sein, die das Arbeitsmedium entlüften. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Rückführkanal 20 in einem Bereich des Arbeitsmediumspeichers 23 endet, der gegenüber der möglichst weit von der Ansaugstelle für das Arbeitsmedium beabstandet ist. Eine zusätzliche Abgrenzung kann mittels einer Speichertrennung 26 oder Teiltrennung realisiert werden.
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Eine weitere Option besteht darin, das zurückgeführte Arbeitsmedium 15 vor der Rückführung in den Arbeitsmediumspeicher 23 über den Kühler 21 oder über einen separaten Kühler zu führen und somit abzukühlen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Retarder
- 2
- Retardergehäuse
- 3
- Welle
- 4
- Pumpenwelle
- 5
- Statorgehäuseteil
- 6
- Pumpenkörper
- 7
- Pumpenrad
- 8
- Pumpendeckel
- 9
- Dichtung
- 10
- Zulauf
- 11
- Ablauf
- 12
- Passfeder
- 13
- Verschraubung
- 14
- Arbeitsmediumfluss
- 15
- Arbeitsmedium
- 16
- Rotor
- 17
- Stator
- 18
- Lager
- 19
- Verbindungskanal
- 20
- Rücklauf
- 21
- Kühler
- 22
- Drucksteuerung
- 23
- Arbeitsmediumspeicher
- 24
- Arbeitsraum
- 25
- Leerlaufpumpe
- 26
- Speichertrennung
- 27
- Zuführkanal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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