DE102013207004A1

DE102013207004A1 - Retarder

Info

Publication number: DE102013207004A1
Application number: DE201310207004
Authority: DE
Inventors: Alexander Martin; Dieter Laukemann
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2013-04-18
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2014-10-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Maschine, insbesondere hydrodynamischen Retarder, umfassend ein Retardergehäuse, in dem ein Rotor und ein Stator positioniert sind, wobei Rotor und Stator miteinander einen Arbeitsraum ausbilden, der entsprechend des Betriebszustandes der Maschine mit einem Arbeitsmedium (13) aus einem Vorratsbehälter (1) befüllbar ist, das mittels eines Druckbeaufschlagungssystem (2) aus diesem in den Arbeitsraum gefördert werden kann, wobei der Vorratsbehälter (1) im Nicht-Bremsbetrieb über das Druckbeaufschlagungssystem (2) gegenüber der Umgebungsluft (3) entlüftet werden kann. Um einen absoluten Druckausgleich gegenüber der Umgebung zu schaffen, ist der Vorratsbehälter (1) erfindungsgemäß zusätzlich über einen verschließbaren Kanal (4a, b, 10, 11, 12), mit der Umgebungsluft (3) verbunden. So ist sichergestellt, dass im Nicht-Bremsbetrieb kein Arbeitsmedium über den Steigkanal in den Arbeitsraum gelangt.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Maschine, insbesondere einen hydrodynamischen Retarder.
Im Wesentlichen umfast 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 aus einem Vorratsbehälter befüllbar ist.
Hydrodynamische Retarder sind derart aufgebaut, dass diese, wenn sie mit einem Arbeitsmedium befüllt sind, ein Drehmoment von einem angetriebenen Primärschaufelrad, Rotor, auf ein stationäres Sekundärschaufelrad, auch Stator genannt, hydrodynamisch übertragen können.
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.
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 verzögert und insbesondere die mit dem Rotor drehfest verbundene Welle, verzögert.
Das Arbeitsmedium, insbesondere Öl oder Wasser, wird für den Bremsbetrieb, also sobald ein Bremsmoment benötigt wird, mittels eines Druckbeaufschlagungssystems aus dem Vorratsbehälter durch einen Steigkanal und einen Zulaufkanal in den Arbeitsraum gefördert.
Im Nicht-Bremsbetrieb ist das Arbeitsmedium bis auf eine kleine Kreislaufmenge im Vorratsbehälter. Im Idealfall ist der Vorratsbehälter dann vollständig gegenüber der Umgebung entlüftet, wobei die Entlüftung im StdT über das Druckbeaufschlagungssystem, bzw. das Proportionalventil Druckbeaufschlagungssystems erfolgt. Nur wenn der Vorratsbehälter vollständig entlüftet ist, ist sichergestellt, dass kein Arbeitsmedium oder Arbeitsmediumschaum im Steigkanal über ein vorgegebenes Niveau steigt, bzw. gedrückt wird.
Es hat sich in der Praxis allerdings herausgestellt, dass das Proportionalventil die vollständige Entlüftung nicht gewährleisten kann, sodass regelmäßig Arbeitsmedium oder Arbeitsmediumschaum im Steigkanal über das vorgegebene Niveau steigt und in den Arbeitsraum gelangt, sodass die Leerlaufverlustleistung vergrößert wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Lösung vorzuschlagen, um die Betriebssicherheit einer hydrodynamischen Maschine im Leerlaufbetrieb bzw. im Nicht-Bremsbetrieb zu erhöhen.
Eine erfindungsgemäße hydrodynamische Maschine, insbesondere hydrodynamischer Retarder, entsprechend der eingangs genannten Art bzw. des Anspruchs 1, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter zusätzlich über einen verschließbaren Kanal mit der Umgebungsluft verbunden ist.
Der Vorratsbehälter wird im Nicht-Bremsbetrieb somit nicht nur über das Druckbeaufschlagungssystem gegenüber der Umgebungsluft entlüftet, sondern zur Sicherstellung der vollständigen Entlüftung wird der Vorratsbehälter über einen zusätzlichen Kanal mit der Umgebung verbunden.
Das Druckbeaufschlagungssystem, bzw. das Proportionalventil des Druckbeaufschlagungssystems, kann nun in vorteilhafterweise für den Bremsbetrieb optimiert werden.
Der Kanal kann vorzugsweise durch ein Ventil in ein erstes und zweites Kanalstück geteilt sein, wobei das Ventil im Nicht-Bremsbetrieb in einer Offenstellung und im Bremsbetrieb in eine Schließstellung schaltet. Hier können alle bekannten Ventiltypen zum Einsatz kommen. Zu bevorzugen sind selbstständig schaltende Ventile.
In einer bevorzugten Ausführung ist das Ventil derart ausgelegt, dass es bei einer Druckdifferenz gegenüber dem Umgebungsdruck zwischen 0,01 bis 0,1 bar, vorzugsweise bei 0,05 bar, von der Schließstellung in die Offenstellung schaltet.
Das Ventil kann beispielsweise ein Schließelement umfassen, das derart ausgelegt ist, dass die in der Schließstellung auf das Schließelement wirkende Haltekraft F, hervorgerufen durch die Druckdifferenz, größer ist als die Gewichtskraft des Schließelementes.
Das Schließelement öffnet somit erst bei Unterschreitung eines Druckwertes im Vorratsbehälter, der niedriger ist als der Druck, der für eine Bremsung benötigt wird. Vorzugsweise ist dieser Druckwert niedriger als der Druck, der notwendig ist, um das Arbeitsmedium im Steigkanal über eine definierte Höhe anzuheben. Auf jeden Fall ist der Druck niedriger, als der Druck der notwendig ist, um das Arbeitsmedium vom Vorratsbehälter über den Steigkanal in den Zuführkanal zum Arbeitsraum zu fördern. So ist sichergestellt, dass im Nicht-Bremsbetrieb Arbeitsmedium in den Arbeitsraum gelangen kann.
Das Schließelement kann eine Kugel, ein Zylinder oder ein Membranelement sein.
In einer bevorzugten Ausführung ist das Schließelement eine Stahlkugel, die mit einem Elastomer ummantelt ist. Das Elastomer gewährleistet eine bessere Abdichtung gegenüber der Dichtfläche im Ventil.
Das Ventil kann beispielsweise als Einsteck- oder Einschraubventil ausgeführt sein, wobei das Ventil derart aufgebaut ist, dass das erste und zweite Kanalstück die vorzugsweise durch das Retardergehäuse verlaufen, erst im vollständig eingebauten Zustand des Ventils in das Retardergehäuse miteinander in Verbindung treten. Das bedeutet, dass nur im vollständig eingebauten Zustand des Ventils die Funktion des Ventils gewährleistet ist.
Weiterhin kann vorgesehen werden, dass das erste Kanalstück zwischen Vorratsbehälter und Ventil zumindest teilweise durch ein Labyrinth gebildet wird. Das Labyrinth verhindert, dass das Arbeitsmedium bzw. Arbeitsmediumschaum durch den Kanal über das Ventil in die Umgebung gelangt. Insbesondere um den möglicherweise in das Labyrinth eintretenden Arbeitsmediumschaum zu zerstören, sind im Labyrinth Bereiche mit Volumenerweiterungen vorgesehen.
Des Weiteren kann das zweite Kanalstück zwischen Ventil und Umgebung zumindest teilweise durch einen Schallreduzierraum gebildet werden. Am Kanalausgang kann zudem noch ein Schalldämpferelement vorgesehen sein.
Weitere Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Skizzen näher erläutert.
In diesen zeigen:
1 eine Skizze der erfindungsgemäßen Entlüftung des Vorratsbehälters
2a, b ein Ventil in Offen- und Geschlossenstellung
1 zeigt eine Skizze der erfindungsgemäßen Entlüftung des Vorratsbehälters 1 eines hydrodynamischen Retarders. Der Tank für das Arbeitsmedium 13 befindet sich in der Regel direkt in einem Teilbereich des Retardergehäuses. In dem Retardergehäuse sind ebenfalls alle Kanäle integriert, die für den Betrieb notwendig sind (hier nicht dargestellt). Hierzu zählt insbesondere der Steigkanal, der bis an den tiefsten Punkt in den Vorratsbehälter 1 hineinreicht. Durch den Steigkanal gelangt das Arbeitsmedium 13 in den Arbeitsraum zwischen Rotor und Stator des Retarders.
Im Nicht-Bremsbetrieb hat das Arbeitsmedium 13 im Vorratsbehälter 1 ein vorgegebenes Niveau. Oberhalb dieses Arbeitsmediumspiegels ist ein Luftvolumen. Dieses Luftvolumen ist im Nicht-Bremsbetrieb über das Proportionalventil 14 des Druckbeaufschlagungssystems mit der Umgebung verbunden. Im Bremsbetrieb wird der Vorratsbehälter 1 mit Druckluft beaufschlagt, sodass das Arbeitsmedium 13 durch den Steigkanal 6 in den Arbeitsraum, nicht dargestellt, gefördert wird.
Der Vorratsbehälter 1 ist somit über einen Vorlauf an einen Arbeitsmediumeinlass des Arbeitsraums angeschlossen, um Arbeitsmedium 13 aus dem Vorratsbehälter 1 in den Arbeitsraum zuführen zu können. Ferner ist der Vorratsbehälter 1 über einen Rücklauf an einen Arbeitsmediumauslass des Arbeitsraumes angeschlossen, um aus dem Arbeitsraum ausgeleitetes Arbeitsmedium in den Arbeitsmedium Vorratsbehälter 1 leiten zu können.
Gemäß der Erfindung ist der Vorratsbehälter 1 zusätzlich über einen verschließbaren Kanal mit der Umgebungsluft verbunden. Der zusätzliche Kanal setzt sich wie in 1 gezeigt aus mehreren Teilkanälen 4a, b, 10, 11 und einem Ventil 5 zusammen. Über diesen zusätzlichen Kanal wird die Restdruckentlüftung realisiert. Wie bereits beschrieben, kann mittels des Proportionalventils 14 keine hundertprozentige Restdruckentlüftung im Vorratsbehälter 1 gewährleistet werden.
Der in 1 gezeigte Kanal setzt sich zusammen aus einem Labyrinthsystem 10, einem ersten Kanalstück 4a und einem zweiten Kanalstück 4b, welches in einem Schallreduzierraum 11 endet und über einen Schalldämpfer 12 mit der Umgebung 3 verbunden ist.
Der Schallreduzierraum 11, das Labyrinthsystem 10 und der Kanal 4a, b selbst sind vorzugsweise im Gehäuse des Retarders untergebracht bzw. integriert. Das Gehäuse kann dabei aus mehreren Einzelteilen bestehen.
Der Auslass des Proportionalventils 14 kann ebenfalls in dem Schallreduzierraum 11 enden. Im weitesten Sinne verlaufen die beiden Entlüftungsventile somit parallel.
In 2 ist das Ventil im Detail dargestellt. 2a zeigt das Ventil im Nicht-Bremsbetrieb, also in Offenstellung, 2b zeigt das Ventil im Bremsbetrieb, also in geschlossener Stellung.
Das Ventil ist derart ausgelegt, dass es bei einer Druckdifferenz gegenüber dem Umgebungsdruck 3 zwischen 0,01 bis 0,1 bar, vorzugsweise bei 0,05 bar, von der Schließstellung in die Offenstellung schaltet.
Im Bremsbetrieb wird der Vorratsbehälter 1 über das Druckbeaufschlagungssystem 2 mit Druckluft beaufschlagt. Durch die Druckluft wird zum einen das Ventil 5 geschlossen und zum anderen das Arbeitsmedium 13 über den Steigkanal 6 in den Arbeitsraum gedrückt. Das Ventil bzw. der Ventilkörper 7 ist so ausgelegt, dass der Ventilkörper 7 beim aufbringen eines Bremsdruckes schließt. Sobald der Vorratsbehälter 1 mit Bremsdruck von der Druckluftquelle 15 beaufschlagt wird, strömt Luft von unten in das Ventil 5 und bewegt den Ventilkörper 7 in die Schließstellung.
Das hier gezeigte Ventil 5 ist ein Einschraubventil, welches in das Gehäuse des Retarders eingeschraubt wird. Das Ventil 5 ist derart gestaltet, dass die Funktion des Ventils 5 nur gewährleistet ist, wenn das Ventil 5 vollständig in das Retardergehäuse eingeschraubt ist. Nur im eingeschraubten Zustand ist das erste Kanalstück 4a und das zweite Kanalstück 4b über das Ventil bzw. den inneren Ventilkanal miteinander verbunden.
Bezugszeichenliste

1: Vorratsbehälter
2: Druckbeaufschlagungssystem
3: Umgebungsluft
4a, b: Kanal
5: Ventil
6: Steigkanal
7: Ventilkörper
8: Elastomer
9: Stahlkugel
10: Labyrinth
11: Schallreduzierraum
12: Schalldämpferelement
13: Arbeitsmedium
14: Proportionalventil
15: Druckluftquelle

Claims

Hydrodynamische Maschine, insbesondere hydrodynamischer Retarder, umfassend ein Retardergehäuse, in dem ein Rotor und ein Stator positioniert sind, wobei Rotor und Stator miteinander einen Arbeitsraum ausbilden, der entsprechend des Betriebszustandes der Maschine mit einem Arbeitsmedium (13) aus einem Vorratsbehälter (1) befüllbar ist, das mittels eines Druckbeaufschlagungssystems (2) aus diesem in den Arbeitsraum gefördert werden kann, wobei der Vorratsbehälter (1) im Nicht-Bremsbetrieb über das Druckbeaufschlagungssystem (2) gegenüber der Umgebungsluft (3) entlüftet werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter (1) zusätzlich über einen verschließbaren Kanal (4a, b, 5, 10, 11, 12), mit der Umgebungsluft (3) verbunden ist.
Hydrodynamische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (4a, b, 10, 11, 12) durch ein Ventil (5) in ein erstes und zweites Kanalstück (4a, b) geteilt wird, wobei das Ventil (5) im Nicht-Bremsbetrieb in einer Offenstellung und im Bremsbetrieb in eine Schließstellung schaltet.
Hydrodynamische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (5) bei einer Druckdifferenz gegenüber dem Umgebungsdruck zwischen 0,01 bis 0,1 bar, vorzugsweise bei 0,05 bar, von der Schließstellung in die Offenstellung schaltet.
Hydrodynamische Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (5) ein Schließelement (7) umfasst, das derart ausgelegt ist, dass die in der Schließstellung auf das Schließelement (7) wirkende Haltekraft F, hervorgerufen durch die Druckdifferenz, größer ist als die Gewichtskraft des Schließelementes (7).
Hydrodynamische Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (7) eine Kugel, ein Zylinder oder ein Membranelement ist.
Hydrodynamische Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (7) eine mit einem Elastomer (8) ummantelte Stahlkugel (9) ist.
Hydrodynamische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (5) ein Einsteck- oder Einschraubventil ist, wobei dass Ventil (5) derart aufgebaut ist, dass das erste und zweite Kanalstück (4a, b) erst im vollständig eingebauten Zustand des Ventils (5), in das Retardergehäuse, miteinander in Verbindung treten.
Hydrodynamische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kanalstück (4a) zwischen Vorratsbehälter (1) und Ventil (5), zumindest teilweise durch ein Labyrinth (10) gebildet wird.
Hydrodynamische Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Labyrinth (10) Bereiche mit Volumenerweiterungen aufweist.
Hydrodynamische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kanalstück (4b) zwischen Ventil (5) und Umgebung (3) zumindest teilweise durch einen Schallreduzierraum (11) gebildet wird und/oder am Auslass ein Schalldämpferelement (12) aufweist.