DE102013208901A1

DE102013208901A1 - Retarder mit verbesserter Lagerschmierung

Info

Publication number: DE102013208901A1
Application number: DE201310208901
Authority: DE
Inventors: Dieter Laukemann; Vladimir Bogatkin
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2013-05-14
Filing date: 2013-05-14
Publication date: 2014-11-20
Also published as: CN104329399B; CN104329399A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Maschine, insbesondere hydrodynamischer Retarder (1), umfassend ein Retardergehäuse (2), einen Rotor (3) und einen Stator (4), wobei Rotor (3) und Stator (4) miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum (5) ausbilden, der entsprechend des Betriebszustandes der Maschine über einen Einlassbereich (8) und einen Auslassbereich (7) mit einem Arbeitsmedium aus einem externen Arbeitsmediumkreislauf (9) verbunden ist, bei der der Rotor (3) auf einer drehbar gelagerten Welle (10) angeordnet ist, die zumindest einseitig innerhalb des Retardergehäuses (2) mittels eines Lagers (11) gelagert ist. Zur Verbesserung der Betriebssicherheit im Nicht-Bremsbetrieb wird vorgeschlagen, dass zwischen Auslassbereich (7) und Einlassbereich (6) ein Verbindungskanal (12) angeordnet ist, durch den zumindest im Nicht-Bremsbetrieb Arbeitsmedium zur Schmierung des Lagers (11) strömen kann, sodass dieses ausreichend geschmiert und/oder gekühlt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Maschine, insbesondere einen hydrodynamischen Retarder.
Im Wesentlichen umfasst ein Retarder ein Retardergehäuse, einen beschaufelten Rotor und einen beschaufelten Stator, wobei Rotor und Stator miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum ausbilden. Dieser ist entsprechend des Betriebszustandes der Maschine über einen Einlassbereich und einen Auslassbereich mit einem Arbeitsmedium aus einem externen Arbeitsmediumkreislauf verbunden.
Der Rotor ist auf einer drehbar gelagerten Welle angeordnet, die zumindest einseitig innerhalb des Retardergehäuses, mittels einem Lager, gelagert ist.
Hydrodynamische Maschinen oder Retarder dieser Art sind in vielen Varianten auf dem Markt bzw. aus einer großen Anzahl von Veröffentlichungen bekannt geworden. Als Arbeitsmedium kommen Öle aber auch Wasser mit unterschiedlichen Beimischungen infrage.
Einige dieses Variaten sind derart aufgebaut, dass ein Lager der Retarderwelle innerhalb des Retardergehäuses angeordnet ist. Das Lager ist im Allgemeinen derart angeordnet, dass es während des Bremsbetriebes des Retarders zuverlässig mittels des Arbeitsmediums geschiert und gekühlt wird. Dazu ist das Lager mit dem Zuströmkanal bzw. dem Einlassbereich des Arbeitsraumes verbunden.
Die Betriebszeit bzw. die Zeit, in der ein Bremsmoment vom Retarder abverlangt wird, ist im Vergleich zum Nicht-Bremsbetrieb allerdings relativ gering. Daraus ergibt sich für den Nicht-Bremsbetrieb das Problem, dass das retarderseitige Lager oder die retarderseitige Lagerung, in einem Ölretarder, nicht ausreichend geschmiert wird. Es ist zwar immer eine Restmenge an Öl im Retarder, allein schon um den Leerlaufwiderstand zu reduzieren, dieses gelangt aber nicht zuverlässig zur Lagerstelle. Um eine ausreichende Schmierung und Kühlung zu erreichen, sind aus dem Stand der Technik Bypasslösungen bekannt, die unter anderem auch Pumpvorrichtungen vorsehen, um einen Arbeitsmediumstrom zum Lager zu fördern.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Lösung vorzuschlagen, um die retarderseitige Lagerung im Leerlaufbetrieb zuverlässig mit Arbeitsmedium zu versorgen.
Eine erfindungsgemäße hydrodynamische Maschine, insbesondere hydrodynamischer Retarder, entsprechend der eingangs genannten Art bzw. des Anspruchs 1, ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Auslassbereich und Einlassbereich ein Verbindungskanal angeordnet ist, durch den, zumindest im Nicht-Bremsbetrieb, Arbeitsmedium zur Schmierung des Lagers strömen kann.
Der Verbindungskanal, man kann diesen auch als Kurzschlusskanal bezeichnen, ist derart ausgelegt, das Arbeitsmedium im Nicht-Bremsbetrieb vom Auslassbereich zum Einlassbereich gelangen kann. Die Pumpfunktion übernimmt dabei der Retarder selbst.
Das nach einer Bremsung im Retarder verbleibende Restöl wird im Nicht-Bremsbetrieb, Leerlaufbetrieb, immer vom Einlassbereich zum Auslassbereich gepumpt. Im Auslassbereich entsteht dadurch ein Überdruck, durch den ein Anteil des dort angesammelten Arbeitsmediums, durch den Verbindungskanal zurück in den Einlassbereich gedrückt wird.
Da das Lager mit dem Einlassbereich in Verbindung steht, gelangt das Arbeitsmedium so auch an das Lager. Das zur Schmierung eingesetzte Arbeitsmedium wird anschließend über einen Einlasskanal und den Arbeitsraum zurück zum Auslassbereich gepumpt.
Der Verbindungskanal ist derart dimensioniert, dass so zumindest eine ausreichende Schmierung des retarderseitigen Lagers gewährleistet ist.
Es wird somit ein gewisser Anteil des innerhalb des Retarders umgewälzten Arbeitsmediums bzw. Öls zur Schmierung und Kühlung des Lagers verwendet.
In einer bevorzugten Ausführung kann der Verbindungskanal im Stator angeordnet sein. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Stator derart aufgebaut ist, dass er gleichzeitig die Trennung von Einlassbereich und Auslassbereich herstellt.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Verbindungskanal im unteren Retarderbereich oder Statorbereich angeordnet ist. Selbst eine kleine Restölmenge wird somit zwanghaft vom Auslassbereich, in den es durch die Pumpwirkung des Retarders gepumpt wird, über den Verbindungskanal in den Einlassbereich, in dem sich auch das Lager befindet, gepumpt. Von dort gelangt es anschließend über den Einlasskanal zurück in den Kreislauf.
Weiterhin kann der Verbindungskanal auch auf einem Kreisbogen in einem Bereich von +–15°, vorzugsweise +–9°, von einem untersten Kreisbogenpunkt im Stator angeordnet sein.
Um die Schmierölmenge zu optimieren, kann der Verbindungskanal einen Durchmesser von 0,5 mm bis 5 mm, vorzugsweise 2 mm, aufweisen.
Zur Verhinderung einer Strömung vom Einlassbereich zurück in den Auslassbereich kann in dem Verbindungskanal ein Rückschlagventil angeordnet sein.
In einer vorteilhaften Ausführung kann der Verbindungskanal parallel zur Trennebene zwischen Rotor und Stator verlaufen.
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 Retarder im Bremsbetrieb ohne Verbindungskanal
2 Retarder im Nicht-Bremsbetrieb mit Verbindungskanal
3a, b Stator mit Verbindungskanal in zwei Ansichten
1 zeigt einen Retarder 1 im Bremsbetrieb ohne Verbindungskanal. Das Arbeitsmedium aus dem externen Arbeitsmediumkreislauf 9 wird dem Einlassbereich 8 zugeführt. Von dort gelangt es über den Einlasskanal 14, hier im Stator 4 angeordnet, in den Arbeitsraum zwischen Rotor 3 und Stator 4. Befindet sich Arbeitsmedium, z.B. Öl, im Arbeitsraum, wird ein Bremsmoment durch den Retarder erzeugt, wodurch sich das Öl erhitzt. Zum Zweck der Kühlung wird durch die Pumpwirkung des Retarders immer eine Teilmenge des Arbeitsmediums durch die Auslassbohrung 15, hier im Stator 4 angeordnet, zurück in den externen Arbeitsmediumkreislauf 9 gepumpt.
Der externe Arbeitsmediumkreislauf 9 besteht im Wesentlichen aus einem Arbeitsmediumspeicher 19, der mit Druckluft beaufschlagbar ist, und einem Kühler 18. Im Bremsbetrieb wird der Arbeitsmediumspeicher 19 mit Druckluft beaufschlagt, sodass das Arbeitsmedium, in den Retarder 1 bzw. in den Arbeitsraum 6 gelangt. Im Bremsbetrieb entsteht ein Ölkreislauf, in dem das Öl zwischen Retarder 1 und Kühler 18 rotiert.
Die Retarderwelle 5 mit dem daran befestigten Rotor 3 ist mittels zweier Lagerstellen 11, 11.1 gelagert. Eine Lagerstelle 11 befindet sich im Retardergehäuse, die zweite Lagerstelle 11.1 befindet sich außerhalb des Retardergehäuses. Das zweite Lager 11.1 wird vom angrenzenden Getriebeöl 20 geschiert und gekühlt. Das Erste, retarderseitige Lager 11, wird im Bremsbetrieb dadurch geschmiert und gekühlt, dass es im Einlassbereich 8 vor dem Einlasskanal 14 angeordnet ist. Im Nicht-Bremsbetrieb, wenn durch den Einlassbereich 8 kein Arbeitsmedium strömt, erfolgt keine aktive Schmierung und Kühlung des Lagers 11.
2 zeigt einen Retarder im Nicht-Bremsbetrieb mit dem erfindungsgemäßen Verbindungskanal 12. Der Retarder 1 ist bis auf die Verbindungsöffnung bzw. Verbindungskanal 12 identisch aufgebaut. Der hier gezeigte Aufbau zeigt exemplarisch eine Möglichkeit, wie Auslassbereich 9 und Einlassbereich 8 durch die Anordnung der Bauteile des Retarders gebildet und miteinander verbunden werden können.
In dem hier gezeigten Aufbau von Rotor 3, Stator 4 und Gehäuseteilen 2, 2.1 wird der Einlassbereich 8 und Auslassbereich 9 durch eine entsprechende Ausformung des Stators 4 erreicht. Die Verbindungsöffnung kann bei dieser Ausführung sehr einfach in den Trennsteg 22 eingebracht werden.
Alternativ kann die Verbindung zwischen Auslassbereich und Einlassbereich auch über eine externe Verbindung hergestellt werden, z. B. einem externen Kanal oder einen Kanal durch das Gehäuseteil.
Im Nicht-Bremsbetrieb ist der Retarder vom externen Arbeitsmediumkreislauf 9 getrennt. Zum Zweck der Reduzierung des Leerlaufwiderstandes verbleibt aber immer eine gewisse Restölmenge im Retarder. Diese Restölmenge wird somit weiterhin vom Einlassbereich 8 in den Auslassbereich 7 gepumpt. Dabei baut sich ein Überdruck im Auslassbereich 7 auf, durch diesen Überdruck wird Öl vom Auslassbereich 7 durch den Verbindungskanal 12 oder auch Kurzschlusskanal, in den Einlassbereich 8 zurückgedrückt. Das Erste, retarderseitige Lager 11, kann so zuverlässig mit Öl versorgt werden.
3a, b zeigt ein Stator 4 mit Verbindungskanal 12 in zwei Ansichten. In der Vorderansicht ist zu erkennen, dass die Verbindungsbohrung 12 im unteren Bereich des Trennstegs 22 am Stator 4 angeordnet ist. Dabei wurde der Verbindungskanal 12 auf einem Kreisbogen um einen Winkel α, der in einem Bereich von +–15°, vorzugsweise +–9°, liegen kann, von dem untersten Kreisbogenpunkt nach oben angeordnet.
Weiterhin ist aus 3b zu erkennen, dass der Verbindungskanal 12 parallel zu Trennebene 13 angeordnet ist.
Die Lage, wie auch der Durchmesser des Verbindungskanals 12, ist von Bedeutung in Bezug auf die Funktionalität. Insbesondere im Bremsbetrieb ist es wichtig, dass der Verbindungskanal 12 das Bremsmoment nicht beeinflusst. Es hat sich herausgestellt, dass eine kleine Bohrung mit einem Durchmesser von 0,5 mm bis 5 mm, vorzugsweise 2 mm, eine Ausreichende Schmierung im Nicht-Bremsbetrieb ermöglicht und gleichzeitig das Bremsmoment im Bremsbetrieb nicht unerwünscht beeinflusst.
Bezugszeichenliste

1: Retarder
2; 2.1: Retardergehäuse
3: Rotor
4: Stator
5: Welle
6: Arbeitsraum
7: Auslassbereich
8: Einlassbereich
9: Arbeitsmediumkreislauf
10: Welle
11; 11.1: Lager
12: Verbindungskanal
13: Trennebene
14: Einlasskanal
15: Auslasskanal
16: Vorlauf Arbeitsmediumkreislauf
17: Rücklauf Arbeitsmediumkreislauf
18: Kühler
19: Arbeitsmediumspeicher
20: Getriebeöl
21: Dichtung
22: Trennsteg

Claims

Hydrodynamische Maschine, insbesondere hydrodynamischer Retarder (1), umfassend ein Retardergehäuse (2), einen Rotor (3) und einen Stator (4), wobei Rotor (3) und Stator (4) miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum (5) ausbilden, der entsprechend des Betriebszustandes der Maschine über einen Einlassbereich (8) und einen Auslassbereich (7) mit einem Arbeitsmedium aus einem externen Arbeitsmediumkreislauf (9) verbunden ist, bei der der Rotor (3) auf einer drehbar gelagerten Welle (10) angeordnet ist, die zumindest einseitig innerhalb des Retardergehäuses (2) mittels eines Lagers (11) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Auslassbereich (7) und Einlassbereich (8) ein Verbindungskanal (12) angeordnet ist, durch den zumindest im Nicht-Bremsbetrieb Arbeitsmedium zur Schmierung des Lagers (11) strömen kann.
Hydrodynamische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (12) im Stator (4) angeordnet ist.
Hydrodynamische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (12) im Retardergehäuse (2) angeordnet.
Hydrodynamische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Auslassbereich (7) und Einlassbereich (8) über eine externe Verbindung hergestellt ist.
Hydrodynamische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (12) im unteren Statorbereich (4a) angeordnet ist.
Hydrodynamische Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (12) auf einem Kreisbogen in einem Bereich von +–15°, vorzugsweise +–9°, von einem untersten Kreisbogenpunkt am Stator (4) angeordnet ist.
Hydrodynamische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (12) einen Durchmesser von 0,5 mm bis 5 mm, vorzugsweise 2 mm aufweist.
Hydrodynamische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Verbindungskanal (12) ein Rückschlagventil angeordnet ist.
Hydrodynamische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (12) parallel zur Trennebene 13 in einem Trennsteg (22) zwischen Rotor (3) und Stator (4) angeordnet ist.