-
Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Retarder, insbesondere zum Einbau in Nutzfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
-
Ein Retarder ist eine verschleißfreie hydrodynamische (mit Flüssigkeit arbeitende) oder elektrodynamische Dauerbremse oder Kupplung, die vorwiegend in Nutzfahrzeugen wie Lastkraftwagen, Omnibussen und Schienenfahrzeugen eingesetzt wird. Hydrodynamische Retarder arbeiten mit Öl, teilweise aber auch mit Wasser, das bei Bedarf in ein Wandlergehäuse geleitet wird. Das Wandlergehäuse besteht aus zwei rotationssymmetrischen und sich gegenüberliegenden Schaufelrädern, einem Rotor, der mit dem Antriebsstrang des Fahrzeugs verbunden ist, und einem feststehenden Stator. Der Rotor beschleunigt das zugeführte Öl, die Zentrifugalkraft drückt es nach außen. Durch die Form der Rotorschaufeln wird das Öl in den Stator und von diesem wieder zurückgeleitet, wodurch es den Rotor und in weiterer Folge auch die Gelenkwelle abbremst.
-
Durch Reibung wird die Bewegungsenergie in Wärme umgewandelt, die durch einen Wärmetauscher wieder abgeführt werden muss, etwa mit Hilfe des Kühlwasserkreislaufs des Motors. Die Ansteuerung des Retarders erfolgt pneumatisch über eine Druckluftsteuerung: Zum Aktivieren wird der Retarder mit Öl aus einem Vorratsbehälter geflutet, das bei Druckabbau durch die Schaufelräder selbsttätig wieder zurückgepumpt wird.
-
Ein Retarder dieser Gattung ist aus der
DE-AS 22 38 726 bekannt. Dort ist ein Retarder in kompakter Bauweise mit einem Wärmetauscher und einem Sammelbehälter für die Arbeitsflüssigkeit in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengebaut. Der Wärmetauscher und der Sammelbehälter befinden sich unterhalb des Arbeitsraumes, ein weiterer Behälter zur Aufnahme von Lecköl aus dem Arbeitsraum und den Lagern befindet sich innerhalb des Gehäuses. Es handelt sich um einen Retarder ohne Pumpe zum Füllen des Arbeitsraumes. Das Füllen des Retarders erfolgt dadurch, dass der Sammelbehälter unter Luftdruck gesetzt wird, so dass sich das ganze Leitungssystem mit Arbeitsflüssigkeit füllt, wobei dann der Rotor die Umwälzung übernimmt. Nach Beendigung eines Bremsvorganges entleert sich das System wieder, wobei der Rotor die Arbeitsflüssigkeit zurück in den Wärmetauscher und in den Sammelbehälter verdrängt.
-
Aus der
DE 35 45 660 C1 (
5) ist ein Retarder bekannt, bei dem die Arbeitsflüssigkeit ebenfalls ohne Pumpe nur durch die Blaswirkung des Rotors umgewälzt wird. Vom Austritt am Retarder führt eine Leitung zu einem separat angeordneten Wärmetauscher und von dort wieder zurück zum Retarder. Zur Einleitung eines Bremsvorganges wird Arbeitsflüssigkeit aus einem separaten Sammelbehälter der Kreislaufleitung zugeführt.
-
Die Besonderheiten dieses bekannten Retarders liegen insbesondere in den vielfältigen Möglichkeiten zur Reduktion der Luftventilationsverluste durch Einblasen eines Flüssigkeitsstrahls in den Arbeitsraum zur Bildung eines blendenartigen Schleiers, der einen energieverzehrenden Toruswirbel aus Luft, insbesondere im radial äußeren Teil des Arbeitsraumes verhindert. Die Besonderheit der Ausbildung gemäß 5 besteht darin, dass von der Flüssigkeitsoberfläche im Wärmetauscher durch das zirkulierende Gemisch aus Luft und Arbeitsflüssigkeit gerade so viel Flüssigkeit mitgerissen wird, dass sich im Arbeitsraum ein Flüssigkeitsschleier bilden kann.
-
Ist der Retarder derart im Antriebssystem des Fahrzeuges untergebracht, daß zwischen dem Arbeitsraum selbst und dem Wärmetauscher bzw. dem Sammelbehälter für Arbeitsflüssigkeit größere Entfernungen liegen, so ist nur ein verzögertes und nur allmähliches Einsetzen der Bremskraft der Retarders ein schwerwiegender betrieblicher Nachteil. Zudem wurde festgestellt, dass sich das flüssige und das gasförmige Medium gegenseitig innerhalb des Retarders behindern.
-
Durch Reibung wird die Bewegungsenergie in Wärme umgewandelt, die durch einen Wärmetauscher wieder abgeführt werden muss, etwa mit Hilfe des Kühlwasserkreislaufs des Motors. Es wurde festgestellt, dass die Wärmeabfuhr in manchen Betriebssituationen unzureichend ist.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Steuersystem für einen Retarder zu schaffen, die gegenseitige Behinderung von Öl und Luft zu verbessern und vorzugsweise die Wärmeabfuhr während den Bremsprozessen zu optimieren.
-
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
-
Dadurch werden folgende Vorteile erzielt: Der Arbeitsraum des Retarders wird wie bekannt dadurch gefüllt, dass in den Sammelbehälter für Arbeitsflüssigkeit Druckluft eingeleitet wird, wodurch das ganze Leitungssystem unter Druck gesetzt wird. Nach Beendigung des Bremsvorganges, wenn also durch ein vom Fahrzeugführer ausgehendes Signal der Luftdruck im Sammelbehälter abgebaut wird, füllt sich dieser wieder mit Arbeitsflüssigkeit durch den Blasdruck des Bremsrotors. Aufgrund der Teilung der Kühlkreislaufleitung wird jedoch nicht die gesamte Arbeitsflüssigkeitsmenge des Leitungssystems in den Sammelbehälter gedrückt. Durch die Aufteilung der Kühlkreislaufleitung in zwei Leitungen unterschiedlichen Querschnittes wird nämlich auch nach Abschluss eines Bremsvorganges eine fortwährende Zirkulation einer Teilmenge von Arbeitsflüssigkeit durch die im Querschnitt kleinere Leitung aufrechterhalten. Durch die Anordnung von Rückschlagventilen in der Leitung für den größeren Teilstrom hinter der Trennstelle am Austritt des Retarders und vor dem Wärmetauscher und vor der Mündungsstelle am Eintritt des Retarders hinter dem Wärmetauscher jeweils in naher Anordnung wird sichergestellt, dass diese Leitung mit größerem Querschnitt nach Beendigung eines Bremsvorganges gefüllt bleibt, so dass bei erneutem Bremsbefehl ein rascheres Reagieren des Retarders möglich ist. Die Leitung mit dem kleineren Querschnitt hingegen unterliegt auch in Bremspausen dem vom Bremsrotor erzeugten Blasdruck, so dass durch die Leitung fortwährend eine Zirkulation stattfindet.
-
Aufgrund dessen, dass der Behälter für die Arbeitsflüssigkeit und der Wärmetauscher der Kühlkreislaufleitung auf gleicher physikalischer Höhe angebracht sind, wurde festgestellt, dass sich die gegenseitige Behinderung von Luft und Öl verringert und die Wärmeabfuhr verbessert.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind aus der nachfolgenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Zeichnung zu entnehmen.
-
In der Figur ist ein Retarder 1 dargestellt, der mit einer nicht dargestellten Antriebsanlage, z. B. eines Nutzfahrzeuges, verbunden ist, ein Rotorschaufelrad 2 und ein Statorschaufelrad 3 aufweist, die in einem gemeinsamen Gehäuse 4 angeordnet sind und einen gemeinsamen torusförmigen Arbeitsraum 5 bilden. Im radial äußeren Bereich des Statorschaufelrades 3 befindet sich ein Anschluss 6 für eine Kühlkreislaufleitung, die sich kurz hinter dem Retarder an einer Trennstelle 8 in zwei Leitungen 10 und 11 teilt. Die beiden Leitungen 10 und 11 haben unterschiedlichen Querschnitt, wobei die Leitung 10 etwa 80% und die Leitung 11 etwa 20% des maximal umlaufenden Arbeitsmittelstromes aufnimmt. Beide Leitungen 10 und 11 münden in einen Wärmetauscher 12, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel in einiger Entfernung vom Retarder selbst angeordnet ist. Wärmetauscher 12, Sammelbehälter 16 für Arbeitsflüssigkeit sowie Druckluftregelventil 17 sind tiefer als der Retarder 1 angeordnet.
-
Der Behälter für die Arbeitsflüssigkeit, nämlich der Sammelbehälter 16 und der Wärmetauscher 12 sind auf gleicher physikalischer Höhe angebracht sind. Dadurch wird bewirkt, dass sich die gegenseitige Behinderung von Luft und Öl verringert und die Wärmeabfuhr durch den Wärmetauscher 12 verbessert.
-
Der Wärmetauscher 12 weist zwei Kammern 13 und 14 auf, die mit den Leitungen 10 bzw. 11 verbunden sind und deren Wärmekapazität auf die jeweils angeschlossenen Leitungen und die darin fließenden Flüssigkeitsmengen ausgelegt sind. Beide Kammern 13 und 14 des Wärmetauschers 12 werden von demselben Medium umspült, in der Regel ist dies das Kühlwasser des Antriebsmotors. Die wasserdurchflossene Kammer des Wärmetauschers ist mit 15 bezeichnet. Die Leitung 10 führt vom Austritt am Wärmetauscher 12 wieder zurück zum Retarder 1, passiert dabei eine Mündungsstelle 9, bei der eine Zusammenführung mit der vom Wärmetauscher 12 ebenfalls austretenden Leitung 11 erfolgt, bevor die gemeinsame Kühlmittelleitung wieder in eine Eintrittsöffnung 7 am Retarder mündet.
-
Mit der Leitung 10, also derjenigen mit dem größeren Querschnitt, ist am Austritt aus der größeren Kammer 14 des Wärmetauschers 12 ein Sammelbehälter 16 für Arbeitsflüssigkeit dauernd verbunden. In diesen Sammelbehälter mündet eine Druckluftleitung 19, die über ein Druckluftregelventil 17 und eine Verbindungsleitung 20 den Sammelbehälter unter Überdruck setzen kann. Die Steuerung des Druckluftregelventils erfolgt über ein Steuergerät 18, welches die Bremsbefehle z. B. des Fahrers oder weitere Signale in einen variablen Druck umsetzt.
-
Mit dem Inneren des Arbeitsraumes 5 ist über eine Entlüftungsleitung 28 ein für sich allein bekanntes Entlüftungsventil 27 verbunden, das einen Schwimmer 29 aufweist sowie eine ins Freie führende Druckentlastung 30. In dieses Entlüftungsventil mündet ferner eine hier nicht dargestellte Entlüftungsleitung, die zum Druckregelventil 17 führt und in Ruhestellung dieses Druckregelventiles 17 die Verbindung zum Sammelbehälter 16 für Arbeitsflüssigkeit bildet.
-
In der Leitung 10 mit dem größeren Querschnitt ist in Durchflussrichtung hinter der Trennstelle 8 vor dem Wärmetauscher 12 ein federbelastetes Rückschlagventil 31 angeordnet; ein weiteres Rückschlagventil 32 befindet sich in derselben Leitung 10 in Durchflussrichtung hinter dem Wärmetauscher. Die Rückschlagventile 31 und 32 sind jeweils in naher Anordnung des Eintritts bzw. Austritts der Leitung 10 in die bzw. aus der Kammer 14 des Wärmetauschers 12 angeordnet. Durch diese Anordnung wird sichergestellt, dass die Leitung 10 zwischen der Trennstelle 8 und der Mündungsstelle 9 in den Bremspausen vollgefüllt bleibt. Beide Rückschlagventile sind so angeordnet, dass nur eine Flussrichtung von dem Anschluss 6 zum Wärmetauscher bzw. vom Wärmetauscher zur Eintrittsöffnung 7 möglich ist.
-
Ein Bremsvorgang läuft wie folgt ab: Ein Bremsbefehl kommt vom Steuergerät 18, so dass Druckluft aus der Drucklufteitung 19 zum Sammelbehälter 16 gelangt. Dadurch wird die Arbeitsflüssigkeit aus dem Sammelbehälter 16 in die Leitung 10 gedrückt und von dort über die Eintrittsöffnung 7 in den Arbeitsraum 5 des Retarders 1. Das Rotorschaufelrad 2 fördert nun während des nunmehr eingeleiteten Bremsvorganges Arbeitsflüssigkeit zu dem Anschluss 6 und von dort in die beiden Leitungen 10 und 11 jeweils zum Wärmetauscher 12. Der Sammelbehälter 16 steht dabei während des gesamten Bremsvorganges unter Luftdruck, so dass das ganze Kreislaufsystem mit Arbeitsflüssigkeit gefüllt ist. Durch die beiden Leitungen 10 und 11 strömt dabei die gesamte umgewälzte Menge an Arbeitsflüssigkeit, die zwar in einem gemeinsamen vom Kühlwasser der Antriebsmaschine durchströmten Wärmetauscher, jedoch in voneinander getrennten Kammern gekühlt und wieder zurückgeleitet wird. Der vom Rotorschaufelrad 2 entwickelte Flüssigkeitsdruck ist dabei so hoch, dass das Rückschlagventil 31 in der größeren Leitung zum Wärmetauscher geöffnet ist.
-
Soll während eines Bremsvorganges die erforderliche Bremskraft reduziert werden, so erfolgt durch das Steuergerät 18 eine Reduktion des Luftdruckes im Sammelbehälter 16. Dadurch kann das Rotorschaufelrad mittels des von ihm entwickelten Blasdruckes über die Leitung 10 einen Teil der umlaufenden Arbeitsflüssigkeit in den Behälter 16 zurückdrängen. Dabei vermag der Blasdruck das Rückschlagventil 31 in der größeren Leitung offenzuhalten. Bei abgeschlossenem Bremsvorgang, wenn also die Luftzufuhr zum Sammelbehälter 16 unterbrochen ist, wird so lange Arbeitsflüssigkeit durch die größere Leitung 10 sowie durch die Kammer 14 im Wärmetauscher 12 in den Sammelbehälter 16 gefördert, bis zum Schließdruck des Rückschlagventils 31. Die dabei noch im System vorhandene Flüssigkeitsmenge wird sodann ständig durch die kleinere Leitung 11, die zugehörige Kammer 13 im Wärmetauscher 12 in den Retarder gefördert. Bei diesem weitgehenden Entleervorgang entsteht im Inneren des Arbeitsraumes 5 ein Teilvakuum. Dadurch entsteht in der Leitung 11 auch in den Bremspausen ein ständiger Kreislauf an Gemisch, so dass nach einem Bremsvorgang eine Nachkühlung des Retarders und der Arbeitsflüssigkeit selbst stattfindet. Die aus dem Sammelbehälter 16 verdrängte Luft wird dabei in das Entlüftungsventil 27 verdrängt, und von dort zurück in das Innere des Arbeitsraumes. Das Entlüftungsventil 27 ist ferner dazu geeignet, Flüssigkeitspartikel, die über eine hier nicht dargestellte Leitung aus dem Sammelbehälter in die Luft gelangt sind, auszuscheiden, so dass die überschüssige Luft über die Druckentlastung 30 entfeuchtet entweichen kann. Wesentlich ist bei dieser Anordnung der Rückschlagventile 31 und 32, dass die Leitung 10 mit dem größeren Querschnitt in Bremspausen gefüllt bleibt, so dass bei einem Bremsvorgang aus dem Sammelbehälter 16 nur die Flüssigkeitsmenge neu eingespeist werden muss, um den Retarder selbst und die Leitung 11 wieder vollständig zu füllen. Nach Abschluss eines Bremsvorganges kann die Luft, die sich erfahrungsgemäß bei hohem Druck in der Arbeitsflüssigkeit löst, aus der in Bremspausen ja gefüllten Leitung 10 wieder in den Sammelbehälter 16 hinein entweichen, von wo aus sie über die nicht dargestellte, oben erwähnte Entlüftungsleistung wieder in das Entlüftungsventil 27 gelangen kann. Ein weiterer Vorteil der auch in Bremspausen fortwährenden Umwälzung eines Flüssigkeits-Luftgemisches ist nicht nur der fortwährende Abtransport von einströmender Wärme von außen her, sondern auch eine – wie für sich allein bekannt – reduzierte Verlustleistung durch Luftventilation sowie vor allem auch deren Stabilisierung.
-
In der dargestellten Ausführungsform können die Leitungen 10 und 11, wenn der Wärmetauscher und der Sammelbehälter vom Retarder selbst weit entfernt liegen, mittels nachgiebiger Leitungsverbindungen 33, z. B. Schlauchverbindungen, unterbrochen sein, wenn es die Einbauverhältnisse erfordern. Mit 34 ist ein Temperaturgeber bezeichnet, der an einer oder mehreren Stellen des gesamten Systems angeordnet sein kann (wie auch weitere, nicht dargestellte Sensoren), deren Signale im Steuergerät 18 weiter verarbeitet werden können.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Retarder
- 2
- Rotorschaufelrad
- 3
- Statorschaufelrad
- 4
- Gehäuse
- 5
- Arbeitsraum
- 6
- Anschluss
- 7
- Eintrittsöffnung
- 8
- Trennstelle
- 9
- Mündungsstelle
- 10
- Leitung
- 11
- Leitung
- 12
- Wärmetauscher
- 13
- Kammer
- 14
- Kammer
- 15
- wasserdurchflossene Kammer des Wärmetauschers
- 16
- Sammelbehälter
- 17
- Druckluftventil
- 18
- Steuergerät
- 19
- Druckluftleitung
- 20
- Verbindungsleitung
- 21
-
- 22
-
- 23
-
- 24
-
- 25
-
- 26
-
- 27
- Entlüftungsventil
- 28
-
- 29
-
- 30
- Druckentlastung
- 31
- Rückschlagventil
- 32
- Rückschlagventil
- 33
- Leitungsverbindung
- 34
- Temperaturgebe
-
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 2238726 [0004]
- DE 3545660 C1 [0005]
