DE102016218078A1

DE102016218078A1 - Hydrodynamische Maschine mit Schaltvorrichtung

Info

Publication number: DE102016218078A1
Application number: DE102016218078.9A
Authority: DE
Inventors: Werner Adams
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2016-09-21
Filing date: 2016-09-21
Publication date: 2018-01-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Retarder zum Anbau an einen Antriebsstrang, umfassend ein Gehäuse (11, 12), in dem zumindest eine Welle (13), zwei Schaufelräder, insbesondere Rotor (10) und Stator (11), die einen torusförmigen, mit einem Arbeitsmedium befüllbaren, Arbeitsraum ausbilden, und ein Zahnrad (1) angeordnet sind, wobei die Schaufelräder (9,10) und das Zahnrad (1) um eine gemeinsame Drehachse (A) angeordnet und der Rotor (10) sowie das Zahnrad (1) unabhängig voneinander um die Achse (A) drehbar gelagert sind, eine Synchronisationsvorrichtung (17), umfassend eine Betätigungsvorrichtung (2), mittels der eine drehfeste Verbindung zwischen Rotor (10) und Zahnrad (1) herstellbar ist, wobei die Synchronisationsvorrichtung (17) vollständig im Gehäuse (11, 12) des Retarders angeordnet ist. Um einen verbesserten Aufbau zu erreichen ist vorgesehen, dass das Gehäuse ein Rotorgehäuseteil (11) und eine Lagergehäuse (12) umfasst und die Betätigungsvorrichtung (2) axial entlang einer Achse B verschiebbar gelagert ist, wobei eine zweiseitige Lagerung vorgesehen ist, mit einer ersten Lagerstelle (23) im Rotorgehäuseteil (11) und einer zweiten Lagerstelle (24) im Lagergehäuse (12).

Description

Die Erfindung betrifft einen Retarder zum Anbau an einen Antriebsstrang mit einer Synchronisationseinheit zur Entkoppelung des Rotors vom Antriebsstrang.
Ein Retarder dient dazu, übermäßigen Verschleiß der Radbremsen zu vermindern bzw. die Radbremsen des Fahrzeugs zu ergänzt. Der Retarder ist über eine Kraftübertragungseinrichtung mit dem Getriebe oder der Antriebswelle des Fahrzeugs verbunden. Um die Energieverluste zu verringern und somit den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs zu verringern, werden die Kraftübertragungseinrichtung und der Retarder vom Getriebe oder der Antriebswelle getrennt, wenn sich im Arbeitsraum des Retarders kein Arbeitsmedium befindet und das Fahrzeug nicht abbremsen muss. Idealerweise befindet sich der Rotor des Retarders im Stillstand oder beinahe im Stillstand, wenn der Retarder nicht aktiviert ist.
Der Rotor und der Stator des Retarders bilden einen torusförmigen Arbeitsraum, der mit einem Arbeitsmedium gefüllt werden muss, sobald eine Bremswirkung vom Retarder gewünscht wird.
Wird keine Bremswirkung gewünscht, wird der Zufluss von Arbeitsmedium gestoppt und der Arbeitsraum mit Hilfe des angetriebenen Rotors leergepumpt. Sobald der Arbeitsraum im Wesentlichen entleert ist, kann der Rotor vom Antrieb getrennt werden. Für die erneute Kopplung des Rotors ist es allerdings notwendig, dass der Rotor auf die Drehzahl des Antriebes beschleunigt wird, bevor eine Formschlüssige Verbindung zwischen den Bauteilen herstellen werden kann. Erst anschließend darf der Arbeitsraum wieder mit Arbeitsmedium befüllt werden, da nur mit einer formschlüssigen Verbindung die enormen Drehmomente, die bei einer Bremsung auftreten, sinnvoll übertragen werden können. Die Angleichung der Drehzahlen erfolgt über eine Synchronisationsvorrichtung mit formschlüssiger Durchschaltung, die im Gehäuse des Retarders untergebracht ist.
Eine derartiger Retarder mit einer Vorrichtung zum Entkoppeln des Rotors ist beispielsweise in der WO 150 729 12 A1 offenbart. Die Vorrichtung bestehend aus Kupplungselementen und Betätigungselementen, die komplett zwischen Antrieb und Rotor angeordnet sind. Eine derartige Anordnung benötigt relativ viel Bauraum in Längsrichtung des Retarders.
Das Dokument DE 10 2012 004 686 A1 betrifft einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, das zwei Kupplungen zur Verbindung eines Retarders umfasst.
Das Dokument DE 10 305 239 A1 betrifft eine Antriebsvorrichtung für einen verbindbaren Retarder, der mit einer Synchronisation und einer Klauenkupplung ausgestattet ist.
Trotz der bekannten Lösungen nach dem bisherigen Stand der Technik besteht weiterhin Bedarf nach einer Weiterentwicklung einer Kupplungsvorrichtung für einen Retarder, der von der Antriebsquelle entkoppelt werden kann. Insbesondere ist der Platzbedarf einer derartigen Vorrichtung von entscheidender Bedeutung, da der Bauraum begrenzt ist und eine Nachrüstung eines entkoppelbaren Retarders nur möglich ist, wenn der benötigte Bauraum nicht größer ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Kupplungsvorrichtung für einen Retarder bereitzustellen, die eine kompakte und zuverlässige Betätigungsvorrichtung aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Retarder gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und bevorzugte Lösungsvarianten sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß wird ein Retarder zum Anbau an einen Antriebsstrang vorgeschlagen, der ein Gehäuse, in dem zumindest eine Welle, zwei Schaufelräder, insbesondere Rotor und Stator, die einen torusförmigen mit einem Arbeitsmedium befüllbaren, Arbeitsraum ausbilden, und ein Zahnrad angeordnet sind, aufweist. Die Schaufelräder und das Zahnrad sind um eine gemeinsame Drehachse (A) angeordnet und der Rotor sowie das Zahnrad sind unabhängig voneinander um die Achse (A) drehbar gelagert. Weiterhin ist eine Synchronisationsvorrichtung, umfassend eine Betätigungsvorrichtung, mittels der eine drehfeste Verbindung zwischen Rotor und Zahnrad herstellbar ist, vorgesehen, wobei die Synchronisationsvorrichtung vollständig im Gehäuse des Retarders angeordnet ist.
Die Synchonisationseinrichtung kann ein zweifach oder dreifach Synchronisation sein.
Um eine kompakte Bauweise zu erreichen ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Gehäuse ein Rotorgehäuseteil und ein Lagergehäuse umfasst und die Betätigungsvorrichtung axial entlang einer Achse B verschiebbar gelagert ist, wobei eine zweiseitige Lagerung vorgesehen ist, mit einer ersten Lagerstelle im Rotorgehäuseteil und einer zweiten Lagerstelle im Lagergehäuse.
Die zweiseitige Lagerung der Betätigungsvorrichtung ermöglicht einen platzsparenden und robusten Aufbau in Längsrichtung des Retarders, da die bestehenden Platzverhältnisse besser ausgenutzt werden können.
Vorzugsweise ist bei einem derartigen Aufbau der Rotor drehfest mit der Welle verbunden und das Zahnrad drehbar auf der Welle gelagert.
In einer ersten Ausführung kann vorgesehen sein, dass das Zahnrad zwischen Rotor und Synchronisationsvorrichtung angeordnet ist.
In einer zweiten Ausführung kann vorgesehen sein, dass zwischen Zahnrad und Rotor die Synchronisationsvorrichtung angeordnet ist.
Beide Ausführungen erlauben eine beidseitige Lagerung der Betätigungsvorrichtung, wobei die Achse B ein Anfangsabschnitt, der dem Kolbenabschnitt zugeordnet ist, und ein Endabschnitt, der dem Führungsabschnitt zugeordnet ist, aufweist.
Diese beiden Achsabschnitte können parallel und zueinander beabstandet angeordnet sein. Die Achse B kann somit einen gekröpften Verlauf aufweisen. So können die Lagerstellen in dem Gehäuseteilen an die Gegebenheiten angepasst werden.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass zumindest der parallele Abstand eines Abschnitts der Achsen B zur Achse A kleiner ist als der Radius des Rotors. Eine weitere Verbesserung des Raumbedarfs ergibt sich, wenn zumindest der parallele Abstand eines Abschnitts der Achsen B zur Achse A kleiner ist als der Radius des Zahnrads.
Weiterhin kann die Betätigungsvorrichtung derart ausgeführt sein, dass diese ein Kolbenabschnitt, ein Führungsabschnitt, ein Zwischenabschnitt und ein Schaltnocken umfasst. Die einzelnen Abschnitte und/oder der Schaltnocken können einzelne Bauteile sein, die zu der Betätigungsvorrichtung zusammengebaut sind. So können die Bauteile einfach an die technischen Erfordernisse angepasst werden.
In einer bevorzugten Ausführung umfasst der Kolbenabschnitt einen Kolben mit Dichtungen, der in der ersten Lagerstelle gelagert ist, sodass diese zusammen einen Pneumatik- oder Hydraulikzylinder bilden.
Des Weiteren kann der Schaltnocken der Betätigungsvorrichtung im Kolbenbereich oder an einem Schubbolzen, der den Zwischenabschnitt bildet, angeordnet sein. Der Zwischenabschnitt kann auch eine Aussparung für das Zahnrad aufweisen.
Die Betätigungsvorrichtung kann auch zwei oder mehr Kolben aufweisen, die auf einem Kreisbogenabschnitt angeordnet sind.
Weitere Merkmale des erfindungsgemäßen Retarders und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Skizzen näher erläutert.
In diesen zeigen:
1 eine erste Ausführung des Retarders mit Betätigungsvorrichtung
2 eine zweite Ausführung des Retarders mit Betätigungsvorrichtung
3 eine Betätigungsvorrichtung
1 und 2 zeigen zwei unterschiedliche Ausführungsformen des Retarders mit Betätigungsvorrichtung für einen Synchronisationsvorrichtung. Der Retarder ist über ein Antriebszahnrad, hier nicht dargestellten, mit dem Antriebsstrang gekoppelt und wird über das Zahnrad 1 angetrieben. Dabei greift das Antriebszahnrad des Antriebstrangs in das Retardergehäuse ein, bzw. im Lagergehäuse 12 des Retarders ist ein Ausschnitt eingearbeitet der es erlaubt, dass die Zahnräder ineinandergreifen.
Zur Steuerung des Retarders ist eine nicht dargestellte aber aus dem StdT bekannte Steuerung mit Sensoren und Ventilen vorgesehen.
In beiden Ausführungen ist gemeinsam, dass der Rotor 10 auf der Welle 13 drehfest angeordnet ist und das Zahnrad 1 über ein Nadellager 14 frei drehbar auf der Welle gelagert ist. Die Betätigungsvorrichtung 2 ist in beiden Ausführungen radial außerhalb der Synchronisationsvorrichtung 17 angeordnet. Das Gehäuse besteht jeweils aus einem Rotorgehäuseteil 11 und einem Lagergehäuse 12 und die Betätigungsvorrichtung 2 ist axial entlang der Achse B verschiebbar gelagert, wobei eine zweiseitige Lagerung vorgesehen ist, mit einer ersten Lagerstelle 23 im Rotorgehäuseteil 11 und einer zweiten Lagerstelle 24 im Lagergehäuse 12.
Die Synchronisationsvorrichtung 17 ist in beiden Ausführungen zwar unterschiedlich angeordnet aber hat im Wesentlichen die gleiche Funktion bzw. einen identischen Aufbau. Auf der Welle 13 ist eine Drehmomentstütze 19 angeordnet. Auf dieser ist eine Schiebemuffe 18 angeordnet, die über eine Schiebeverbindung mit der Drehmomentstütze 19 verbunden ist. Zwischen Drehmomentstütze 19, Schiebemuffe 18 und Zahnrad ist ein Synchronisationsring 30 angeordnet. Zur Synchronisation der unterschiedlichen Drehzahlen von Zahnrad 1 und Welle 13 muss die Schiebemuffe 18 mittels der Betätigungsvorrichtung 2 derart verschoben werden, das die Reibflächen der Synchronisation gegeneinander gepresst werden, wodurch sich die Drehzahlen vom Zahnrad 1, also der antriebsbedingten Drehzahl, und der Welle 13 mit dem darauf befestigten Rotor 10, angeglichen haben. Der Rotor 10 wird also über die Welle 13 aus dem Stand auf die Zahnraddrehzahl beschleunigt, indem das Reibmoment ständig erhöht wird.
Sobald die Drehzahldifferenz klein genug ist, kann die Schiebemuffe 18 durchgeschaltet werden und eine drehfeste Verbindung über die Verzahnung, wie auch aus dem StdT bekannt, hergestellt werden.
Die Schiebemuffe 18 wird dabei über den Schaltnocken 20 der Betätigungsvorrichtung 2 verschoben. Dazu greift zumindest ein Schaltnocken 20 in eine umlaufende Rille der Schiebemuffe 18.
In 1 ist nun im Querschnitt eine erst Ausführung der Betätigungsvorrichtung 2 dargestellt. In dieser Ausführung ist die Synchronisation 17 zwischen dem Zahnrad 1 und dem Rotor 10 angeordnet.
Die hier dargestellte Betätigungsvorrichtung 2 besteht aus dem Zylinder 3 der in dem Rotorgehäuseteil 11 angeordnet und gelagert ist und dem Schubbolzen 28 der in dem Lagergehäuse 12 angeordnet und gelagert ist. Die Achse B, also die Achse in Bewegungsrichtung ist gekröpft, sodass der Kolbenabschnitt 5 mit dem Anfangsabschnitt der Achse B und der Führungsabschnitt 6 mit dem Endabschnitt der Achse B einen unterschiedlichen radialen Abstand zur Achse A aufweisen.
Die einfache Hülse 8 ist in das Rotorgehäuseteil 11 eingesetzt um den Kolben 3 zu führen und um eine gute Gegen- und Dichtfläche für die Dichtungen 7 und 21 zu schaffen. Die Be- und Entlüftungsleitungen durch das Rotorgehäuseteil sind nicht dargestellt, wobei das Rotorgehäuseteil ausreichend Platz für eine integrierte Leitungsführung für eine pneumatische oder hydraulische Betätigung des Kolbens 3 bietet.
Im Lagergehäuseteil 12 ist die zweite Lagerstelle 24 positioniert. Dazu ist eine Führungshülse 26 in das Lagergehäuseteil 12 eingesetzt. In der Führungshülse ist der Endabschnitt gelagert bzw. geführt. Eine Feder 25 bewegt die Betätigungsvorrichtung zurück in die Ausgangsstellung, in der die Synchronisationsvorrichtung 17 geöffnet ist.
Der Stift 27 dient als Sensorstift um die Position der Betätigungsvorrichtung 2 zu erfassen, wobei der nicht dargestellte Sensor außerhalb des Lagergehäuseteils 12 angebracht ist. Der Schubbolzen 28, der auch als Schubteilausgeführt sein kann, weist eine Aussparung auf, durch die ein größeres Zahnrad 1 verwendet werden kann, so dass eine bessere Übersetzung in schnelle, höhere Rotordrehzahl und somit größere Bremsmomente, erreicht werden können.
2 eine zweite Ausführung des Retarders mit einer alternativen Betätigungsvorrichtung 2. Der wesentliche Unterschied zwischen den Ausführung ist es, dass das Zahnrad 1 zwischen dem Rotor 10 und der Synchronisationsvorrichtung 17 angeordnet ist.
Dadurch muss der Kolbenabschnitt 5 im Lagergehäuseteil untergebracht werden. Als eine mögliche Ausführung ist der Schaltnocke 20 mit dem Kolben 3 hier beispielhaft einteilig ausgeführt. Um ein größeres Zahnrad 1 unterzubringen ist der Schubbolzen 28 auch hier ausgespart, allerdings ohne die Achse B zu kröpfen.
Die Aussparung im Schubbolzen 28 oder auch Schubteil kann konkav ausgeführt sein und einen Radius aufweisen der auf den des Zahnrades 1 angepasst ist.
3 zeigt eine bevorzugte Betätigungsvorrichtung 2 mit drei Kolben 3 auf der Seite des Kolbenabschnitts 6 und einen Führungsbolzen 29 auf der Seite des Führungsabschnittes 6. Kolben 3 und Führungsbolzen 29 können an dem Schubteil 28 aufgepresst, angeschraubt oder anderweitig angebracht sein.
Wie weiterhin zu erkennen, ist das Schubteil 28 bogenförmig ausgeführt und an den Bogenförmigen Enden ist jeweils ein Schaltnocken 20 vorgesehen.
Der Bogen hat in etwa den Durchmesser des Zahnrades 1, wobei das Zahnrad in den Ausschnitt zwischen Führungsbolzen und Bogen hineinragt. Im eingebauten Zustand ist der bogenförmige Teil des Schubteils 28 gegenüber dem oben erwähnten Zahnradausschnitt im Lagergehäuse 12 angeordnet, so dass es zu keiner Behinderung mit dem Antriebsseitigen Zahnrad kommt.
Die Aufteilung auf drei Kolben 3 hat den Vorteil, dass die Kolben wesentlich kleiner ausgeführt werden können, so dass eine bessere Plazierung im Rotorgehäuseteil ermöglicht wird oder auch eine größere Schiebemuffe oder eine Synchronvorrichtung eingesetzt werden kann. Die Kolben können auf einem Kreisbogen oder auch beliebig zueinander angeordnet sein, also an die Platzverhältnisse angepasst werden.
Bezugszeichenliste

1: Zahnrad
2: Betätigungsvorrichtung
3: Kolben
4: Zwischenabschnitt
5: Kolbenbereich
6: Führungsabschnitt
7: Kolbendichtung
8: Hülse
9: Stator
10: Rotor
11: Retardergehäuse
12: Lagergehäuse
13: Retarderwelle
14: Nadellager
15: Lager1
16: Lager2
17: Synchronisationsvorrichtung
18: Schiebemuffe
19: Drehmomentstütze
20: Schaltnocken
21: Führungsband
22: Dichtung
23: Lagerstelle
24: Lagerstelle
25: Feder
26: Führungshülse
27: Stift
28: Schubbolzen, Schubteil
29: Kreisbogenabschnitt
30: Synchronisationsring

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

WO 15072912 A1 [0005]
DE 102012004686 A1 [0006]
DE 10305239 A1 [0007]

Claims

Retarder zum Anbau an einen Antriebsstrang, umfassend ein Gehäuse (11, 12), in dem zumindest eine Welle (13), zwei Schaufelräder, insbesondere Rotor (10) und Stator (11), die einen torusförmigen, mit einem Arbeitsmedium befüllbaren, Arbeitsraum ausbilden, und ein Zahnrad (1) angeordnet sind, wobei die Schaufelräder (9, 10) und das Zahnrad (1) um eine gemeinsame Drehachse (A) angeordnet und der Rotor (10) sowie das Zahnrad (1) unabhängig voneinander um die Achse (A) drehbar gelagert sind, eine Synchronisationsvorrichtung (17), umfassend eine Betätigungsvorrichtung (2), mittels der eine drehfeste Verbindung zwischen Rotor (10) und Zahnrad (1) herstellbar ist, wobei die Synchronisationsvorrichtung (17) vollständig im Gehäuse (11, 12) des Retarders angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse ein Rotorgehäuseteil (11) und eine Lagergehäuse (12) umfasst und die Betätigungsvorrichtung (2) axial entlang einer Achse B verschiebbar gelagert ist, wobei eine zweiseitige Lagerung vorgesehen ist, mit einer ersten Lagerstelle (23) im Rotorgehäuseteil (11) und einer zweiten Lagerstelle (24) im Lagergehäuse (12).
Retarder gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (10) drehfest mit der Welle (13) verbunden ist und das Zahnrad (1) drehbar auf der Welle (13) gelagert ist.
Retarder gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (1) zwischen Rotor (10) und Synchronisationsvorrichtung (2) angeordnet ist.
Retarder gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Zahnrad (1) und Rotor (10) die Synchronisationsvorrichtung (17) angeordnet ist.
Retarder gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse B ein Anfangsabschnitt, der dem Kolbenabschnitt (5) zugeordnet ist, und ein Endabschnitt, der dem Führungsabschnitt (6) zugeordnet ist, aufweist, wobei beide Achsabschnitte parallel und zueinander beabstandet angeordnet sind.
Retarder gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der parallele Abstand eines Abschnitts der Achsen B zur Achse A kleiner ist als der Radius des Rotors (10).
Retarder gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der parallele Abstand eines Abschnitts der Achsen B zur Achse A kleiner ist als der Radius des Zahnrads (1).
Retarder gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (2) ein Kolbenabschnitt (5), ein Führungsabschnitt (6), ein Zwischenabschnitt (4) und ein Schaltnocken (20) umfasst.
Retarder gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenabschnitt (5) ein Kolben (3) umfasst, der in der ersten Lagerstelle (23) gelagert ist, sodass diese zusammen einen Pneumatik- oder Hydraulikzylinder bilden.
Retarder gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltnocken (18) der Betätigungsvorrichtung (2) im Kolbenbereich (5) oder an einen Schubteil (28), der den Zwischenabschnitt (4), bildet angeordnet ist.
Retarder gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenabschnitt (4) eine Aussparung für das Zahnrad (1) aufweist.
Retarder gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (2) zwei oder mehr Kolben (3) aufweist, die auf einen Kreisbogenabschnitt (29) angeordnet sind.