DE102018110680A1

DE102018110680A1 - Hydrodynamischer Retarder

Info

Publication number: DE102018110680A1
Application number: DE102018110680.7A
Authority: DE
Inventors: Laszlo Ritzel; Hartmut Frenz
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2018-05-04
Filing date: 2018-05-04
Publication date: 2019-11-07
Also published as: WO2019211114A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Retarder
mit einem beschaufelten Rotor und einem beschaufelten Stator, die gemeinsam einen mit einem Arbeitsmedium befüllten oder befüllbaren Arbeitsraum ausbilden;
wobei der Rotor um eine Drehachse antreibbar ist, um im Arbeitsraum eine Arbeitsmediumkreislaufströmung zum Übertragen von Antriebsmoment auf den Stator auszubilden, und
der Arbeitsraum sich torusförmig um die Drehachse erstreckt;
mit wenigstens einem im Arbeitsraum mündenden Einlasskanal oder einer Vielzahl von im Arbeitsraum mündenden Einlasskanälen, um das Arbeitsmedium in den Arbeitsraum zu leiten;
mit wenigstens einem aus dem Arbeitsraum abzweigenden Auslasskanal oder einer Vielzahl von aus dem Arbeitsraum abzweigenden Auslasskanälen, um das Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum abzuführen;
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Einlasskanal sich radial außerhalb des wenigstens einen Auslasskanals im Stator erstreckt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Retarder mit einem beschaufelten Rotor und einem beschaufelten Stator, die gemeinsam einen mit einem Arbeitsmedium befüllten oder befüllbaren Arbeitsraum ausbilden, im Einzelnen gemäß dem Oberbegriff vom Anspruch 1.
Hydrodynamische Retarder werden beispielsweise zum Abbremsen von Fahrzeugen, insbesondere Schienenfahrzeugen oder Landfahrzeugen, beispielsweise Lastkraftwagen, verwendet. Dadurch, dass das Arbeitsmedium mit den Schaufeln des Rotors radial nach außen beschleunigt wird, dann in den beschaufelten Bereich des Stators im Arbeitsraum eintritt, radial nach innen strömt und dabei verzögert wird, und anschließend radial innen wieder in den Rotor in dessen Beschaufelung eintritt, um dann erneut radial nach außen beschleunigt zu werden, wird eine hydrodynamische Kreislaufströmung im Arbeitsraum ausgebildet, die Drehmoment und Antriebsleistung vom angetriebenen Rotor auf den Stator überträgt und dadurch den Rotor und damit verbundene Komponenten des Antriebsstranges verschleißfrei abbremst.
Aufgrund von im Arbeitsraum vom Arbeitsmedium aufgenommener Wärme, die wieder aus dem Arbeitsmedium abgeführt werden muss, um eine Überhitzung zu vermeiden, wird das Arbeitsmedium über in der Regel eine Vielzahl von Einlasskanälen in den Arbeitsraum eingeleitet und über in der Regel eine Vielzahl von Auslasskanälen aus dem Arbeitsraum abgeführt. Der Verlauf der Einlasskanäle und Auslasskanäle hat einen Einfluss auf die Herstellungskosten des hydrodynamischen Retarders sowie auf dessen Betriebsverhalten.
Herkömmlich erstrecken sich die Einlasskanäle von einem Einlasssammelkanal schräg radial nach außen in das Zentrum des Arbeitsraumes, das sogenannte Auge des Arbeitsmediumkreislaufes. In diesem Zentrum oder Zentrumsbereich herrscht ein vergleichsweise geringer Druck, sodass das Zuführen von Arbeitsmedium in den Arbeitsraum begünstigt wird. Die Arbeitsmediumauslasskanäle verlaufen radial außerhalb der Einlasskanäle und münden in der Regel in einem Auslasssammelkanal, der den Einlasssammelkanal radial außerhalb umschließt. Ein solcher gattungsgemäßer hydrodynamischer Retarder wird beispielsweise in DE 10 2010 025 678 A1 offenbart. Einen weiteren entsprechenden hydrodynamischen Retarder zeigt DE 10 2005 013 464 B3 .
Obwohl hydrodynamische Retarder seit mehr als 100 Jahren verwendet werden, besteht ein andauernder Bedarf, das Verhältnis von Bauraumvolumen zu Retarderleistung im Sinne eines möglichst großen möglichen Bremsmomentes bei möglichst geringem Bauraumvolumen zu verbessern. Ferner besteht ein Bedarf, die Lebensdauer von hydrodynamischen Retardern zu verbessern.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen hydrodynamischen Retarder anzugeben, der kostengünstig herstellbar ist, dessen Leistungsfähigkeit besonders groß ist und der eine besonders lange Lebensdauer aufweist.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch einen hydrodynamischen Retarder mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen werden zweckmäßige und besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
Ein erfindungsgemäßer hydrodynamischer Retarder weist einen beschaufelten Rotor und einen beschaufelten Stator auf, die gemeinsam einen mit einem Arbeitsmedium befüllten oder befüllbaren Arbeitsraum ausbilden, wobei der Rotor um eine Drehachse antreibbar ist, um im Arbeitsraum eine Arbeitsmediumkreislaufströmung zum Übertragen von Antriebsmoment vom Rotor auf den Stator auszubilden, und wobei sich der Arbeitsraum torusförmig um die Drehachse erstreckt.
Der erfindungsgemäße hydrodynamische Retarder weist wenigstens einen im Arbeitsraum mündenden Einlasskanal, in der Regel eine Vielzahl von im Arbeitsraum mündenden Einlasskanälen auf, um das Arbeitsmedium in den Arbeitsraum zu leiten.
Der hydrodynamische Retarder weist ferner wenigstens einen aus dem Arbeitsraum abzweigenden Auslasskanal, in der Regel eine Vielzahl von aus dem Arbeitsraum abzweigenden Auslasskanälen auf, um das Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum abzuführen.
Erfindungsgemäß erstreckt sich nun der wenigstens eine Einlasskanal radial außerhalb des wenigstens einen Auslasskanals im Stator.
Gemäß der Erfindung wird somit der übliche Weg verlassen, wonach sich der Einlasskanal schräg radial von innen nach außen in den Arbeitsraum erstreckt und der Auslasskanal dann radial außerhalb des wenigstens einen Einlasskanals im Stator verlaufenden vorgesehen ist. Durch die Erfindung ist es möglich, dem über den Einlasskanal zugeführten Arbeitsmedium bereits eine Strömungskomponente aufzuprägen, welche mit der im Arbeitsmediumkreislauf rotierenden Strömung des Arbeitsmediums gleichgerichtet ist. Dadurch wird die Strömung im Arbeitsmediumkreislauf verbessert, die Verluste werden verringert und die Leistungsfähigkeit des Retarders wird gesteigert.
Ferner verringert die Positionierung des wenigstens einen Auslasskanals in einem Bereich radial innerhalb des wenigstens einen Einlasskanals die Kavitationsbelastung im Bereich des Auslasskanals und reduziert die Dampfblasenbildung durch Verschiebung des Auslasskanals aus dem bisherigen Bereich mit sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten im Arbeitsraum.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der wenigstens eine Einlasskanal parallel zur Drehachse im Stator.
Bevorzugt erstreckt sich der wenigstens eine Einlasskanal mit einem Winkel zwischen 0° und 90°, besonders bevorzugt von mehr als 0° bis 70°, zur Drehachse, und ein im Arbeitsraum mündendes Einlasskanalende des Einlasskanals weist den selben oder einen kleineren Abstand zur Drehachse auf wie/als ein entgegengesetzter Einlasskanalanfang.
Bevorzugt mündet der Einlasskanal im Zentrum des Arbeitsraumes, demnach im sogenannten Auge des Arbeitsmediumkreislaufes. Dabei ist unter Zentrum ein Zentrumsbereich gemeint, so dass die Zuführung des Arbeitsmediums nicht exakt in das Zentrum der im Arbeitsmediumkreislauf rotierenden Strömung erfolgen muss.
Der wenigstens eine Auslasskanal erstreckt sich vorteilhaft ausgehend vom Arbeitsraum radial nach innen. Insbesondere erstreckt sich der wenigstens eine Auslasskanal mit einem Winkel zwischen +60° und -30° gegenüber einer senkrecht auf der Drehachse stehenden Ebene, wobei positive Werte dieses Winkels in Richtung der Strömung des Arbeitsmediums im Arbeitsmediumkreislauf im Arbeitsraum gerichtet sind.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind im Stator ein Einlasssammelkanal und ein Auslasssammelkanal vorgesehen, die sich einander umschließend außerhalb des Arbeitsraumes, insbesondere axial neben dem Arbeitsraum, bezogen auf die Axialrichtung der Drehachse, um die Drehachse strecken, wobei der wenigstens eine Einlasskanal vom Einlasssammelkanal abzweigt und der wenigstens eine Auslasskanal im Auslasssammelkanal mündet und der Einlasssammelkanal radial außerhalb des Auslasssammelkanals positioniert ist.
Bevorzugt erstreckt sich der wenigstens eine Einlasskanal innerhalb von Schaufeln des Stators, wohingegen sich der wenigstens eine Auslasskanal in einer Arbeitsraumwandung außerhalb der Schaufeln des Stators erstreckt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Vielzahl von Einlasskanälen vorgesehen, wobei der Winkel verschiedener Einlasskanäle gegenüber der Drehachse variiert.
Vorteilhaft ist eine Vielzahl von Auslasskanälen vorgesehen, wobei der Winkel verschiedener Auslasskanäle gegenüber der senkrecht auf der Drehachse stehenden Ebene variiert.
Insbesondere ist ein externer Arbeitsmediumkreislauf mit einem Arbeitsmediumkühler vorgesehen, wobei der externe Arbeitsmediumkreislauf vom Auslasssammelkanal abzweigt und im Einlasssammelkanal einmündet.
Der Abstand der Einlasskanäle und/oder der Auslasskanäle, insbesondere der Mündungen beziehungsweise Abzweigungen derselben im Arbeitsraum, kann in der Umfangsrichtung um die Drehachse variieren.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren exemplarisch beschrieben werden.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines hydrodynamischen Retarders und möglichen Einlasskanalverläufen im Stator;
2 eine schematische Darstellung eines hydrodynamischen Retarders mit möglichen Auslasskanalverläufen im Stator;
3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydrodynamischen Retarders mit externem Arbeitsmediumkreislauf.

In der 1 ist ein hydrodynamischer Retarder mit einem Rotor 1 und einem Stator 2 schematisch dargestellt. Der Rotor 1 und der Stator 2 weisen jeweils Schaufeln 10 auf, die in einem gemeinsamen Arbeitsraum 3 positioniert sind. Der Rotor 1 läuft um die Drehachse 4 um und steht dem Stator 2 in Axialrichtung stirnseitig gegenüber.
Durch Antreiben des Rotors 1 wird im Arbeitsraum 3 eine Arbeitsmediumkreislaufströmung 5 ausgebildet, wobei das Arbeitsmedium radial innen im Arbeitsraum 3 vom Stator 2 in den Rotor 1 strömt und radial außen im Arbeitsraum 3 vom Rotor 1 in den Stator 2 strömt.
Im Stator 2 ist ein Einlasssammelkanal 8 im radial äußeren Bereich axial neben dem Arbeitsraum 3 vorgesehen, sowie ein Auslasssammelkanal 9 im radial inneren Bereich axial neben dem Arbeitsraum 3. Der Einlasssammelkanal 8 und/oder der Auslasssammelkanal 9 können sich dabei in der Radialrichtung über den Arbeitsraum 3 hinaus erstrecken.
Vom Einlasssammelkanal 8 strömt das Arbeitsmedium über einen Einlasskanal 6 in den Arbeitsraum 3. Aus dem Arbeitsraum 3 strömt Arbeitsmedium über den Auslasskanal 7 in den Auslasssammelkanal 9.
In der 1 sind beispielhaft mehrere mögliche Positionen für den Einlasskanal 6 gezeigt, beginnend mit einem Verlauf des Einlasskanals 6 parallel zur Drehachse 4 bis hin zu einem Verlauf eines Einlasskanals 6 mit einem Winkel α zur Drehachse 4. Diese Ausrichtung des Einlasskanals 6 führt dazu, dass aus dem Einlasssammelkanal 8 über den Einlasskanal 6 einströmendes Arbeitsmedium bereits eine Ströumgskomponente oder Geschwindigkeitskomponente aufweist, die in Richtung der Arbeitsmediumkreislaufströmung 5 im Bereich der Einmündung des Einlasskanals 6 im Arbeitsraum 3 verläuft.
In der 1 erstreckt sich der Auslasskanal 7 radial von außen nach innen senkrecht zur Drehachse 4 in der gezeigten Schnittdarstellung, somit parallel zu oder in einer Ebene, die senkrecht auf der Drehachse 4 steht.
In der 2 sind weitere mögliche Erstreckungen des Auslasskanals 7 in der gezeigten Schnittdarstellung dargestellt. Somit kann sich im gesagten Ausführungsbeispiel der Auslasskanal 7 in einem Winkel von +β bis -β gegenüber der Ebene E erstrecken.
Der Einlasskanal 6 erstreckt sich in den gezeigten Ausführungsbeispielen innerhalb einer Schaufel 10. Der Auslasskanal 7 erstreckt sich innerhalb der Arbeitsraumwandung 11 außerhalb der Schaufeln 10.
In der 3 ist ein Ausführungsbeispiel mit einem externen Arbeitsmediumkreislauf 12 dargestellt, in dem ein Arbeitsmediumkühler 13 angeordnet ist, um das Arbeitsmedium zu kühlen. Das Arbeitsmedium strömt aus dem Auslasssammelkanal 9 in den externen Arbeitsmediumkreislauf 12, wird im Arbeitsmediumkühler 13 gekühlt und strömt in den Einlasssammelkanal 8. Von dort strömt es entsprechend über den Einlasskanal 6 in der Arbeitsraum 3 und über den Auslasskanal 7 in den Auslasssammelkanal 9.
Bezugszeichenliste

1: Rotor
2: Stator
3: Arbeitsraum
4: Drehachse
5: Arbeitsmediumkreislaufströmung
6: Einlasskanal
7: Auslasskanal
8: Einlasssammelkanal
9: Auslasssammelkanal
10: Schaufel
11: Arbeitsraumwandung
12: Externer Arbeitsmediumkreislauf
13: Arbeitsmediumkühler
α: Winkel
β: Winkel
E: Ebene

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 102010025678 A1 [0004]
DE 102005013464 B3 [0004]

Claims

Hydrodynamischer Retarder mit einem beschaufelten Rotor (1) und einem beschaufelten Stator (2), die gemeinsam einen mit einem Arbeitsmedium befüllten oder befüllbaren Arbeitsraum (3) ausbilden; wobei der Rotor (1) um eine Drehachse (4) antreibbar ist, um im Arbeitsraum (3) eine Arbeitsmediumkreislaufströmung (5) zum Übertragen von Antriebsmoment auf den Stator (2) auszubilden, und der Arbeitsraum (3) sich torusförmig um die Drehachse (4) erstreckt; mit wenigstens einem im Arbeitsraum (3) mündenden Einlasskanal (6) oder einer Vielzahl von im Arbeitsraum (3) mündenden Einlasskanälen (6), um das Arbeitsmedium in den Arbeitsraum (3) zu leiten; mit wenigstens einem aus dem Arbeitsraum (3) abzweigenden Auslasskanal (7) oder einer Vielzahl von aus dem Arbeitsraum (3) abzweigenden Auslasskanälen (7), um das Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum (3) abzuführen; dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Einlasskanal (6) sich radial außerhalb des wenigstens einen Auslasskanals (7) im Stator (2) erstreckt.
Hydrodynamischer Retarder gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der wenigstens eine Einlasskanal (6) parallel zur Drehachse (4) im Stator (2) erstreckt.
Hydrodynamischer Retarder gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der wenigstens eine Einlasskanal (6) mit einem Winkel (a) zwischen 0° und 90°, insbesondere von mehr als 0° bis 70°, zur Drehachse (4) erstreckt und ein im Arbeitsraum (3) mündendes Einlasskanalende des Einlasskanals (6) den selben oder einen kleineren Abstand zur Drehachse (4) hat wie/als ein entgegengesetzter Einlasskanalanfang.
Hydrodynamischer Retarder gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskanal (6) im Zentrumsbereich des Arbeitsraumes (3) mündet.
Hydrodynamischer Retarder gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der wenigstens eine Auslasskanal (7) ausgehend vom Arbeitsraum (3) radial nach innen erstreckt.
Hydrodynamischer Retarder gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der wenigstens eine Auslasskanal (7) mit einem Winkel (β) zwischen +60° und -30° gegenüber einer senkrecht auf der Drehachse (4) stehenden Ebene (E) erstreckt.
Hydrodynamischer Retarder gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Stator (2) ein Einlasssammelkanal (8) und ein Auslasssammelkanal (9) vorgesehen sind, die sich einander umschließen und außerhalb des Arbeitsraumes (3), insbesondere axial neben dem Arbeitsraum (3), um die Drehachse (4) erstrecken, wobei der wenigstens eine Einlasskanal (6) vom Einlasssammelkanal (8) abzweigt und der wenigstens eine Auslasskanal (7) im Auslasssammelkanal (9) mündet und der Einlasssammelkanal (8) radial außerhalb des Auslasssammelkanals (9) positioniert ist.
Hydrodynamischer Retarder gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der wenigstens eine Einlasskanal (6) innerhalb von Schaufeln (6) des Stators (2) erstreckt und sich der wenigstens eine Auslasskanal (7) in einer Arbeitsraumwandung (11) außerhalb der Schaufeln (10) des Stators (2) erstreckt.
Hydrodynamischer Retarder gemäß einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Einlasskanälen (6) vorgesehen ist, wobei der Winkel (a) verschiedener Einlasskanäle (6) gegenüber der Drehachse (4) variiert.
Hydrodynamischer Retarder gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Auslasskanälen (7) vorgesehen ist, wobei der Winkel (β) verschiedener Auslasskanäle (7) gegenüber der Ebene (E) variiert.
Hydrodynamischer Retarder gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein externer Arbeitsmediumkreislauf (12) mit einem Arbeitsmediumkühler (13) vorgesehen ist, wobei der externe Arbeitsmediumkreislauf (12) vom Auslasssammelkanal (9) abzweigt und im Einlasssammelkanal (8) einmündet.