DE102019108154A1

DE102019108154A1 - Vorrichtung zum Verschließen des Arbeitsraumentlüftungskanals eines Retarders

Info

Publication number: DE102019108154A1
Application number: DE102019108154.8A
Authority: DE
Inventors: Moritz May; Dieter Laukemann; Martin Deeg; Yannik Beck
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2020-10-01
Anticipated expiration: 2039-03-30
Also published as: DE102019108154B4; CN111746480A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verschließen eines Entlüftungskanals (14), zur Verbindung eines von einem Rotor (3) und einem Stator (4) gebildeten Arbeitsraums (9) in einem Retarder (1), der mit einem Arbeitsmedium befüllbar ist, mit der Umgebung, umfassend ein Rückschlagventil (16) mit einem Schwimmerkörper (17) und einem Schwimmerraum (18) mit einer Dichtebene (19), wobei der Schwimmerkörper (17) derart ausgelegt ist, dass dieser von einer Offenstellung in eine Schließstellung gegen die Dichtebene (19) bewegt wird, wenn über den Entlüftungskanal (14) Arbeitsmedium und/oder ein Arbeitsmediumschaum in den Schwimmerraum (18) gefördert wird.
Es wird vorgeschlagen, dass in Strömungsrichtung (A) gesehen zwischen Arbeitsraum (9) und Dichtebene (19) Mittel vorgesehen sind, mittels denen die Dichte Arbeitsmediumschaums veränderbar ist

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verschließen eines Entlüftungskanals, in einem Retarder, wobei der Entlüftungskanal einen Arbeitsraum mit der Umgebung verbindet.
Ein solcher Arbeitsraum ist beispielsweise der Arbeitsraum der zwischen Rotor und Stator eines Retarders gebildet wird. Es ist aber auch denkbar, dass es sich um einen beliebigen Raum handelt, der mit Öl befüllbar ist, z.B. der Öltank des Retarders.
Beim Schalten des Retarders in den Bremsbetrieb wird Druckluft in den Öltank geleitet, wodurch Öl aus dem Öltank in den Arbeitsraum des Retarders gedrückt wird. Über einen Kanal, dessen eine Öffnung im Zentrum des Arbeitsraums endet, kann die enthaltene Luft aus dem Arbeitsraum entweichen. Obwohl der wesentliche Anteil des Öls, durch die Drehung des Rotors, in eine Kreislaufströmung gezwungen wird, die sich ringförmig im Querschnitt des Arbeitsraums ausbildet, kommt es dazu, dass sich im Zentrum des Arbeitsraums Ölschaum bildet, der über den Entlüftungskanal aus dem Arbeitsraum gefördert wird. Dieser Ölschaum hat eine geringere Dichte als flüssiges Öl, so dass die Funktion der Vorrichtung zum Verschießen des Entlüftungskanals, insbesondere ein Rückschlagventil mit einem Schwimmerkörper, nicht mehr funktioniert und es zum Austritt von Ölschaum aus dem Entlüftungskanal in die Umwelt kommt.
Beim Schalten in den Nicht-Bremsbetrieb wird das Öl aus dem Arbeitsraum zurück in den Öltank gefördert bzw. gepumpt. Auch hier kommt es zu Schaumbildung, der aus dem Drucktank verdrängt wird.
Insbesondere bei starker Schaumbildung kommt es zu einer Fehlfunktion des Rückschlagventils, weil der Schwimmer des Ventils nicht genug Auftrieb erfährt, wodurch Ölschaum in die Umwelt gelangt.
Ölschaum entsteht, wenn das Retarderöl verunreinigt wird, beispielsweise mit Wasser, falschem/schlechtem Öl oder einer ungewollten Luftzufuhr (Undichtigkeit).
Aus der DE10 2013 006 611 A1 ist eine Entlüftungsvorrichtung mit Rückschlagventil bekannt, die über einen Kanal mit dem Zentrum des Arbeitsraums verbunden ist. Hier wird ein dem Rückschlagventil vorgeschaltetes Zusatzvolumen vorgeschlagen. Durch die Vergrößerung des Volumens wird die Strömungsgeschwindigkeit reduziert, was zu einer Verbesserung der Trennung des Luftanteils und des Arbeitsmediumsanteils führt. Zusätzlich können Einbauten in den Kanal vorgesehen sein, die in den Kanal hineinragen und eine vergrößerte Oberfläche bereitstellen, so dass die Trennung verbessert wird.
Aus der DE10 2013 207 004 A1 ist eine Entlüftungsvorrichtung für einen Öltank bekannt. Zur Trennung des Öls von der Luft ist dem Ventil ein Labyrinth vorgeschaltet.
Eine andere Lösung wird in der DE 10 2012 002 039 A1 vorgeschlagen. Die aus dem Ölbehälter austretende Luft wird hier durch Fliehkraftabscheider geleitet.
Die Aufgaben der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Verschließen eines Entlüftungskanals vorzuschlagen, die eine verbesserte Funktionalität aufweist, so dass kein Öl in die Umwelt gelangt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und bevorzugte Lösungsvarianten sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum Verschließen eines Entlüftungskanals vorgeschlagen, der zur Verbindung eines von einem Rotor und einem Stator gebildeten Arbeitsraums in einem Retarder, der mit einem Arbeitsmedium befüllbar ist, mit der Umgebung vorgesehen ist. Die Vorrichtung umfasst ein Rückschlagventil mit einem Schwimmerkörper und einem Schwimmerraum mit einer Dichtebene, wobei der Schwimmerkörper derart ausgelegt ist, dass dieser von einer Offenstellung in eine Schließstellung gegen die Dichtebene bewegt wird, wenn über den Entlüftungskanal Arbeitsmedium und/oder ein Arbeitsmediumschaum in den Schwimmerraum gefördert wird.
Um die Funktionalität zu verbessern wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass in Strömungsrichtung gesehen zwischen Arbeitsraum und Dichtebene Mittel vorgesehen sind, mittels denen die Dichte des Arbeitsmediumschaums veränderbar ist.
Die Veränderung der Dichte des Arbeitsmediumschaums wird dadurch erreicht, dass man den Luftanteil im Schaum reduziert bevor dieser die Dichtebene erreicht, also die Schaumstruktur verändert und/oder zerstört. Die freiwerdende Luft kann dann über das noch offene Rückschlagventil entweichen. Weiterhin wird das Rückschlagventil sicher geschlossen, sobald das Arbeitsmedium und/oder der bearbeitete Schaum, mit einer dann höheren Dichte, sich im Schwimmerraum sammelt und einen festlegbaren Level erreicht, bei dem der Schwimmerkörper in die Schließposition bewegt wird bzw. aufschwimmt.
Das erfindungsgemäße Rückschlagventil, insbesondere der Schwimmer, ist also derart ausgelegt, dass bei einem definierbaren Level von Arbeitsmediumschaum im Schwimmerraum und der Dichte des Arbeitsmediumschaums der Schwimmerkörper in die Schließposition bewegt wird.
Die Mittel können in unterschiedlichen Ausführungen vor und/oder innerhalb des Schwimmerraums im Entlüftungskanal vorgesehen sein. Wobei der Schwimmerraum im Sinne der Erfindung einen Teilabschnitt des Entlüftungskanals bildet.
Die Mittel können beispielsweise ein Drahtgestrick oder Siebelement sein. Das Drahtgestrick kann aus einem Drahtgeflecht hergestellt sein, das eine Maschenweite von 4mm bis 10mm aufweist. Dabei sind für Retarderöle insbesondere Maschenweiten von 6mm bis 8mm zu bevorzugen.
In der bevorzugten Ausführung kann das Drahtgestrick durch Verformung aus mehreren Lagen des Drahtgeflechts hergestellt sein, wobei die einzelnen Drähte der Drahtgeflechte derart verformt werden, dass eine Filterstruktur entsteht. Unter einer Filterstruktur im Sinne der Erfindung wird eine Struktur verstanden, bei der die regelmäßige Struktur der Drahtgeflechte in eine unregelmäßige Struktur umgeformt ist, die einen erhöhten Durchströmwiederstand für Fluide wie Öl und Luft-Ölgemische aufweist.
In einer Ausführung kann das Drahtgestrick eine offen Fläche zwischen 0,5% und 40% aufweisen. Weiterhin kann das Drahtgestrick aus einem Edelstahlgeflecht bestehen.
Weiterhin kann in einer Ausführung vorgesehen sein, dass die Mittel ein bewegbares Teil umfassen, mittels dem Schaumstrukturen des Arbeitsmediums auflösbar oder veränderbar sind.
Zu Unterstützung der Schaumzerstörung können die Mittel weiterhin eine Düse umfassen, mittels der Arbeitsmedium in den Entlüftungskanal einspritzbar ist.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn zwischen Rückschlagventil und Umgebung noch ein Ölabscheider vorgesehen ist.
Das Rückschlagventil und/oder die Mittel können aus einzelnen Bauteilen bestehen die montiert werden müssen oder durch ein sogenanntes additives Fertigungsverfahren erzeugt wurden, so dass sie eine Einheit bilden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Skizzen näher erläutert.
In diesen zeigen:

1 schematische Darstellung der Vorrichtung zum Verschließen des Entlüftungskanals
2 Ausführungsbeispiel der Vorrichtung
3 das Drahtgestrick
4 Hydrodynamischer Kreislauf mit dem dazugehörigen Arbeitsmediumkreislauf

1 zeigt eine schematische Darstellung der Vorrichtung 2 zum Verschließen des Entlüftungskanals. Die hier dargestellte Verschlussvorrichtung 2 umfasst einen Ölabscheider 21 mit dem Abluftauslass 22, das Rückschlagventil 16 und das Drahtgestrick 22.
Die Verschlussvorrichtung 2 umfasst das Rückschlagventil 16, das allein aufgrund seiner baulichen Konstruktion schließt, wenn der Auftrieb des Schwimmerkörpers 17 ausreichend groß ist, um den Schwimmerkörper gegen die Dichtebene 19 in die Schließstellung zu bewegen.
2 zeigt eine mögliche Ausführungsform der Verschlussvorrichtung 2, die im Wesentlichen dem Aufbau der in 1 dargestellten schematischen Darstellung entspricht.
Wird für den Bremsbetrieb Arbeitsmedium, insbesondere Retarderöl, in den Arbeitsraum 9 des Retarders gefördert, muss die in dem Retarderarbeitsraum 9 enthaltene Luft entweichen. Je nach Zustand des Öl kommt es allerdings zur Schaumbildung im Arbeitsraum 9 und der Schaum wird über den Entlüftungskanal 15, dessen eine Öffnung im Zentrum des Arbeitsraums liegt, aus dem Arbeitsraum gedrückt. Die Verschlusseinrichtung 2 hat nun die Aufgabe zu verhindern, dass Öl in die Umgebung gelangt. Voraussetzung dafür ist, dass die Dichte des Arbeitsmediums und/oder des Arbeitsmediumschaums der in den Schwimmerraum 18 gefördert wird so groß ist, dass der Schwimmerkörper 17 im Schwimmerraum 18 von einer Offenstellung in eine Schließstellung gegen die Dichtebene 19 bewegt wird. Die Dichte des Ölschaums wird erfindungsgemäß durch das durchströmen durch das Drahtgestrick 20 verändert, indem der Schaum zerstört wird oder zumindest in derart zerstört wird, das aus großen Schaumblasen kleine Schaumblasen werden.
Zur weiteren Sicherheit ist zwischen Rückschlagventil 16 und Umgebung noch ein Ölabscheider 21 vorgesehen.
Nach dem Umschalten des Retarders in den Nicht-Bremsbetrieb entsteht ein Unterduck im Arbeitsraum der bewirkt, dass der Schwimmerkörper 17 im Schwimmerraum in die Offenstellung bewegt wird und Umgebungsluft durch den Entlüftungskanal 15 entgegen der Strömungsrichtung A in den Arbeitsraum 9 gelangt.
In weiteren nicht dargestellten Ausführungen kann zur Schaumzerstörung und/oder Verringerung bzw. Blasenverkleinerung auch oder zusätzlich eine Düse im Entlüftungskanal 15 vorgesehen sein, über die Öl in den Kanal eingespritzt wird, durch den die Blasen zum Platzen gebracht werden. Alternativ oder zusätzlich ist auch ein bewegtes Bauteil denkbar, das durch den Schaum bewegt wird.
In 3 ist eine Ausführungsform des Drahtgestricks 22 dargestellt. Das Drahtgestrick setzt sich aus mehreren Lagen eines Drahtgeflechtes zusammen, die aufeinander gelegt und zu dem Drahtgestrick 22 umgeformt wurden, so dass die abgebildete Filterstruktur entsteht. Um eine gute Schaumzerstörung zu erreichen, sollte das Drahtgeflecht eine Drahtdicke von 0,01mm bis 1mm aufweisen wobei die Maschenweite 4mm bis 10mm betragen kann.
Die Anzahl der Lagen von Drahtgeflechten und der Grad der Umformung zu dem Drahtgestrick mit Filterwirkung kann an das verwendete Retarderöl angepasst werden, wobei eine offene Fläche zwischen 0,5% und 10% zu den besten Ergebnissen geführt hat.
In der 4 ist der hydrodynamische Kreislauf ohne den dazugehörigen Arbeitsmediumkreislauf schematisch dargestellt. Der Retarder 1 weist einen beschaufelten Rotor 3 und einen beschaufelten Stator 4 auf, wobei der beschaufelte Rotor 3 über eine Antriebwelle 5 von einem abzubremsenden Antriebsstrang, beispielsweise Kraftfahrzeugantriebsstrang, angetrieben wird. Der Rotor 3 und der Stator 4 sind in einem Retardergehäuse 6 aufgenommen, das die Anschlüsse für den externen Arbeitsmediumkreislauf 2 beinhaltet, vorliegend für den Vorlauf 7, der über einen Arbeitsmediumeinlass 8 in leitender Verbindung mit dem Arbeitsraum 9 steht, einen ersten Rücklauf 10 und einen zweiten Rücklauf 11, die über einen ersten Arbeitsmediumauslass 12 und eine zweiten Arbeitsmediumauslass 13 in arbeitsmediumleitender Verbindung mit dem Arbeitsraum 9 stehen.
Die Arbeitsmediumauslässe 12, 13, der Vorlauf 7 und der an der Leerlaufpumpe 23 angeschlossene Leerlaufkanal 24 sind mit dem hier nicht dargestellten Öltank verbunden, der einen Wärmetauscher umfasst.
Bezugszeichenliste

1: Retarder
2: Verschlussvorrichtung
3: Rotor
4: Stator
5: Antriebwelle
6: Retardergehäuse
7: Vorlauf
8: Arbeitsmediumeinlass
9: Arbeitsraum
10: ersten Rücklauf
11: zweiten Rücklauf
12: erste Arbeitsmediumauslass
13: zweite Arbeitsmediumauslass
14: Zentrum
15: Entlüftungskanal
16: Rückschlagventil
17: Schwimmerkörper
18: Schwimmerraum
19: Dichtebene
20: Drahtgestrick
21: Ölabscheider
22: Abluftauslass
23: Pumpe
24: Leerlaufkanal
A: Strömungsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013006611 A1 [0007]
DE 102013207004 A1 [0008]
DE 102012002039 A1 [0009]

Claims

Vorrichtung zum Verschließen eines Entlüftungskanals (14), zur Verbindung eines von einem Rotor (3) und einem Stator (4) gebildeten Arbeitsraums (9) in einem Retarder (1), der mit einem Arbeitsmedium befüllbar ist, mit der Umgebung, umfassend ein Rückschlagventil (16) mit einem Schwimmerkörper (17) und einem Schwimmerraum (18) mit einer Dichtebene (19), wobei der Schwimmerkörper (17) derart ausgelegt ist, dass dieser von einer Offenstellung in eine Schließstellung gegen die Dichtebene (19) bewegt wird, wenn über den Entlüftungskanal (14) Arbeitsmedium und/oder ein Arbeitsmediumschaum in den Schwimmerraum (18) gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung (A) gesehen zwischen Arbeitsraum (9) und Dichtebene (19) Mittel (20) vorgesehen sind, mittels denen die Dichte des Arbeitsmediumschaums veränderbar ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmerkörper (17) derart ausgelegt ist, dass bei einem definierbaren Level von Arbeitsmediumschaum im Schwimmerraum (18) und Dichte des Arbeitsmediumschaums der Schwimmerkörper (17) in die Schließposition bewegt wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (20) vor und/oder innerhalb des Schwimmerraums im Entlüftungskanal vorgesehen sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (20) ein Drahtgestrick oder Siebelement sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Drahtgestrick aus einem Drahtgeflecht hergestellt ist, das eine Drahtdicke von 0,01mm bis 1mm und eine Maschenweite von 4mm bis 10mm aufweist
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Drahtgestrick durch Verformung aus mehreren Lagen des Drahtgeflechts hergestellt ist, wobei die einzelnen Drähte der Drahtgeflechte derart verformt werden, dass eine Filterstruktur entsteht.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Drahtgestrick eine offen Fläche zwischen 0,5% und 40% aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Drahtgestrick aus einem Edelstahlgeflecht besteht.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel ein bewegbares Teil umfassen, mittels dem Schaumstrukturen des Arbeitsmediums auflösbar oder veränderbar sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel eine Düse umfassen, mittels der Arbeitsmedium in den Entlüftungskanal (15) einspritzbar ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Rückschlagventil (16) und Umgebung ein Ölabscheider (21) vorgesehen ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (16) und/oder die Mittel (20) durch ein sogenanntes additives Fertigungsverfahren erzeugt wurden.