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Die vorliegende Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Retarder, nach dem Oberbegriff vom Anspruch 1.
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Es ist allgemein bekannt, dass hydrodynamische Retarder einen Arbeitsraum aufweisen, der mit einem Arbeitsmedium befüllbar ist, um ein Drehmoment von einem angetriebenen Primärschaufelrad, auch Rotor genannt, auf ein stationäres Sekundärschaufelrad, auch Stator genannt, hydrodynamisch zu übertragen. Der Retarder ist an einen Retarderarbeitsmediumkreislauf angeschlossen, in dem das Arbeitsmedium, z.B. Öl, oder Kühlwasser des Fahrzeugkühlkreislaufs zirkulieren kann.
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Beim Retarder unterscheidet man im Wesentlichen zwei Betriebszustände, den Bremsbetrieb, für den der Arbeitsraum mit Arbeitsmedium befüllt wird, und den Nicht-Bremsbetrieb für den der Arbeitsraum, bis auf ein kleines Restarbeitsmediumvolumen, entleert wird. Im Bremsbetrieb kann das Bremsmoment weiterhin über den Füllungsgrad eingestellt werden.
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Über die Rotorwelle, auf der der Rotor drehfest gekoppelt ist, wird das Bremsmoment auf die Fahrzeugräder übertragen. Die Rotorwelle kann beispielsweise über eine Getriebeausgangswelle oder eine mit den Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs drehfest verbundene Welle (Gelenkwelle) angetrieben sein. In vielen Kraftfahrzeugen ist der Retarder direkt an das Getriebe angeflanscht und wird über einen Hochtrieb, einen Zahnradantrieb, angetrieben. Dieser Hochtrieb ist in den Getriebeölkreislauf eingebunden und wird durch diesen geschmiert und gekühlt. Zwischen dem Getriebeölkreislauf und dem Retarderarbeitsmediumkreislauf ist ein Dichtungssystem vorgesehen, welches das Öl des Getriebeölkreislaufs von dem Arbeitsmedium des Retarderarbeitsmediumkreislaufes trennt.
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Die Trennung erfolgt in der Regel derart, dass eine erste Dichtlippe des Dichtungssystems mittels des Getriebeöls und eine zweite Dichtlippe mittels des Arbeitsmediumstroms, Ölstroms oder Wasserstroms, gekühlt und geschmiert werden.
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Das Dichtungssystem kann wie in der
CN 10 5 673 735 A dargestellt, aus zwei Radialwellendichtringen, RWDR, und einem Rechteckring bestehen. Über einen Kanal in der Retarderwelle wird, bei Rotation der Retarderwelle, ein Ölstrom zwischen dem rotorseitigen RWDR, also der zweiten Dichtlippe, und den Rechteckring gefördert, so dass diese beiden Dichtungen geschmiert und diese somit auch gekühlt werden.
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Wie eingangs erwähnt werden im Wesentlichen zwei Betriebszustände unterschieden, der Bremsbetrieb und der Nicht-Bremsbetrieb. Da sich die Retarderwelle in beiden Betriebszuständen dreht, ist es in beiden Betriebszuständen erforderlich, dass die Dichtstellen über einen Ölstrom geschmiert und gekühlt werden. Im Bremsbetrieb wird aufgrund des hohen Druckes im Arbeitsraum ein Leckageölstrom durch den Rechteckring, die RER-Dichtstelle, gedrückt, so dass ein Leckölstrom an die Dichtstellen gelangt. Dieses relativ heiße Öl kommt somit mit dem retarderseitigen RWDR, insbesondere mit der zweiten Dichtlippe, in Kontakt und wird von dort über den Kanal in der Retarderwelle zurück in den Retarderarbeitsmediumkreislauf geleitet. Durch das relativ heiße Öl wird die Retarderwelle erhitzt, so dass die Lebensdauer beider RWDR negativ beeinflusst wird.
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Die
CN 10 5 909 696 A offenbart des Weiteren ein Schmierverfahren zum Kühlen und Schmieren des Dichtungssystems eines Retarders im Nicht-Bremsbetrieb, bei der das Arbeitsmedium, Öl, mittels einer Pumpvorrichtung durch die Retarderwelle gepumpt wird, über Querbohrungen an die retarderseitige Dichtlippe des RWDR herangeführt und nachfolgend über einen Kanal zwischen Rotorgehäuse und Rotor zurück in den Retarderarbeitsmediumkreislauf geleitet wird.
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Die
DE 20 2005 003 329 U1 offenbart ein Retardersystem mit einem Dichtungssystem. Dabei sind zumindest einige Dichtelemente derart ausgelegt, dass ein Leckagestrom im Bremsbetrieb wie auch im Nicht-Bremsbetrieb durch diese Dichtelemente ermöglicht wird.
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Weiterhin offenbart die
DE 10 2011 115 033 B3 einen Retarderaufbau mit einem Dichtungssystem bei dem Kanäle in der Retarderwelle vorgesehen sind, die eine Zuführung von Arbeitsmedium zur Schmierung der Dichtungen des Dichtungssystems ermöglichen.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es nun, den Arbeitsmediumkreislauf derart zu verbessern, dass die Schmierung und Kühlung des Dichtungssystems verbessert wird.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführung finden sich in den Unteransprüchen.
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Die vorgeschlagene Ausführung betrifft einen hydrodynamischen Retarder der ein Retardergehäuse, eine Retarderwelle und ein Dichtungssystem umfasst, wobei die Retarderwelle einen ersten Teilabschnitt, der außerhalb des Retardergehäuses angeordnet ist, und einen zweiten Teilabschnitt, der innerhalb des Retardergehäuses angeordnet ist, aufweist. Weiterhin ist das Dichtungssystem zwischen Retardergehäuse und Retarderwelle derart angeordnet, dass ein Innenraum innerhalb des Retardergehäuses, der an einen Arbeitsmediumkreislauf angeschlossen ist, gegenüber der Umgebung fluiddicht abgedichtet ist. Das Dichtungssystem umfasst zumindest ein erstes und zweites Dichtungselement und zwischen den Dichtungselementen ist ein Dichtungsraum vorgesehen, wobei der Dichtungsraum über einen in der Retarderwelle angeordneten ersten Kanal mit dem Arbeitsmediumkreislauf verbunden ist.
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Erfindungsgemäß wird zur Verbesserung der Schmierung und Kühlung des Dichtungssystems vorgeschlagen, dass der Dichtungsraum über einen zumindest abschnittsweise in der Retarderwelle verlaufenden zweiten Kanal mit dem Arbeitsmediumkreislauf verbunden ist oder verbindbar ist, so dass bei rotierender Retarderwelle ein Nebenstrom über den ersten Kanal in den Dichtungsraum zuführbar ist und nach dem Durchströmen des Dichtungsraums über den zweiten Kanal aus dem Dichtungsraum zurückleitbar ist, und eine Pumpe im ersten Kanal oder zweiten Kanal angeordnet ist, wobei mittels der Pumpe der Volumenstrom des Nebenstroms durch den Dichtungsraum regelbar ist.
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Der Aufbau mit einem ersten Kanal als Zulaufkanal und einem zweiten Kanal als Abflusskanal, bewirkt, dass sich ein Nebenstrom bilden kann und der Dichtungsraum vom Arbeitsmedium durchströmt wird, was zu einer besseren Kühlung des Dichtungsbereichs, insbesondere der Retarderwelle, führt.
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In einer bevorzugten Ausführung kann das erste Dichtungselement zumindest einen Radialwellendichtring, RWDR, umfassen und das zweite Dichtelement eine rechteckige Ringdichtung sein. Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn das erste Dichtungselement aus zwei RWDR zusammengesetzt ist, wobei die Dichtlippen vorzugsweise gegeneinander ausgerichtet sind.
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In einer bevorzugten Ausführung ist der zweite Kanal mit einer Einlasskammer des Retarders verbunden oder kann verbindbar sein. Die Einlasskammer ist ein Raum im Arbeitsmediumkreislauf, über den das Arbeitsmedium im Bremsbetrieb geleitet wird, bevor es in den torusförmigen Arbeitsraum zwischen Rotor und Stator gelangt.
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Bei einer ersten Ausführung ist die Pumpe derart angeordnet, dass mittels der Pumpe einen Nebenstrom erzeugt wird, bei dem Arbeitsmedium aus dem Arbeitsmediumbehälter über den ersten Kanal in den Dichtungsraum gefördert wird. Über den zweiten Kanal in der Retarderwelle gelangt das Arbeitsmedium wieder aus dem Dichtungsraum und von dort zurück in den Arbeitsmediumkreislauf. Bei dieser Ausführung wird die Pumpwirkung der Pumpe durch die Pumpwirkung von den Querbohrungen in der Retarderwelle unterstützt, wobei hier die Querbohrungen gemeint sind, die ein Teilabschnitt des ersten Kanals bilden.
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Der Abschnitt des zweiten Kanals, der durch die Retarderwelle führt, kann vorzugsweise aus zwei weiteren Querkanalabschnitten und einem Längsabschnitt zusammengesetzt sein, wobei sich die Pumpwirkung der Querkanalabschnitte aufhebt, so dass das Arbeitsmedium leichter über den zweiten Kanal zurück in die Einlasskammer gelangt.
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Es besteht aber auch die Option, die Pumpe in den im zweiten Kanal anzuordnen und mittels der Pumpe einen Nebenstrom zu erzeugen, bei dem Arbeitsmedium aus dem Arbeitsmediumbehälter über den ersten Kanal in den Dichtungsraum und über den zweiten Kanalabschnitt in der Retarderwelle wieder aus dem Dichtungsraum gesaugt wird. Die Pumpe ist bei dieser Option im zweiten Kanal vor der Eingangskammer angeordnet, so dass das Arbeitsmedium über die Eingangskammer zurück in den Arbeitsmediumkreislauf gepumpt wird. Weiterhin ist bei diesem Aufbau die Saugleistung der Pumpe derart ausgelegt, dass zumindest im Nicht-Bremsbetrieb genügend Arbeitsmedium aus dem Arbeitsmediumbehälter durch den Dichtungsraum gefördert wird.
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Vorzugsweise ist die Pumpe bei beiden Optionen derart ausgelegt, dass im Nicht-Bremsbetrieb ein Leckagestrom über das zweite Dichtelement, die rechteckige Ringdichtung, entsteht.
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Für die erste Option ist die Pumpe vorzugsweise derart ausgelegt, dass im Nicht-Bremsbetrieb ein Leckagestrom von dem Dichtungsraum (14) über das zweite Dichtelement, die rechteckige Ringdichtung, in den Arbeitsraum gefördert wird.
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Für die zweite Option ist die Pumpe vorzugsweise derart ausgelegt, dass im Nicht-Bremsbetrieb ein Leckagestrom über das zweite Dichtelement die rechteckige Ringdichtung aus dem Arbeitsraum in den Dichtungsraum gefördert wird.
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Um die Pumpwirkung durch den zweiten Kanal, mit seinen zwei Querkanalabschnitten innerhalb der Retarderwelle, zu verbessern, wird weiterhin vorgeschlagen, dass der Wellendurchmesser der Retarderwelle im Bereich der Eintrittsöffnung des ersten Querkanalabschnitts, durch den das Arbeitsmedium in den Querkanalabschnitt eintritt, kleiner ist als der Wellendurchmesser im Bereich der Austrittsöffnung des zweiten Querkanalabschnitts, durch den das Arbeitsmedium aus dem zweiten Querkanalabschnitt austritt.
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Anhand von Ausführungsbeispielen werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weitere vorteilhafte Ausprägungen der Erfindung erläutert.
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Die Figuren zeigen im Einzelnen:
- 1 Retarder entsprechend dem StdT
- 2 Dichtungssystem entsprechend dem StdT
- 3 eine erste Ausführung
- 4 eine zweite Ausführung
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1 und 2 zeigen Ausschnitte, aus denen der Aufbau eines Retarders 1 entsprechend dem StdT entnommen werden kann. Gezeigt wird in 1 der wesentliche Aufbau des Retarders und in 2 das aus dem StdT bekannte Dichtungssystem im Detail.
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Der dargestellte Ausschnitt in 1 zeigt einen Retarder 1 mit einem Retardergehäuse 8, das in oder an einem Getriebegehäuse befestigt ist. Die Retarderwelle 5 ragt mit ihrem ersten Teilabschnitt 9, der zumindest teilweise außerhalb des Retardergehäuses 8 angeordnet ist, in das Getriebegehäuse 28. Alle Bauteile, wie das Lager 30 und die Dichtung 12a des Dichtungssystems 2, die sich nicht im Innenraum 11 des Retardergehäuses 8 befinden, kommen mit dem Öl des Getriebeölkreislaufs 3 in Kontakt bzw. werden durch diesen geschmiert.
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Ein zweiter Teilabschnitt 10 der Retarderwelle 5 ist innerhalb des Retardergehäuses 8 angeordnet. Alle Bauteile innerhalb des Retardergehäuses 8 kommen mit dem Arbeitsmedium des Retarders 1 in Berührung und werden durch dieses geschmiert und gekühlt. Das Arbeitsmedium kann ein Öl oder auch Kühlwasser aus dem Kühlkreislauf sein. Zum Innenraum des Retardergehäuses 8 gehören alle Kanäle und Kammern, durch die das Arbeitsmedium strömen kann.
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Zwischen dem ersten und zweiten Teilabschnitt 9, 10 der Retarderwelle 5 ist ein Dichtungssystem 2 angeordnet, das den Getriebeölkreislauf 3 vom Arbeitsmediumkreislauf 4 trennt.
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Die Retarderwelle 5 ist über Lager 30 gegenüber dem Retardergehäuse 8 drehbar gelagert und der Rotor 6 ist auf der Retarderwelle 5 derart gelagert, dass sich der Rotor 6 beim Befüllen des Arbeitsraums 32 mit Arbeitsmedium axial in Richtung Stator bewegt und ein Bremsmoment auf die Retarderwelle 5 übertragen wird, sobald die Arbeitsposition erreicht ist. Diese Funktionalität des verschiebbaren Rotors ist für Retarder allgemeiner StdT.
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Man unterscheidet bei einem Retarder zwei wesentliche Betriebszustände, den Nicht-Bremsbetrieb, wie in 1 dargestellt, und den Bremsbetrieb, bei dem der Arbeitsraum mit Arbeitsmedium befüllt ist. Das Arbeitsmedium wird für den Bremsbetrieb über eine nicht dargestellte Druckbeaufschlagungsvorrichtung aus dem Arbeitsmediumbehälter 22 in den Arbeitsmediumkreislauf 4 gefördert, wobei der Füllungsgrad des Arbeitsraums regelbar ist.
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2 zeigt das Dichtungssystem 2 welches sich aus mehreren Dichtungselementen 12a, b und 13 zusammensetzt. Zwischen den Dichtungselementen 12b und 13 ist ein Dichtungsraum 14 vorgesehen, wobei der Dichtungsraum 14 über einen in der Retarderwelle 5 angeordneten ersten Kanal 15 mit dem Arbeitsmediumkreislauf 4 verbunden oder verbindbar ist. Der erste Kanal 15 setzt sich zusammen aus dem Längskanalabschnitt in der Retarderwelle 5, der als Sackloch ausgeführt ist, und den Querkanälen 17a, die eine Verbindung zwischen Dichtungsraum 14 und Sackloch darstellen.
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Diese Querkanäle 17a wirken bei Rotation der Retarderwelle 5 wie eine Pumpe, so dass Arbeitsmedium in die Dichtungskammer gepumpt wird, sobald sich die Retarderwelle 5 dreht. Die Dichtungselemente 12a, b sind als Radialwellendichtringe ausgeführt, deren Dichtlippen gegeneinander ausgerichtet sind. Das dritte Dichtungselement ist eine rechteckige Ringdichtung 13. Die rechteckige Ringdichtung 13 ist derart ausgelegt, dass ein Leckagestrom 25 ermöglicht wird, der je nach Betriebszustand seine Richtung wechselt.
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In den 3 und 4 sind zwei Optionen dargestellt wie die Schmierung und Kühlung des Dichtungssystems umgesetzt werden kann. In beiden Ausführungen ist neben dem ersten Kanal 15 in der Retarderwelle 5 auch ein zweiter Kanal 16 in der Retarderwelle 5 angeordnet.
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Der erste Kanal 15 ist wie im StdT ausgeführt. Der zweite Kanal 16 verläuft abschnittsweise parallel zum ersten Kanal 15 und umfasst an beiden Enden einen Querkanalabschnitt 17b, c, wobei ein Querkanalabschnitt 17b mit dem Dichtungsraum 14 in Verbindung steht und der zweite Querkanalabschnitt 17c mit einem Verbindungskanal 24 gekoppelt ist, der den zweiten Kanal 16 mit der Einlasskammer 20 verbindet.
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3 zeigt eine erste mögliche Ausführung, bei der eine Pumpe 18 im ersten Kanal 15 angeordnet ist. Wobei der gezeigte Kanalabschnitt zwischen Pumpe 18 und Arbeitsmediumbehälter 22 zum ersten Kanal 15 gezählt wird.
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Die Pumpe 18 ist mit der Retarderwelle 5 drehfest gekoppelt, so dass immer dann Arbeitsmedium in den Dichtungsraum 14 gepumpt wird, wenn sich die Retarderwelle dreht. Im Bremsbetrieb ist der Druck im Arbeitsraum 32 größer als im Dichtungsraum 14, sodass sich ein Leckagestrom 25 durch den Dichtspalt der Dichtung 13 bildet, der in Richtung Dichtungsraum 14 strömt. Der Leckagestrom 25 trifft im Dichtungsraum 14 auf den Nebenstrom 19 und wird über den zweiten Kanal 16 in den Arbeitsmediumkreilauf 4 zurückgeleitet.
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Im nicht dargestellten Nicht-Bremsbetrieb herrschen andere Druckverhältnisse, bei denen der Leckagestrom 25 umdreht, weil die Pumpe 18 derart ausgelegt ist, dass im Nicht-Bremsbetrieb der Pumpendruck größer ist als der Druck im Arbeitsraum 32, der über die Restarbeitsmediummenge im Arbeitsraum aufgebaut wird. Überschüssiges Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum 32 wird im Nicht-Bremsbetrieb über die Bypassleitung 31 zurück in den Arbeitsmediumbehälter 22 gepumpt.
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In 4 ist eine alternative Ausführung im Nicht-Bremsbetrieb dargestellt, bei der die Pumpe 18 zwischen zweitem Kanal 16 und Einlasskammer 20 im Verbindungskanal 24 angeordnet ist, wobei der Verbindungskanal 24 ein Teilabschnitt oder Fortsetzungskanal des zweiten Kanals 16 ist. Bei dieser Ausführung hat der Leckagestrom 25 durch die Dichtung 13 im Bremsbetrieb wie auch im Nicht-Bremsbetrieb die gleiche Richtung, da die Pumpe 18 in beiden Betriebsarten Arbeitsmedium aus dem Dichtungsraum 14 absaugt und über die Einlasskammer 20 zurück in den Arbeitsraum 32 bzw. den Arbeitsmediumkreislauf leitet.
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In beiden dargestellten Ausführungen kann der zweite Kanal auch mit dem Entlüftungskanal 23 verbunden sein. Eine weitere Alternative wäre eine Verbindung mit dem Arbeitsmediumbehälter. Bei dieser Option muss im Verbindungskanal ein Rückschlagventil vorgesehen sein, so dass der Nebenstrom 19 nur in Richtung Arbeitsmediumbehälter strömen kann.
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In den 3 und 4 wurde auf die genaue Darstellung der Retarderwelle 5 und den darin verlaufenden Kanälen verzichtet. Vorzugsweise ist der Kanalabschnitt 16 durch die Retarderwelle 5 derart ausgeführt, dass die Pumpwirkung durch den zweiten Kanal 16, mit seinen zwei Querkanalabschnitten 17b, c innerhalb der Retarderwelle, in die gewünschte Richtung erfolgt. Dafür sind die Wellendurchmesser im Bereich der Eintrittsöffnung und Austrittsöffnung unterschiedlich groß ausgelegt. So ist der Wellendurchmesser der Welle im Bereich der Eintrittsöffnung des ersten Querkanalabschnitts 17b, durch den das Arbeitsmedium in den Querkanalabschnitt 17b eintritt, kleiner ist als der Wellendurchmesser im Bereich der Austrittsöffnung des zweiten Querkanalabschnitts 17c, durch den das Arbeitsmedium aus dem zweiten Querkanalabschnitt 17c austritt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Retarder
- 2
- Dichtungssystem
- 3
- Getriebeölkreislauf
- 4
- Arbeitsmediumkreislauf
- 5
- Retarderwelle
- 6
- Rotor
- 7
- Stator
- 8
- Retardergehäuse
- 9
- erster Teilabschnitt
- 10
- zweiter Teilabschnitt
- 11
- Innenraum
- 12a, b
- Radialwellendichtring
- 13
- rechteckige Ringdichtung
- 14
- Dichtungsraum
- 15
- erster Kanal
- 16
- zweiter Kanal
- 17 a,b,c
- Querkanal
- 18
- Pumpe
- 19
- Nebenstrom
- 20
- Einlasskammer
- 21
- Arbeitsmedium
- 22
- Arbeitsmediumbehälter
- 23
- Entlüftungskanal
- 24
- Verbindungskanal
- 25
- Leckagestrom
- 26a, b
- Drossel
- 27a, b
- Rückschlagventil
- 28
- Getriebegehäuse
- 29
- Kühler
- 30
- Lager
- 31
- Bypassleitung
- 32
- Arbeitsraum
