DE102021117381A1

DE102021117381A1 - Hydrodynamischer Retarder

Info

Publication number: DE102021117381A1
Application number: DE102021117381.7A
Authority: DE
Inventors: Alexander Schreiber
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2021-07-06
Filing date: 2021-07-06
Publication date: 2023-01-12
Anticipated expiration: 2041-07-07
Also published as: WO2023280536A1; DE102021117381B4; CN117597274A

Abstract

Es wird ein hydrodynamischer Retarder mit einer Einrichtung zur Erfassung einer Arbeitsmediumtemperatur vorgeschlagen. Bei der vorgeschlagenen Ausführung besteht das Retardergehäuse aus zumindest dem Statorgehäuse und dem Rotorgehäuse. Der Stator ist im Statorgehäuse eingesetzt und mit diesem drehfest gekoppelt. Der Rotor ist im Rotorgehäuse drehbar gelagert angeordnet, wobei der Rotor über eine Welle antreibbar und auf der Welle axial verschiebbar gelagert ist, so dass der Rotor in eine Bremsbetriebsstellung und eine Nicht-Bremsbetriebsstellung bewegbar ist, wobei in der Nicht-Bremsbetriebsstellung ein Ringspalt zwischen Rotor und Rotorgehäuse vorgesehen ist.Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Einrichtung zur Erfassung der Arbeitsmediumtemperatur einen Sensor umfasst, der derart im Rotorgehäuse positioniert ist, dass die Sensorspitze in den Ringspalt hineinreicht

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Retarder mit einer Einrichtung zur Erfassung einer Arbeitsmediumtemperatur.
Hydrodynamische Retarder sind als verschleißfreie Dauerbremsen, welche beispielsweise in Kraftfahrzeugen, insbesondere Nutzfahrzeugen oder Schienenfahrzeugen, eingesetzt werden, allgemein bekannt. Die hydrodynamischen Retarder bestehen dabei aus einem Arbeitsraum, welcher von einem primären Schaufelrad und einem sekundären Schaufelrad gebildet wird. In diesem Arbeitsraum, in welchem sich die beiden Schaufelräder gegeneinander drehen, befindet sich im Bremsbetrieb des Retarders ein flüssiges Arbeitsmedium, welches eine Kreislaufströmung zwischen den Schaufelrädern ausbildet.
Der typische Retarder umfasst einen drehbar gelagerten und antreibbaren Rotor und einen Stator der fest mit einem Gehäuse des Retarders oder dergleichen verbunden.
Ein derartiger Retarder ist aus der DE10 2010 010 222 A1 bekannt. Um den Retarder im Betrieb überwachen zu können, wird ein Temperatursensor eingesetzt. Um die Funktionalität des Retarders zu verbessern, wird ein Temperatursensor vorgeschlagen, der in den Arbeitsraum oder einen Volumenbereich zur Zufuhr oder Abfuhr des Arbeitsmediums ragt oder in wärmeleitender Verbindung mit einem im Arbeitsraum angeordneten Bauteil steht. Vorzugsweise ist der Temperatursensor im Bereich des Ringkanals zur Entleerung des Arbeitsraums angeordnet. Diese Anordnung erlaubt einen sehr einfachen Aufbau. Weiterhin ermöglicht der so angeordnete Temperatursensor eine Temperaturmessung im Bremsbetrieb und im Nicht-Bremsbetrieb.
Ein weiter Aufbau eines Retarders mit Temperatursensor ist aus der CN105697610 A bekannt. Dabei wird ein Verfahren zum genauen Erfassen der Hydrauliköltemperatur des Retarders vorgeschlagen. Das Gehäuse umfasst eine Arbeitsölkammer die über eine Ölauslassöffnung verfügt, wobei die Öltemperatur des Öls, welches durch diese Ölauslassöffnung geleitet wird, gemessen wird.
Mit steigenden Anforderungen an die Regelbarkeit des Retarders wird die Trägheit der Temperaturmessung, die mit den bekannten Sensoranordnungen zu erreichen ist, zu einem begrenzenden Parameter.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Retarderaufbau mit Sensor vorzuschlagen, mit dem eine verbesserte Reaktionszeit zu erreichen ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend dem unabhängigen Anspruch gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Es wird ein hydrodynamischer Retarder mit einer Einrichtung zur Erfassung einer Arbeitsmediumtemperatur entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Bei der vorgeschlagenen Ausführung besteht das Retardergehäuse aus zumindest dem Statorgehäuse und dem Rotorgehäuse. Der Stator ist im Statorgehäuse eingesetzt und mit diesem drehfest gekoppelt. Der Rotor ist im Rotorgehäuse drehbar gelagert angeordnet, wobei der Rotor über eine Welle antreibbar und auf der Welle axial verschiebbar gelagert ist, so dass der Rotor in eine Bremsbetriebsstellung und eine Nicht-Bremsbetriebsstellung bewegbar ist, wobei in der Nicht-Bremsbetriebsstellung ein Ringspalt zwischen Rotor und Rotorgehäuse vorgesehen ist.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Einrichtung zur Erfassung der Arbeitsmediumtemperatur einen Sensor umfasst, der derart im Rotorgehäuse positioniert ist, dass die Sensorspitze in den Ringspalt hineinreicht. Wobei die Sensorspitze der Teil des Sensors ist, mittels dem die eigentliche Temperaturänderung erfasst wird.
Weiterhin ist eine Auslassöffnung im Rotorgehäuse vorgesehen, wobei die Auslassöffnung und der Sensor in einer Ebene quer zur Drehachse angeordnet sind, und wobei der Sensor und die Auslassöffnung über den Umfang versetzt zueinander angeordnet sind.
In einer bevorzugten Ausführung kann der Ringspalt im Bereich der Auslassöffnung eine Ausbuchtung aufweisen.
Zur Verbesserung der Abschöpfwirkung kann weiterhin in der Auslassöffnung ein Abschöpfrohr eingesetzt sein, welches mit einem Ende in die Ausbuchtung und den Ringspalt hineinreicht.
Vorzugsweise ist der Sensor in einem Sensorraum eingesetzt, der den Ringspalt im Bereich um den Sensor vergrößert, so dass die Umspülung der Sensorspitze gewährleistet ist.
Der Sensor ist im oberen Bereich des Ringspaltes bzw. des Retarders angeordnet, wobei die Sensorachse mit einem Winkel α von 30° bis 50 °, weiterhin bevorzugt von 35° bis 40°, zur Rotortangente, entgegen der Rotordrehrichtung, geneigt in den Ringspalt hineinreicht. Dabei wird der obere Bereich dadurch definiert, dass der Schnittpunkt von Sensorachse und Rotortangente in einem Winkelbereich δ zur senkrechten Retarderachse von 20° bis 40°, weiterhin bevorzugt von 30° bis 35°, liegt. Diese obere Anordnung ist entscheidend dafür, dass sich im Sensorraum kein Arbeitsmedium ansammelt und die Messwerte dadurch verfälscht werden.
Die Auslassöffnung ist im unteren Bereich des Ringspaltes angeordnet, wobei die Achse der Auslassöffnung mit einem Winkel β von 20° bis 40°, weiterhin bevorzugt von 25° bis 35°, zur Mittelachse in Rotordrehrichtung geneigt in den Ringspalt (20a) hineinreicht. Dabei wird der untere Bereich dadurch definiert, dass der Schnittpunkt der Achse der Auslassöffnung und der Rotortangente in einem Winkelbereich γ zur senkrechten Retarderachse von 15° bis 30°, weiterhin bevorzugt von 20° bis 25°, liegt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:

1 Schnittdarstellung des Retarders in Einbaulage
2 Längsschnitt des Retarders mit Rotor in Nicht-Bremsstellung
3 Längsschnitt des Retarders mit Rotor in Bremsstellung

Obwohl die Skizzen 1 bis 3 Schnittdarstellungen des Retarder darstellen, wurde auf die Schraffur der geschnittenen Bauteile verzichtet, um die Darstellung zu vereinfachen.
1 zeigt eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Retarders 1 in der Einbaulage, in der er im Fahrzeug eingesetzt wird bzw. werden muss. Der Schnitt verläuft in der Ebene von Sensor 7 und Rücklaufkanal 10, wobei sich der Rotor 3 in der Nicht-Bremsstellung befindet. Der Rotor 3 ist auf der Welle 6 derart gelagert, wobei der Rotor 3 sich von einer Nicht-Bremsstellung in eine Bremsstellung entlang der Wellenachse bewegen kann. Diese Funktionalität ist aus dem StdT hinreichend bekannt, so dass hier auf die nähere Beschreibung, mit Verweis auf den StdT, verzichtet wird.
Im Nicht-Bremsbetrieb wie auch im Bremsbetrieb wird der Rotor 3 in Pfeilrichtung angetrieben und selbst im Nicht-Bremsbetrieb muss immer ein gewisses Restarbeitsmediumvolumen im Arbeitsraum 18 vorhanden sein. Dieses Restarbeitsmediumvolumen bewirkt eine Reduzierung der Leerlaufverluste und sorgt für eine Kühlung des Retarders. Um das Restarbeitsmediumvolumen einzustellen ist der Rücklaufkanal 10 mit dem eingesetzten Abschöpfrohr 9 vorgesehen, über den ein Volumenstrom in den Querkanal 11 und von dort zurück in den Ölbehälter geleitet werden kann.
Das Abschöpfrohr 9 ragt in die Ausbuchtung 21 des Ringspalts 20a zwischen Rotor 3 und Rotorgehäuse 2 hinein, so dass ein Umfangsabschnitt des Abschöpfrohrs 9 eine Leitvorrichtung bildet, über die ein Teil des Arbeitsmediumstroms aus dem Ringspalt 20a in den Auslasskanal 10 geleitetet wird. Weiterhin ist das Abschöpfrohr 9 bzw. die Achse 23 des Auslasskanals 10 in Drehrichtung des Rotors um den Winkel von β = 20° bis 40°, hier gewählt 30°, gegenüber der Vertikalen geneigt. Zur weiteren Definition des unteren Bereichs, also der Anordnung des Abschöpfrohrs 9 bzw. des Auslasskanals 10 am Umfang, kann das Maß y oder der Winkel y verwendet werden. In der dargestellten Ausführung ist das Abschöpfrohr 9 gegen die Drehrichtung des Rotors 3 um einen Winkel y von ca. 21° gedreht worden, wobei auch andere Winkel y von 15° bis 30°, weiterhin bevorzugt von 20° bis 25°, denkbar sind. So wird eine gute Abschöpfwirkung erreicht und die Anordnung der Abschöpfung im unteren Bereich bewirkt, dass keine größere Ansammlung von Arbeitsmedium erfolgen kann, aber trotzdem ein Restvolumen Arbeitsmedium im Ringspalt 20a verbleibt. Alternativ ist auch ein Winkel y in Drehrichtung des Rotors 3 realisierbar.
Der Sensor 7 ist im oberen Bereich des Rotorgehäuses 2 in den Sensorraum 8 eingebaut bzw. geschraubt. Dabei ist die Sensorachse 22 gegenüber der Tangente des Rotors 3 um den Winkel von α = 30° bis 50°, bevorzugt um einen Winkel von α = 35° bis 40°, gegen die Drehrichtung des Rotors 3 geneigt. Zur weiteren Definition des oberen Bereiches, also der Anordnung des Sensors 7 am Umfang, kann das Maß x oder den Winkel δ verwendet werden. In der dargestellten Ausführung ist der Sensor 7 in Drehrichtung des Rotors 3 um einen Winkel δ von ca 31° gedreht worden, wobei auch andere Winkel δ von 20° bis 40°, weiterhin bevorzugt von 30° bis 35°, denkbar sind. Entscheidend ist, dass sich kein Arbeitsmedium dauerhaft im Sensorraum 8 ansammeln kann. Alternativ ist auch ein Winkel δ entgegen der Drehrichtung des Rotors 3 realisierbar.
2 und 3 zeigen je eine Schnittansicht in Längsrichtung durch den Retarder 1, wobei der Schnitt derart gelegt wurde, dass der Sensor 7 und der Auslasskanal 10 dargestellt wird. Die 2, 3 unterscheiden sich durch die Rotorstellung, wobei in 2 die Nicht-Bremsstellung und in 3 die Bremsstellung des Rotors 3 dargestellt ist.
In der Nicht-Bremsstellung ist der Rotor 3 in einer Stellung, in der der Spalt zwischen Stator 4 und Rotor 3 ein Maximum aufweist und der Arbeitsraum 18 die Maximalgröße erreicht. In dieser Stellung bildet sich ein radialer Ringspalt 20a zwischen Rotor 3 und Rotorgehäuse 2 und der Rotorraum 19 ist auf ein Minimum reduziert. So wird erreicht, dass das Restarbeitsvolumen durch die Drehung des Rotors 3 im Ringspalt 20a zum Sensor 7 und von dort zur Abschöpfstelle gefördert wird.
Wie aus dem StdT bekannt, wird im Nicht-Bremsbetrieb ständig ein kleines Volumen von Arbeitsmedium in den Arbeitsraum 18 gepumpt. Das Arbeitsmedium bewirkt eine Reduzierung der Leerlaufverlust und gewährleistet die Leerlaufkühlung. Zur Regelung des Füllgrades im Arbeitsraum 18 ist der Rücklaufkanal 10, der mit dem Arbeitsmediumvorratsbehälter verbunden ist, vorgesehen. Das Abschöpfrohr 9 im Rücklaufkanal 10 ragt in die Ausbuchung 21 und den Ringkanal 20a und ermöglicht so eine definierte Abschöpfung des Arbeitsmediumvolumens, welches über den Rücklaufkanal in den Kreislauf zurückgeführt wird.
Ziel der Erfindung ist es, die Temperaturänderung des Arbeitsmediums auch im Nicht-Bremsbetrieb möglichst direkt zu erfassen. Der Sensor 7 - genauer dessen Sensorspitze - ragt deshalb direkt in den Ringspalt 21 a, so dass die Sensorspitze direkt von dem gerade durch den Ringspalt 20a geförderte Arbeitsmedium umströmt wird.
3 unterscheidet sich dadurch von 2, dass der Rotor in Bremsstellung dargestellt ist. Zum Bremsen wird ein sehr großes Arbeitsmediumvolumen über den Einlassraum 13 und den Einlasskanal 14 in den Arbeitsraum 18 gefördert. Durch die Pumpwirkung zwischen Stator 4 und Rotor 3 wird das Arbeitsmedium anschließend wieder aus dem Arbeitsraum gepumpt und gelangt durch die Auslassöffnung 17 und den Auslassraum 15 zurück in einen nicht dargestellten Kreislauf mit dem Kühler.
Auch im Bremsbetrieb gelangt Arbeitsmedium durch einem Ringspalt 20b in den Rotorraum 19, wobei der Ringspalt 20b in dieser Rotorstellung zwischen Stator 4 und Rotor 3 gebildet wird. Die Temperaturerfassung ist somit auch im Bremsbetrieb sichergestellt.
Bezugszeichenliste

1: Retarder
2: Rotorgehäuse
3: Rotor
4: Stator
5: Statorgehäuse
6: Welle
7: Sensor
8: Sensorraum
9: Abschöpfrohr
10: Rücklaufkanal
11: Querkanal
12: Verschlussschraube
13: Einlassraum
14: Einlasskanal
15: Auslassraum
16: Steg
17: Auslassöffnung
18: Arbeitsraum
19: Rotorraum
20a, b: Ringspalt
21: Ausbuchtung
22: Sensorachse
23: Achse
24: Retarderachse

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 102010010222 A1 [0004]
CN 105697610 A [0005]

Claims

Hydrodynamischer Retarder mit einer Einrichtung zur Erfassung einer Arbeitsmediumtemperatur, umfassend ein Statorgehäuse (5), in dem ein Stator (4) drehfest angeordnet ist, und ein Rotorgehäuse (2), in dem ein Rotor (3) drehbar gelagert angeordnet ist, wobei der Rotor über eine Welle (6) antreibbar und auf der Welle (6) axial verschiebbar gelagert ist, so dass der Rotor (3) in eine Bremsbetriebsstellung und eine Nicht-Bremsbetriebsstellung bewegbar ist, wobei in der Nicht-Bremsbetriebsstellung ein Ringspalt (20a) zwischen Rotor (3) und Rotorgehäuse (2) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erfassung der Arbeitsmediumtemperatur einen Sensor (7) umfasst, der derart im Rotorgehäuse (2) positioniert ist, dass die Sensorspitze in den Ringspalt (20a) hineinreicht.
Hydrodynamischer Retarder (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auslassöffnung (10) im Rotorgehäuse (2) vorgesehen ist, wobei die Auslassöffnung (10) und der Sensor (7) in einer Ebene quer zur Drehachse angeordnet sind, und wobei der Sensor (7) und die Auslassöffnung (10) über den Umfang versetzt zueinander angeordnet sind.
Hydrodynamischer Retarder (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringspalt (20a) im Bereich der Auslassöffnung (10) eine Ausbuchtung (21) aufweist.
Hydrodynamischer Retarder (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auslassöffnung ein Abschöpfrohr (9) eingesetzt ist, welches mit einem Ende in die Ausbuchtung (21) und den Ringspalt (20a) hineinreicht.
Hydrodynamischer Retarder (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (7) in einem Sensorraum (8) eingesetzt ist.
Hydrodynamischer Retarder (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (7) im oberen Bereich des Ringspaltes (20a) angeordnet ist, wobei die Sensorachse (22) mit einem Winkel α von 30° bis 50 °, weiterhin bevorzugt von 35° bis 40°, zur Rotortangente entgegen der Rotordrehrichtung geneigt in den Ringspalt (20a) hineinreicht.
Hydrodynamischer Retarder (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (10) im unteren Bereich des Ringspaltes (20a) angeordnet ist, wobei die Achse der Auslassöffnung (10) mit einem Winkel β von 20° bis 40°, weiterhin bevorzugt von 25° bis 35°, zur Mittelachse in Rotordrehrichtung geneigt in den Ringspalt (20a) hineinreicht.
Hydrodynamischer Retarder (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Bereich dadurch definiert ist, dass der Schnittpunkt von Sensorachse (22) und Rotortangente in einem Winkelbereich δ zur senkrechten Retarderachse (24) von 20° bis 40°, weiterhin bevorzugt von 30° bis 35°, liegt.
Hydrodynamischer Retarder (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Bereich dadurch definiert ist, dass der Schnittpunkt von Achse (23) der Auslassöffnung(10) und Rotortangente in einem Winkelbereich γ zur senkrechten Retarderachse (24) von 15° bis 30°, weiterhin bevorzugt von 20° bis 25°, liegt.