DE10237766B4

DE10237766B4 - Hydrodynamischer Retarder

Info

Publication number: DE10237766B4
Application number: DE2002137766
Authority: DE
Inventors: Valeri Kuschnerov; Kurt Pappe
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: KUSCHNEROV, VALERI, 80636 MUENCHEN, DE
Priority date: 2002-08-17
Filing date: 2002-08-17
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2022-08-18
Also published as: DE10237766A1

Abstract

Hydrodynamischer Retarder (14);
1.1 mit einem Statorschaufelrad (1) und einem Rotorschaufelrad (3), die miteinander einen mit Betriebsmittel befüllbaren Arbeitsraum (18) bilden;
1.2 mit einem diesen umschließenden Gehäuse (2);
1.3 mit einem Kühlsystem (19); gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
1.4 das Kühlsystem (19) umfasst einen Kühlmittelkreislauf (20) mit wenigstens einem im Statorschaufelrad (1) angeordneten und vom Arbeitsraum (18) und dem Betriebsmittel getrennten Kanal oder Kanälen (21) und/oder Hohlräumen (22);
1.5 die Kanäle (21) und/oder Hohlräume (22) im Statorschaufelrad (1) sind in der Beschaufelung (26) angeordnet, wobei eine Mehrzahl von Schaufeln oder jede Schaufel der Beschaufelung (26) des Statorschaufelrades (1) wenigstens einen Kanal (21) und/oder einen Hohlraum (22) aufweist und die einzelne Schaufel als Hohlkörper ausgeführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Retarder, im einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bremsanlagen mit hydrodynamischen Retardern sind in einer Vielzahl von Ausführungen bekannt. Stellvertretend wird auf die nachfolgend genannten Druckschriften verwiesen:

1. WO 95/01500 A1
2. EP 0715089 A2 .

Die in diesen Druckschriften beschriebenen hydrodynamischen Retarder umfassen in üblicher Weise ein Rotorschaufelrad und ein Statorschaufelrad, die miteinander einen mit Betriebsmittel befüllbaren Arbeitsraum bilden. Das Bremsmoment des hydrodynamischen Retarders entsteht dabei infolge der Querbewegung des Arbeitsmediums zwischen dem rotierenden Rotorschaufelrad und dem Stator. Dabei werden jedoch ganz erhebliche Wärmemengen erzeugt, die rasch abgeführt werden müssen, damit die Betriebsflüssigkeit eine bestimmte Höchsttemperatur nicht übersteigt. Zu diesem Zweck ist es bekannt, das Betriebsmittel oder einen Teil hiervon aus dem Arbeitsraum des hydrodynamischen Retarders zu entnehmen und über einen extern zum Arbeitskreislauf angeordneten Kreislauf in Form eines äußeren Kühlkreislaufes, in welchem eine Kühleinrichtung, beispielsweise in Form eines Wärmetauschers, angeordnet ist, zu führen. Das Betriebsmittel wird dann wieder in den Arbeitsraum eingespeist. Zu diesem Zweck ist dem Arbeitsraum wenigstens ein Ablauf und ein Zulauf zugeordnet. Trotz der im externen Kreislauf vorgenommenen Kühlung des Betriebsmittels erreichen die einzelnen Schaufelräder während des Bremsbetriebes eine Temperatur, welche immer noch deutlich über jener in den bremsfreien Phasen liegt. Ein Teil davon wird an die Umgebung abgestrahlt, die sich ebenfalls entsprechend aufheizt. Auch diese Abstrahlung bedingt einen Kühleffekt, erschwert jedoch im Dauerbremsbetrieb die Abkühlung des Betriebsmittels, weshalb dem externen Kreislauf eine größere Kapazität zugeordnet werden muß, um gleichzeitig das Betriebsmittel als Kraftübertragungsmittel im Arbeitsraum des hydrodynamischen Retarders und die Bauteile abzukühlen. Die Vergrößerung der dazu erforderlichen Kühlbetriebsmittelströmung vermindert jedoch das verfügbare Bremsmoment bzw. die Leistungserzeugung des Retarders. Dies ist dadurch bedingt, dass beim Anzapfen eines Teils des Betriebsmittels für den Kühlumlauf im externen Kreislauf des hydrodynamischen Retarders sich die hydrodynamischen Parameter ändern. Beim Vermischen der langsamen, aus dem externen Kreislauf wieder in den Arbeitsraum über den Einlauf einströmenden, und der im Arbeitsraum bereits zirkulierenden schnellen Strömungen wird jedoch deren Gesamtgeschwindigkeit vermindert. Die Verminderung der Geschwindigkeit reduziert den Drehimpuls des Betriebsmittels auf die Beschaufelung des Rotors wirkend, was wiederum das Rotorschaufelrad verzögert. Je mehr Betriebsmittel dabei aus dem Arbeitsraum in den externen Kreislauf, welcher als Kühlkreislauf fungiert, verbracht wird, desto geringer wird der hydrodynamische Impuls, was die Verzögerung des Rotors auslöst. Weitere Nachteile dieser bekannten Lösung bestehen darin, dass insbesondere die Außenabmessungen und das Gewicht des hydrodynamischen Retarders wegen des erforderlichen Wärmetauschers und eventuell eines Betriebsmittelspeichers in Form eines Ölbehälters relativ groß sind. Ferner ist aufgrund der externen Führung des Betriebsmittels in einem Kühlkreislauf, der mit dem Arbeitsraum gekoppelt ist, der Fließwiderstand der Kühlbetriebsmittelströmung im Kühlkreislauf durch die Bauteiltoleranz größeren Abweichungen unterworfen. Diese Abweichungen verursachen jedoch wiederum starke Abweichungen im Bremsverhalten. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass der hydrodynamische Retarder mit einem Kühlkreislauf für das Betriebsmittel einen Entlüftungskanal enthält, welcher den Arbeitsraum des hydrodynamischen Retarders mit der Atmosphäre verbindet. Unter bestimmten Betriebsbedingungen des hydrodynamischen Retarders, beispielsweise Hochgeschwindigkeitsbetrieb und größere Häufigkeit der Ein-/Ausschaltungen des Retarders entstehen dabei Ölauswürfe in die Atmosphäre. Das verschlechtert die Nutzungseigenschaften des Retarders und verursacht Umweltkontaminationen.

Aus der Druckschrift DE 35 11 978 A1 ist eine Vorrichtung in Form eines hydrodynamischen Retarders vorbekannt, bei welchem Kühlmittel eines Kühlmittelkreislaufes getrennt vom Arbeitsraum durch Kanäle im Gehäuse geleitet wird. Ausführungen mit Kühleinrichtungen in der Nähe des Retarders sind ferner aus den Druckschriften DE 198 60 705 A1 und GB 2 097 895 A vorbekannt. Dabei sind im Bereich des Status entsprechende Füllkanäle vorgesehen. Diese sind in der Wandung eingearbeitet. Ein wesentlicher Nachteil dieser Ausführung besteht jedoch darin, dass die Abfuhr der Wärme hier zwar in einem Bereich großer Erwärmung erfolgt, jedoch der dadurch erzielte Kühleffekt nicht optimal ist. Das Statorschaufelrad muss zu einer optimalen Wärmeleitung aus einem entsprechenden Material gefertigt sein, da ansonsten die Wärme im Arbeitsmedium im Arbeitskreislauf verbleibt. Ferner ist durch das zusätzliche Vorsehen der in axialer Richtung ausgerichteten Kühlkanäle der Stator in entsprechender Breite auszuführen, so dass zusätzlicher Bauraum, der häufig nicht zur Verfügung steht, benötigt wird. Um ein optimales Kühlergebnis zu erzielen, ist es dabei erforderlich, sowohl den Stator hinsichtlich der baulichen als auch werkstoffmäßigen Eigenschaften entsprechend auszugestalten, was sich jedoch in erhöhten Kosten niederschlägt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen hydrodynamischen Retarder der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass zum einen eine effiziente Kühlung erzielt wird und ferner das theoretisch verfügbare Bremsmoment in optimaler Weise ausgeschöpft wird. Die Außenabmaße und das Gewicht des Retarders sollten dabei verringert werden. Die dynamischen Eigenschaften bezüglich möglicher Ein-/Ausschaltvorgänge ist zu verbessern. Ferner sollte die Wiedergabegenauigkeit des Bremsmomentes erhöht und der Betriebsmittelbedarf vermindert werden. Die Gesamtkonstruktion ist zu vereinfachen und die Herstellungskosten sind zu reduzieren. Auch das Leerlaufbremsmoment sollte verringert werden.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Der hydrodynamische Retarder umfaßt ein Statorschaufelrad und ein Rotorschaufelrad, die miteinander einen Arbeitsraum bilden, der mit Betriebsmittel befüllbar ist. Der Arbeitsraum ist in der Regel torusförmig. Der hydrodynamische Retarder, insbesondere das Statorschaufelrad und das Rotorschaufelrad, werden ferner von einem Gehäuse, dem sogenannten Retardergehäuse, umschlossen. Es ist ein Kühlsystem vorgesehen.

Erfindungsgemäß umfaßt das Kühlsystem einen Kühlmittelkreislauf mit im Statorschaufelrad angeordneten und vom Arbeitsraum und dem Betriebsmittel getrennt geführten Kanälen und/oder Hohlräumen zur Führung von Kühlmittel. Dies bedeutet, dass das Kühlmittel frei von einem Kontakt mit dem Betriebsmittel ist. Die im Statorschaufelrad angeordneten Kanäle und/oder Hohlräume zur Kühlmittelführung bilden quasi einen Kühlwassermantel, der sich um den Arbeitsraum, zumindest teilweise, erstreckt. Der sogenannte Kühlwassermantel absorbiert einen Großteil der Geräusche, die durch den Retarder beim Bremsvorgang erzeugt werden, was den Fahrkomfort wesentlich erhöht und die Lärmbelastung der Umwelt verringert. Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird folgendes erreicht:
Zum einen zirkuliert während des Bremsbetriebes das Betriebsmittel im Arbeitsraum mit hoher Geschwindigkeit. Die wirbelförmige Zirkulation und die hohe Geschwindigkeit verstärken dabei wesentlich den Wärmeübergang von Betriebsmittel an die Wände, insbesondere die der Schaufelräder und gleichen praktisch zeitlos die Betriebsmitteltemperatur ab. Die Bedingungen sind somit günstig für die Wärmeabfuhr der anfallenden Bremswärme durch die angrenzenden Wände unmittelbar an das Kühlmedium des Kühlsystems. Die Abkühlung im Arbeitsraum erfolgt somit nicht erst, wie beim Stand der Technik, durch das Vermischen zwischen dem im Arbeitsraum befindlichen Betriebsmittel und dem aus einem externen Kreislauf zugeführten Betriebsmittel, sondern quasi indirekt bereits im Arbeitsraum. Für die Anordnung der Kanäle und Hohlräume selbst bestehen eine Vielzahl von Möglichkeiten, die auch miteinander kombiniert werden können. Die Anordnung erfolgt dabei

a) in der Schaufel
b) wenigstens teilweise entlang der den Schaufelgrund begrenzenden Wandung
c) im Statorgehäuse
d) im Retardergehäuse.

Vorzugsweise werden jedoch alle diese Möglichkeiten miteinander kombiniert, um den gesamten. Arbeitsraum optimal umschließen zu können. Bei Ausführungen von Kühlkanälen oder Hohlräumen in der Schaufel erstrecken sich diese vorzugsweise bis in den Bereich der Schaufelspitze. Die Hohlräume oder Kanäle können dabei gußtechnisch eingearbeitet oder aber nachträglich durch zusätzliche Fertigungsmaßnahmen eingebracht werden. Die Einbringung der Kanäle und Hohlräume in die Beschaufelung des Stators bietet den Vorteil, dass nunmehr auch die Vorteile, die sich aus der größeren Betriebsmittelkontaktfläche an den Bauteilen des Retarders, insbesondere des Statorschaufelrades für die Wärmeabnahme ergeben, genutzt werden können. Die Abkühlung des Betriebsmittels und der Bauteile erfolgt dabei direkt im Arbeitsraum des hydrodynamischen Retarders ohne die Erfordernis eines zusätzlichen Betriebsmittelumlaufes durch eine Kühleinrichtung oder einen Wärmetauscher, was zu einer erheblich vereinfachten Retarderkonstruktion führt.

Die Ausbildung der Kanäle oder Hohlräume in einer Schaufel der Beschaufelung des Statorschaufelrades kann dabei als einzelner Kanal, eine Mehrzahl von in bestimmter Anordnung zueinander ausführten Kanälen oder Hohlräumen oder aber durch Ausgestaltung jeder Schaufel quasi als Hohlkörper erfolgen.

Letztgenannte Möglichkeit bietet den Vorteil des optimalen Wärmedurchgangs durch die Schaufelwand zur Realisierung des Wärmeübergangs zwischen dem Betriebsmittel im Arbeitsraum und dem Kühlmedium. Das Kühlsystem, insbesondere der Kühlmittelkreislauf, umfaßt mindestens einen Kühlmitteleinlaß und mindestens einen Kühlmittelauslass aus dem Statorschaufelrad. Die Ausbildung von Kühlmittelzufuhr und Kühlmitteleinlass erfolgt in der Regel in Form von Stutzen. Andere Möglichkeiten sind ebenfalls denkbar. Vorzugsweise ist der Kühlmitteleinlaß im Bereich der Symmetrielinie des Statorschaufelrades angeordnet. Der Kühlmittelauslass ist im radial äußeren Bereich des Statorschaufelrades angeordnet. Diese genannte Möglichkeit bietet den Vorteil, einer möglichst gleichmäßige Verteilung des Kühlmediums in radialer Richtung über die gesamte, vom Statorschaufelrad in Umfangsrichtung aufgespannte Fläche. Andere Möglichkeiten sind jedoch ebenfalls denkbar und liegen im Ermessen des zuständigen Fachmannes.

Der Kühlmittelkreislauf selbst kann offen oder geschlossen ausgeführt werden. Bei diesen Ausführungen sind jedoch in der Regel noch zusätzliche Verbindungsleitungen zwischen dem Kühlmittelauslass und dem Kühlmitteleinlaß bzw. bei Ausführung des Kreislaufes als offener Kreislauf dem Kühlmittelsumpf zugeordnet. Der außerhalb des Statorschaufelrades geführte Teil des Kühlmittelkreislaufes kann dabei entweder im Retardergehäuse oder aber in diesem und noch teilweise außerhalb geführt werden. Vorzugsweise werden jedoch sehr kompakte Lösungen gewählt, für die das vollständige Kühlsystem im Retardergehäuse integnert ist, so dass der hydrodynamische Retarder als modulare Baueinheit bereits mit dieser Funktionsgruppe angeboten werden kann. In dieses Kreislaufsystem sind zusätzliche Komponenten, wie beispielsweise Fördereinrichtungen und/oder Kühleinrichtungen für das Kühlmittel, integrierbar.

Dem Arbeitsraum des hydrodynamischen Retarders ist ferner ein Betriebsmittelversorgungssystem zugeordnet. Dieses umfaßt mindestens eine Betriebsmittelquelle, die mit dem Betriebsmitteleinlaß zum Arbeitsraum verbindbar ist. Ferner sind auch die Auslässe aus dem Arbeitsraum mit der Betriebsmittelquelle verbindbar. Dies ist vorzugsweise in Form eines Betriebsmitteltanks ausgeführt. Zur Steuerung des Befüll- und Entleervorganges sind entsprechende Ventileinrichtungen in Form von Schaltventilen vorgesehen. Diese sperren oder geben die Verbindung zwischen dem Betriebsmittelauslass aus dem Arbeitsraum und der Betriebsmittelquelle mindestens teilweise frei. Dies gilt analog auch für die Betriebsmittelquelle und den Betriebsmitteleinlaß zum torusförmigen Arbeitsraum. Die Ansteuerung erfolgt über eine dem Betriebsmittelversorgungssystem zugeordnete Steuervorrichtung. Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es vorgesehen, diese Steuervorrichtung auch zur Steuerung des Kühlmitteldurchsatzes im Statorschaufelrad zu nutzen. Diese kann in Abhängigkeit einer, das aktuelle oder gewünschte einzustellende Bremsmoment wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe und/oder aber eine die Temperatur des Betriebsmittels im Arbeitsraum wenigstens mittelbar charakterisierende Größe erfolgen.

Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:
1 verdeutlicht in schematisch stark vereinfachter Darstellung einen erfindungsgemäß gestalteten hydrodynamischen Retarder im Axialschnitt;
2 verdeutlicht eine Schnittansicht A-A gemäß 1;
3 verdeutlicht eine Ausführung eines hydrodynamischen Retarders mit diesem zugeordneten Betriebsmittelversorgungssystem und Kühlmittelsystem in Form eines offenen Kreislaufes mit gemeinsamer Steuereinrichtung und der Möglichkeit der Steuerung des Kühlmitteldurchsatzes;
4 verdeutlicht eine Ausführung gemäß 3, jedoch frei von der Möglichkeit der Steuerung des Kühlmitteldurchsatzes;
5 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung eine Weiterentwicklung gemäß 3 mit einem Kühlmittelkreislauf in Form eines geschlossenen Kreislaufs und integrierter Kühleinrichtung.
Die 1 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung anhand eines Axialschnittes einen erfindungsgemäß gestalteten hydrodynamischen Retarder 14. Dieser umfaßt zwei Schaufelräder, ein Statorschaufelrad 1 und ein Rotorschaufelrad 3, die miteinander einen mit Betriebsmittel befüllbaren Arbeitsraum 18 bilden. Rotorschaufelrad 3 und Statorschaufelrad 2 werden in der Regel von einem Retärdergehäuse 2 umschlossen. Ferner ist dem Rotorschaufelrad 3 ein Rotorgehäuse 4 zugeordnet. Dem hydrodynamischen Retarder 14 ist ein Kühlsystem 19 zugeordnet. Dieses umfaßt wenigstens einen Kühlmittelkreislauf mit im Statorschaufelrad 1 zur Führung von Kühlmittel angeordneten und vom Arbeitsraum vollständig getrennten Kanälen 21 und/oder Hohlräumen 22. Das Kühlsystem 19 umfasst dazu mindestens einen Kühlmitteleinlass 12 und einen Kühlmittelauslass 13, welche am Statorschaufelrad 1 oder dem dieses umschließenden Statorgehäuse angeordnet sind. Der Kühlmitteleinlass 12 ist dabei vorzugsweise im Bereich der theoretischen Verlängerung der Rotationsachse des Rotorschaufelrades 3 angeordnet. Diese entspricht dabei in der Regel der Rotationssymmetrieachse R_s des Statorschaufelrades 1. Der Kühlmittelauslass 13 ist vorzugsweise im Bereich der äußeren radialen Abmessungen des Statorschaufelrades 1 angeordnet. Die Durchströmung erfolgt somit in radialer Richtung von innen nach außen. Die Führung des Kühlmittels erfolgt dabei zwischen dem Kühlmitteleinlass 12 und dem Kühlmittelauslass 13 in entsprechenden Kanälen 21 und/oder Hohlräumen 22, welche hier nur angedeutet sind. Diese Kanäle 21 und Hohlräume 22 sind dabei derart ausgeführt, dass diese möglichst nahe am Schaufelgrund 23 angeordnet sind. Die Kanäle 21 und Hohlräume 22 werden dabei vorzugsweise entlang der den Schaufelgrund 23 bildenden Wandung 24 geführt. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung, wie in der 2 in Form eines Schnittes A-A gemäß 1 dargestellt, werden auch die Schaufeln zur Bildung von Kanälen 21 und Hohlräumen 22 genutzt. Erfindungswesentlich ist dabei, dass keine direkte Berührung zwischen dem Betriebsmittel im Arbeitsraum 18 und dem Kühlmittel in den Kanälen 21 bzw. Hohlräumen 22 des Kühlmittelkreislaufes 20 erfolgt. Das Statorschaufelrad 1 wird somit auf diese Weise durch einen Wärmeübergang gekühlt, wodurch gleichfalls wiederum eine Rückwirkung auf das Betriebsmittel im Arbeitsraum 18 gegeben ist. Dabei zirkuliert das Betriebsmittel während des Bremsbetriebes mit hoher Geschwindigkeit im Arbeitsraum 18. Die wirbelförmige Zirkulation und die hohe Geschwindigkeit verstärken dabei wesentlich den Wärmeübergang vom Betriebsmittel an die Wände der Schaufelräder, insbesondere der einzelnen Beschaufelungen der Beschaufelung 25 von Rotorschaufelrad 3 und 26 von Statorschaufelrad 1 sowie die dem jeweiligen Schaufelgrund der einzelnen Schaufelräder, den Schaufelgrund 23 für das Statorschaufelrad 1 bildenden Wandung 24 und die den Schaufelgrund 27 für die Beschaufelung 25 des Roorschaufelrades 3 bildende Wandung 28. Zu erkennen ist ferner an der 1 die Koppelungsmöglichkeit in Form wenigstens eines Betriebsmitteleinlasses 10 und eines Betriebsmittelauslasses 11 zur Kopplung mit einem Betriebsmittelversorgungssystem 29, welches in späteren Figuren noch eingehend beschrieben wird. Im Arbeitsraum 18, welcher in der Regel torusförmig ausgestaltet ist, bildet sich im befüllten Zustand zwischen dem Rotorschaufelrad 3 und dem Statorschaufelrad 1 ein Arbeitskreislauf aus. Dieser ist mit dem Betriebsmittelversorgungssystem 29 gekoppelt. Das Statorschaufelrad 1 ist ortsfest gelagert, während das Rotorschaufelrad 3 drehbar gelagert ist und mit einem abzubremsenden Element drehfest koppelbar ist.
Die in der 1 beschriebene Ausführung des Kühlmittelkreislaufes 20 im Statorschaufelrad 1 dient der Ausbildung eines weitgehendst in die hydrodynamische Komponente Retarder 14 integrierten Kühlsystems 19, wobei die beschriebene Führung der Kanäle 21 und/oder Hohlräume 22 zwischen dem wenigstens einen Kühlmitteleinlass 12 und dem wenigstens einem Kühlmittelauslass 13 eine Art Kühlmantel für einen Teilbereich des Arbeitsraumes 18, vorzugsweise wenigstens den sich über die axiale Erstreckung des Statorschaufelrades erstreckenden Teil des Arbeitsraumes 18 bildet. Wird das Retardergehäuse 2 jedoch derart ausgeführt, wie in der 1 dargestellt, d.h. dass dieses in axialer Richtung sich über die Erstreckung der axialen Abmessungen des Rotorschaufelrades 3 erstreckt und dies auch in Umfangsrichtung umschließt, bildet die beschriebene Anordnung einen Kühlmantel für die Gesamteinheit hydrodynamischer Retarder 14.
Anhand der in der 2 dargestellten Schnittdarstellung A-A gemäß 1 wird ersichtlich, dass gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung auch die Beschaufelung 25 des Rotorschaufelrades 3 und die Beschaufelung 26 des Statorschaufelrades 1 eine wesentliche Rolle spielt. Diese vergrößert stark die möglichen Betriebsmittelkontaktflächen an den einzelnen Bauelementen des hydrodynamischen Retarders, welche man für den Wärmeentzug nutzen kann. Die Abkühlung des Betriebsmittels und dieser Bauteile direkt im Arbeitsraum 18 des hydrodynamischen Retarders 14 ohne zusätzliche Kühlung in einem möglichen Umlaufsystem vereinfacht dabei erheblich die Retarderkonstruktion. Zu diesem Zweck werden Kanäle 21 und/oder Hohlräume 22 in die Beschaufelung 26, d.h. in die einzelnen Schaufeln des Statorschaufelrades 1, eingearbeitet. Diese können sich dabei über lediglich einen minimalen Teil der Schaufelabmessungen erstrecken oder aber derart ausgebildet sein, dass die einzelne Schaufel der Beschaufelung 26 als Hohlkörper ausgebildet ist. Auch diese sind wiederum mit den Hohlräumen 22 und/oder Kanälen 21 zwischen dem Kühlmitteleinlass 12 und dem Kühlmittelauslass 13 verbunden. Die Kanäle 21 und/oder Hohlräume 22 erstrecken sich dabei bis in die Schaufelspitzen 30 der Beschaufelung 26. Dadurch wird sichergestellt, dass die eine Schaufel bildende Wandung der Beschaufelung 26 bildende Wand 31 sehr dünn gehalten wird und somit ein optimaler Wärmeübergang zwischen dem im Arbeitsraum 18 auf die Schaufeln treffenden Betriebsmittel, der Wand 31 der Schaufel und dem Kühlmittel in den Hohlräumen 22 und/oder Kanälen 21 erfolgen kann. In der 2 ferner zu erkennen ist ein Teil des Rotorschaufelrades 3 und die Vorgabe der Rotationsrichtung anhand eines Pfeils. Die Beschaufelung 25 ist derart ausgeführt, dass die Abstände in Rotationsrichtung zwischen den Rückseiten 32 der einzelnen Schaufeln der Beschaufelung 25 des Rotorschaufelrades 3, insbesondere zweier in Rotationsrichtung benachbart angeordneter Schaufeln im wesentlichen identisch zum gewählten Abstand zwischen den Rückseiten 33 der einzelnen Schaufeln der Beschaufelung 26 am Statorschaufelrad 1 ist. Die Anzahl der Schaufeln der Beschaufelung 25 und 26 zwischen Rotorschaufelrad 3 und Statorschaufelrad 1 ist dabei ebenfalls identisch. Die Beschaufelung 26 des Statorschaufelrades 1 unterscheidet sich dabei lediglich durch die gewählte Schaufeldicke, welche aufgrund des Vorsehens der Hohlräume 22 und/oder Kanäle 21 größer als die des Rotorschaufelrades 3 gewählt ist.
Bezüglich der Ausgestaltung der Kanäle 21 und/oder Hohlräume 22 in den einzelnen Schaufeln der Beschaufelung 26 des Statorschaufelrades 1 bestehen eine Vielzahl von Möglichkeiten. Dabei ist in der Regel eine Anordnung in einer Vielzahl von Schaufeln gewünscht, vorzugsweise in jeder Schaufel. Ferner kann die Anordnung in den einzelnen Schaufel zusätzlich noch variieren. Denkbar ist hier auch beispielsweise die Ausgestaltung der Kanäle 21 und/oder Hohlräume 22 derart, dass die gesamte Schaufel quasi als Hohlkörper ausgebildet ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, lediglich nur einen Kanal 21 oder Hohlraum 22 in ein Vollprofil einer einzelnen Schaufel einzuarbeiten oder aber eine Mehrzahl von benachbart zueinander angeordneten Kanälen 21 und/oder Hohlräumen 22. Die konkrete Wahl der geometrischen Gestaltung und dimensionsmässigen Auslegung der Kanäle 21 und Hohlräume 22 liegt dabei im Ermessen des Fachmannes und hängt von den konkreten Einsatzerfordernissen und dem gewünschten Effekt sowie den Fertigungsmöglichkeiten ab.
Auch bezüglich der Führung des Kühlmittels im Stator, insbesondere Statorschaufelrad 1, besteht eine Mehrzahl von Möglichkeiten. Die 1 verdeutlicht eine besonders vorteilhafte, welche eine gleichmäßige Umströmung der die Schaufeln tragenden Wandung von radial innen nach radial außen ermöglicht. Denkbar wäre auch theoretisch der umgekehrte Fall oder aber eine andersartige Anordnung von Kühlmitteleinlass 12 und Kühlmittelauslass 13.
Die 3 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung einen erfindungsgemäßen hydrodynamischen Retarder 14 mit einem Betriebsmittelversorgungssystem 29 und dem Kühlsystem 19. Der Grundaufbau des hydrodynamischen Retarders 14 entspricht dabei dem in den 1 und 2 beschriebenen. Für gleiche Elemente werden daher die gleichen Bezugszeichen verwendet. Zu erkennen ist, dass sich an den torusförmigen Arbeitsraum, insbesondere den sich in diesem einstellenden Arbeitskreislauf ein externer Kreislauf 34 anschließt. Dieser ist zwischen einem Betriebsmittelauslass 11 und einem Betriebsmitteleinlass 10 angeordnet. Zur Betriebsmittelversorgung ist ein Betriebsmittelspeicher 5 in Form eines Ölbehälters vorgesehen, in welchen die mit dem Betriebsmittelauslass 11 gekoppelte Leitung mündet. Die Betriebsmittelquelle 5 ist ferner mit dem Betriebsmitteleinlass 10 gekoppelt. Zur Steuerung sind entsprechende Ventileinrichtungen vorgesehen, insbesondere ein Auslassventil 8 und ein Einlassventil 9. Das Auslassventil 8 ist dabei in der Verbindung zwischen dem Betriebsmittelauslass 11 und der Betriebsmittelquelle 5 angeordnet, während das Einlassventil zwischen der Betriebsmittelquelle 5 und dem Betriebsmitteleinlass 10 angeordnet ist. Die beiden Ventileinrichtungen sind hier mit 8 und 9 bezeichnet und jeweils als 2/1-Wegeventil ausgeführt. Dabei verdeutlicht die in der 3 wiedergegebene Darstellung den Entleervorgang. Das Auslassventil 8 befindet sich in der ersten Schaltstellung 8, in welcher die Verbindung zwischen dem Betriebsmittelauslass 11 und der Betriebsmittelquelle 5 freigegeben ist. Betriebsmittel wird somit aus dem torusförmigen Arbeitsraum 18 über den Stator über den Betriebsmittelauslass 11 in den als Betriebsmittelquelle 5 ausgebildeten Behälter geführt. In diesem Funktionszustand ist das Einlassventil in seiner zweiten Schaltstellung 9_II, in welcher ein Nachlaufen von Betriebsmittel von der Betriebsmittelquelle 5 zum Betriebsmitteleinlass 10 verhindert wird. In der ersten Schaltstellung 9_I des Einlassventiles erfolgt die Befüllung. In Analogie ist die zweite Schaltstellung des Auslassventiles 8_II ebenfalls durch die Sperrung der Verbindung zwischen Betriebsmittelauslass 1 und Betriebsmittelquelle 5 gekennzeichnet. Betriebsmitteleinlass 10 und Betriebsmittelauslass 11 sind im dargestellten Fall als Einlassstutzen ausgeführt, die im bzw. am Statorschaufelrad 1 angeordnet sind. Die Anordnung erfolgt dabei zur Kopplung mit dem torusförmigen Arbeitsraum 18 im Bereich der radial äußeren Abmessungen des Statorschaufelrads. Die entsprechenden Ein- und Auslassstutzen erstrecken sich dabei zumindest bis in den Schaufelgrund, vorzugsweise insbesondere bei Einlassstutzen auch durch die Beschaufelung oder an dieser entlang in den torusförmigen Arbeitsraum 18 hinein. Die Steuerung der Ein- und Auslassventile 8 und 9 erfolgt über eine Steuereinrichtung 6. Diese weist wenigstens einen Eingang 15 auf, welcher entsprechend dem Fahrerwunsch zur Betätigung der Bremseinrichtung in Form des hydrodynamischen Retarders ein entsprechendes Signal vorgibt. In Analogie gilt dies auch für die Deaktivierung der hydrodynamischen Bremseinrichtung in Form des hydrodynamischen Retarders 14. Die Ausgänge, hier beispielhaft 35 und 36, sind dabei jeweils mit dem Einlassventil und dem Auslassventil gekoppelt. Im dargestellten Fall sind für die parallele Datenübertragung zwei Ausgänge vorgesehen, während bei serieller Datenübertragung auch nur ein Ausgang vorgesehen sein kann, der mit den Stelleinrichtungen der beiden Ventile koppelbar ist.
Der externe Kreislauf 34 ist Bestandteil des Betriebsmittelversorgungssystems 29. Die Betriebsmittelquelle 5, insbesondere deren Betriebsmittelbehälter, welcher als offener Behälter oder als geschlossener Behälter ausgebildet sein kann, ist einer Einrichtung zur Erfassung des Betriebsmittelstandes 7 zugeordnet. Diese ist ebenfalls mit der Steuereinrichtung 6 gekoppelt.
Ferner in der 3 dargestellt ist das Kühlsystem 19, welches neben den zwischen Kühlmitteleintritt 12 und Kühlmittelaustritt 13 vorgesehenen Verbindungen über Hohlräume 22 und/oder Kanäle 21 auch noch entsprechende Verbindungsleitungen zu einer Kühlmittelquelle und ferner eine Abfuhrleitung für Kühlmittel beinhaltet. Die Abfuhrleitung ist dabei mit dem Kühlmittelaustritt 13 verbunden. Die Kühlmittelquelle ist in der 3 im einzelnen nicht dargestellt. Zur Versorgung mit Kühlmittel ist jedoch eine entsprechende Pumpeinrichtung 16 vorgesehen, die das Kühlmittel aus der Kühlmittelquelle zum Kühlmitteleinlass 12 pumpt. Die Kühlmittelquelle kann dabei in unmittelbarer räumlicher Nähe zum hydrodynamischen Retarder 14 bzw. in diesem integriert angeordnet sein oder aber extern, d. h. außerhalb des hydrodynamischen Retarders 14 angeordnet sein. Auch die Steuerung der Pumpeinrichtung 16 kann dabei über die Steuereinrichtung 6 erfolgen. Somit steuert die Steuereinrichtung 6 nicht nur das Betriebsmittelversorgungssystem 29 und damit die über den Füllungsgrad einzustellende Bremsleistung, sondern auch den Kühlmittelfluß im Kühlmittelversorgungssystem 19. Im dargestellten Fall erfolgt die Ansteuerung der Pumpeinrichtung 16 elektronisch. Als Stelleinrichtung für die Pumpeinrichtung 16 fungiert ein Elektromotor M.
Demgegenüber offenbart die 4 eine Ausführung eines hydrodynamischen Retarders 14 mit Betriebsmittelversorgungssystem 29 und Kühlsystem 19, wobei das Kühlsystem 19 frei von zusätzlichen Fördereinrichtungen, wie Pumpeinrichtungen, ist. In diesem Fall ist die hier nicht dargestellte Kühlmittelquelle beispielsweise in Schwerkraftrichtung in einer Höhe höher als der Kühlmitteleinlaß 12 anzuordnen. Der übrige Aufbau entspricht dem in der 3 beschrieben, weshalb für gleiche Elemente auch die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. 5 verdeutlicht eine weitere Entwicklung gemäß 3, wobei das Kühlsystem 19 als geschlossenes System ausgeführt ist und in diesem eine Kühleinrichtung 37 angeordnet ist. Zusätzlich sollte jedoch, hier jedoch nicht dargestellt, auch ein Leckageausgleich vorgesehen sein. Die Funktionsweise entspricht im übrigen der in der 3 beschrieben.

1: Statorschaufelrad
2: Retardergehäuse
3: Rotor
4: Rotorgehäuse
5: Betriebsmittelquelle
6: Steuereinrichtung
7: Einrichtung zur Erfassung des Betriebsmittelstandes
8: Auslassventil
9: Einlassventil
10: Betriebsmitteleinlass
11: Betriebsmittelauslass
12: Kühlmitteleinlass
13: Kühlmittelauslass
14: Hydrodynamischer Retarder
15: Eingang
16: Pumpeinrichtung
17: Gehäusedeckel
18: Arbeitsraum
19: Kühlsystem
20: Kühlmittelkreislauf
21: Kanal
22: Hohlraum
23: Schaufelgrund
24: die den Schaufelgrund bildende Wandung
25: Beschaufelung des Rotorschaufelrades
26: Beschaufelung des Statorschaufelrades
27: Schaufelgrund
28: die den Schaufelgrund bildende Wandung
29: Betriebsmittelversorgungssystem
30: Schaufelspitze
31: eine Schaufelwandung bildende Wand
32: Rückseite einer Schaufel der Beschaufelung des Rotorschaufelrades
33: Rückseite einer Schaufel der Beschaufelung des Statorschaufelrades
34: Externer Kreislauf
35: Ausgang
36: Ausgang
37: Kühleinrichtung

Claims

Hydrodynamischer Retarder (14); 1.1 mit einem Statorschaufelrad (1) und einem Rotorschaufelrad (3), die miteinander einen mit Betriebsmittel befüllbaren Arbeitsraum (18) bilden; 1.2 mit einem diesen umschließenden Gehäuse (2); 1.3 mit einem Kühlsystem (19); gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 1.4 das Kühlsystem (19) umfasst einen Kühlmittelkreislauf (20) mit wenigstens einem im Statorschaufelrad (1) angeordneten und vom Arbeitsraum (18) und dem Betriebsmittel getrennten Kanal oder Kanälen (21) und/oder Hohlräumen (22); 1.5 die Kanäle (21) und/oder Hohlräume (22) im Statorschaufelrad (1) sind in der Beschaufelung (26) angeordnet, wobei eine Mehrzahl von Schaufeln oder jede Schaufel der Beschaufelung (26) des Statorschaufelrades (1) wenigstens einen Kanal (21) und/oder einen Hohlraum (22) aufweist und die einzelne Schaufel als Hohlkörper ausgeführt ist.
Hydrodynamischer Retarder (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (21) und/oder Hohlräume (22) sich wenigstens teilweise an der den Schaufelgrund der Beschaufelung (26) des Statorschaufelrades (1) bildenden Wandung (24) entlang erstrecken.
Hydrodynamischer Retarder (14) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (21) und/oder Hohlräume (22) im Statorschaufelradgehäuse angeordnet sind.
Hydrodynamischer Retarder (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (21) und/oder Hohlräume (22) wenigstens teilweise im Retardergehäuse (2) angeordnet sind.
Hydrodynamischer Retarder (14) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Retardergehäuse (2) das Rotorschaufelrad (3) und das Statorschaufelrad (1) in axialer Richtung über deren axiale Erstreckung und in Umfangsrichtung umschließt.
Hydrodynamischer Retarder (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: das Kühlsystem (19) umfaßt wenigstens einen Kühlmitteleinlass (12) und einen Kühlmittelauslass (13), die miteinander über wenigstens einen Kanal (21) und/oder Hohlraum (22) im Statorschaufelrad (1) gekoppelt sind.
Hydrodynamischer Retarder (14) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmitteleinlass (12) radial innen im Bereich der Statorsymmetrielinie angeordnet ist und der Kühlmittelauslass (13) in radialer Richtung am Außenumfang des Statorschaufelrades (1) angeordnet ist.
Hydrodynamischer Retarder (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkreislauf (20) als offener Kreislauf ausgeführt ist.
Hydrodynamischer Retarder (14) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmitteleinlass (12) und der Kühlmittelauslass (13) mit einer Kühlmittelquelle verbunden sind.
Hydrodynamischer Retarder (14) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kühlmittelquelle und Kühlmitteleinlass (12) eine Pumpeinrichtung (16) angeordnet ist.
Hydrodynamischer Retarder (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkreislauf (20) als geschlossener Kreislauf ausgeführt ist.
Hydrodynamischer Retarder (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Kühlmittelkreislauf (20) Kühleinrichtungen vorgesehen sind.
Hydrodynamischer Retarder (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Befüllung des Arbeitsraumes ein Betriebsmittelversorgungssystem (29), umfassend mindestens eine Betriebsmittelquelle (5), welche mit wenigstens einem Betriebsmitteleinlass (10) und wenigstens einem Betriebsmittelauslass (11) verbunden ist, vorgesehen ist.
Hydrodynamischer Retarder (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kühlsystem (19) und dem Betriebsmittelversorgungssystem (29) eine gemeinsame Steuereinrichtung (6) zugeordnet sind.
Hydrodynamischer Retarder (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Schaufeln der Beschaufelung (25) des Rotorschaufelrades (3) identisch zur Anzahl der Beschaufelung (26) des Statorschaufelrades (1) ist.
Hydrodynamischer Retarder (14) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände zwischen den Rückseiten 32 zweier einander in Rotationsrichtung benachbart angeordneter Schaufeln der Beschaufelung (25) des Rotorschaufelrades (3) identisch zum Abstand zwischen den Rückseiten (33) zweier in Umfangsrichtung betrachtet benachbart angeordneter Schaufeln der Beschaufelung (26) des Statorschaufelrades (1) ist.