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Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen
Retarder gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 sowie eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug mit einem
Motor, einem erfindungsgemäßen Retarder
und einem Getriebe.
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Retarder spielen bei Antriebsanlagen
von Fahrzeugen eine immer wichtigere Rolle. Sie sind in den Antriebsstrang
integriert. Der Retarder wird beim Einsatz im Kraftfahrzeug – aber auch
bei Anlagen mit stark wechselndem Betrieb – durch Füllen und Entleeren des beschaufelten
Arbeitskreislaufes mit einem Arbeitsmedium ein- oder ausgeschaltet.
Als Arbeitsmedium kommen z.B. Öl
oder Wasser in Betracht. Leistet der Retarder Bremsarbeit, so wird
das Arbeitsmedium erwärmt.
Die Wärme
muß durch
einen Kühler
abgeführt
werden.
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Antriebseinheiten von Kraftfahrzeugen
haben in der Regel weitere Aggregate, die eine Kühlung benötigen. Hierbei ist beispielsweise
an den Motor, die mechanischen Bremsen, an die Kupplung oder an
das Getriebe zu denken. Diese anderen Aggregate können ebenfalls
einen Kühlkreislauf
aufweisen. Es ist bekannt, bei einer Antriebsanlage für Fahrzeuge
den Retarder mit Wasser zu betreiben, das gleichzeitig als Kühlwasser
dient. Dabei kann der Retarder im Nicht-Bremsbetrieb wahlweise als
Pumpe verwendet werden und das Arbeitsmedium des Retarders gleichzeitig
als Kühlmedium
für andere
Aggregate dienen.
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Die
DE 195 09 417 A1 zeigt und beschreiben einen
Antriebsstrang für
ein Kraftfahrzeug mit einem Motor, einem Getriebe und einem Retarder.
Dabei ist der Retarder in das Getriebeendgehäuse integriert.
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Aus der
EP 0776805 A2 ist ein Retarder
bekanntgeworden, der als selbständige
Baueinheit auf die Retarderwelle aufsteckbar ist. Die Retarderwelle wird
gemäß der
EP 0776805 A2 in
einem Wandteil gelagert, das Bestandteil des Getriebegehäuses ist. Die
Retarderwelle ist in diesem Wandteil gelagert und ragt über das
Wandteil hinaus, so daß es
den komplett vormontierten Retarder durch Aufstecken aufnehmen kann.
In das genannte Wandteil ist eine Dichtung integriert, die den Retarder
gegen das Getrebeöl
abdichtet. Diese Dichtung übernimmt
aber auch die Funktion der Abdichtung des Arbeitsmediums des Retarders
gegen das Getriebeöl.
Der Retarder kann mit einem anderen Arbeitsmedium betrieben werden
als Öl,
beispielsweise mit dem Kühlmedium
des Fahrzeuges.
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Nachteil an der Ausführungsform
mit einer Dichtung gemäß der
EP 0776805 A2 war,
daß eine nach
außen
sichere Abdichtung des Retarders mit nur einer einzigen Dichtung
des Arbeitsraums, beispielsweise gegen Atmosphäre oder das Getriebeöl, nur sehr
aufwendig zu erreichen war.
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Des weiteren hat eine derartige Lösung keine
Ausgestaltung des Retarders mit einem Kühlmantel, der insbesondere
im Nicht-Bremsbetrieb notwendig ist, zugelassen.
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Aufgabe der Erfindung ist es somit,
die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, insbesondere einen
hydrodynamischen Retarder anzugeben, bei dem eine sichere Abdichtung
auf einfache Art und Weise ermöglicht
wird, insbesondere bei den auftretenden hohen Drücken im Bremsbetrieb.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß gemäß Anspruch
1 der Retarder insgesamt über
wenigstens eine erste, eine zweite und eine dritte Dichtung verfügt. Die
erste Dichtung befindet sich zwischen Rotor und Retardergehäuse und
ist vorzugsweise als Spaltringdichtung ausgeführt, die im Bremsbetrieb als
berührungsfreie
Labyrinthdichtung wirkt.
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Die zweite Dichtung ist auf der dem
Arbeitsraum zugewandten Seite zwischen Retarderwelle und Retardergehäuse angeordnet.
Die zweite Dichtung übernimmt im
Nicht-Bremsbetrieb Dichtfunktion und im Bremsbetrieb wird diese
zweite Dichtung durchströmt.
Im Fall des Bremsbetriebes hat diese Dichtung keinerlei Dichtfunktion.
Die Ausgestaltung der zweiten Dichtung gewährleistet, daß die dritte Dichtung,
die den Retarder mit absoluter Dichtheit nach außen, d.h. hin zur Atmosphäre bzw.
zum Getriebeöl,
abdichtet im Bremsbetrieb auf das Druckniveau des geschlossenen
Kühlsystems
abgesenkt wird. Hierdurch wird eine erhebliche Entlastung der dritten
Dichtung zur Atmosphäre
hin erreicht.
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In einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, daß das Retardergehäuse einen
Innenraum aufweist, durch den Kühlmedium geführt werden
kann, so daß dieser
Innenraum als Kühlmantel,
insbesondere im Nicht-Bremsbetrieb, fungiert.
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Die Erfindung kann sowohl bei einem
Sekundärretarder
wie bei einem Primärretarder
angewandt werden. Primärretarder
gehören
zu den Primärbremssystemen,
die vor Kupplung und Getriebe angeordnet sind. Diesbezüglich wird
beispielsweise auf Kfz-Anzeiger, 44. Jahrgang 1991, Bericht „Sicher bergab"
verwiesen. Sekundärretarder
sind sogenannte Sekundärbremssysteme,
die entweder direkt am Getriebe angeflanscht oder in den nachfolgenden Wellenstrang
eingebaut werden und auf die Antriebsachsen wirken.
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand
der Figuren beschrieben werden.
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Es zeigen:
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1 eine
Prinzipansicht eines erfindungsgemäßen Retarders, der als Sekundärretarder
ausgebildet ist und mit demselben Medium wie das Kühlmedium
des Fahrzeuges betrieben wird.
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In 1 gezeigt
ist ein Sekundärretarder 100,
der mit dem Kühlmedium
des Fahrzeuges betrieben wird. Der in 1 gezeigte
Retarder zeichnet sich durch eine geringe Verlustleistung aus.
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In einer ersten Maßnahme ist
das Rotorschaufelrad 11 axial verschiebbar auf der Rotorwelle 110 gelagert,
so daß der
Rotor 11 in eine Arbeitsposition nahe zum Stator 12 oder
eine Ruheposition mit großem
Abstand zum Stator 12 im Nicht-Bremsbetrieb verbracht werden kann.
In 1 ist der Retarder
in Ruheposition gezeigt. Bezüglich
der Verschiebbarkeit des Rotors wird auf die WO 98/35171 verwiesen.
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Der in 1 gezeigte
Retarder umfaßt
einen Rotor 11, der auf einer, z.B. in einem Getriebe gelagerten
schnell laufenden Welle 110, der sogenannten Retarderwelle,
drehfest und fliegend gelagert ist. Die Welle 110 mit den
Lagern 22 und 23 wird über ein Ritzel 21 von
der – hier
nicht dargestellten – Abtriebswelle
eines Getriebes angetrieben. Der Rotor 11 ist auf der Welle 110 mittels
einer nicht dargestellten Schrägverzahnung
längsbeweglich,
so daß der
Abstand zwischen Rotor und Stator eingestellt werden kann. Die Feder 18 verstellt
den Rotor 11 im Nicht-Bremsbetrieb in die verlustarme,
hier dargestellte, Position, d.h. zwischen Rotor und Stator ergibt sich
ein größtmöglicher
Spalt. Der hydrodynamische Retarder ist in den Kühlkreislauf 120 des
Kraftfahrzeuges integriert. Damit ist in der dargestellten Ausführungsform
des Retarders das Arbeitsmedium des Retarders das Kühlmedium
des Kraftfahrzeuges. Um die Leerlaufverluste gering zu halten, muß im Nicht-Bremsbetrieb
der Retarder entleert werden.
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Eine Besonderheit des Retarders gemäß 1 ist, die Ausgestaltung
des Retardergehäuses 130 mit
einem Gehäuseinnenraum 16,
der mit Kühlmedium
durchspült
werden kann und dann eine Art Kühlmantel
ausbildet.
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Zwischen Rotor 11 und Stator 12 wird
der Arbeitsraum 140 des Retarders ausgebildet. In vorliegendem
Ausführungsbeispiel
steht der Arbeitsraum 140 im Bremsbetrieb in leitender
Verbindung mit dem Gehäuseinnenraum 16,
wie weiter unten beschrieben.
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Der Entleervorgang, der weitestgehend
von der Pumpwirkung des Rotors 11 erzeugt wird, wird zu einem
großen
Teil über
das Regelventil 17 beeinflußt, aber letztendlich durch
den Überlagerungsdruck,
der im Ausgleichsbehälter 6 durch
ein Überdruckventil vorgegeben
ist, behindert.
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Aufgrund des Gegendrucks im Kühlkreislauf weist
der Retarder eine Restbefüllung
auf, die entsprechend dem äußeren Gegendruck
zu einer unerwünscht
hohen Verlustleistung führt.
Daher wird in der dargestellten Ausführungsform zusätzlich zur Spaltvergrößerung als
weitere Maßnahme
zwischen Rotor 11 und Stator 12 durch einen Zylinder 30 im
ungebremsten Zustand ein Teil der unvermeidbaren Restbefüllung aus
dem Retarderkreislauf abgesaugt. Die abgesaugte Menge ist so groß bemessen,
daß der
Retarderkreislauf stets im Verlustleistungsminimum betrieben wird.
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In dem in 1 gezeigten Aufbau ist der Zylinder 30 über die
Leitung 32 mit dem Retarderkreislauf über die Leitung 33 mit
dem Kühlwasserkreislauf verbunden.
Zudem befindet sich in der Leitung 32 ein Rückschlagventil 34 und
in der Leitung 33 ein Rückschlagventil 35.
Der in 1 dargestellte
Zustand „Bremse-AUS"
wird über
das Ventil 31 durch Entlüftung der Leitung 38 bewirkt.
Der Kolben 37 im Zylinder 30 wird durch die Feder 36 in
eine Position gebracht, in dem über
die Leitung 32 und das Rückschlagventil 34 die
notwendige Wassermenge aus dem Retarderkreislauf abgesaugt wird,
um das gewünschte
Verlustleistungsminimum zu erreichen. Dieser Vorgang wiederholt
sich regelmäßig nach
jedem Ausschalten des Retarders. Das Volumen des Zylinders 30 ist
so bemessen, daß die
störende
Restflüssigkeitsmenge,
die zu ungewollten Retarderverlusten im Nicht-Bremsbetrieb führt, sicher aufgenommen wird.
Der Ausgleichsbehälter 6 ist
so ausgestaltet, daß diese
Restflüssigkeitsmenge
nicht zu Störungen
im Kühlsystem
führt.
Derartige Störungen
sind prinzipiell möglich,
da das Retardersystem aus dem geschlossenen Kühlwasserkreislauf des Kraftfahrzeuges
Kühlmedium
entnimmt und auch wieder abgibt, dabei kommt es zu unterschiedlichen
Kühlwasserständen im
Ausgleichsbehälter.
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Gemäß der Erfindung umfaßt der hydrodynamische
Retarder drei unterschiedliche Dichtungen. Eine ständig mit
Kühlmittel
umspülte
Dichtung 14 – sogenannte
dritte Dichtung -, die vorzugsweise eine Gleitringdichtung mit absoluter
Dichtheit nach außen – hin zur
Atmosphäre
ist. Eine weitere Dichtung 15 – sogenannte zweite Dichtung – hat in
ihrer Dichtfunktion zwei Aufgaben zu erfüllen. Im Nicht-Bremsbetrieb wird
die Kühlflüssigkeit,
die über
die Leitung 19 ständig
den Innenraum 16 des Retardergehäuses als Kühlstrom durchfließen kann,
absolut in Richtung Rotor und Stator abgedichtet, d.h. die Dichtung 15 übernimmt
im Nicht-Bremsbetrieb
die Dichtfunktion. Die Spaltringdichtung 15.1 – sogenannte
erste Dichtung – wirkt
im Bremsbetrieb als berührungsfreie
Labyrinthdichtung und Arbeitsmedium, das gleichzeitig Kühlmedium
ist, durchströmt
die Dichtung 15, die in diesem Falle keine Dichtheit übernimmt.
Damit ist gewährleistet,
daß die
Dichtung 14 im Bremsbetrieb auf das Druckniveau des geschlossenen
Kühlsystems abgesenkt
wird.
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Der Innenraum 16 ist so
gestaltet, daß er
als wärmeabführender
Kühlmantel
des Retarders funktioniert, in dem das kühlere Medium über die
Leitung 19 zufließt
und über
die Leitung 20 abfließen
kann.
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Mit der Erfindung wird erstmals ein
hydrodynamischer Retarder angegeben, der sich dadurch auszeichnet,
daß die
Abdichtung des Retarders gegenüber
der Atmosphäre
bzw. einem anderen Medium, wie beispielsweise dem Getriebemedium,
im Bremsbetrieb auf dem Druckniveau des geschlossenen Kühlsystems
gehalten wird und insoweit gegenüber
Lösungen,
wie beispielsweise der
EP
0776805 A2 offenbart, entlastet wird. Die Dichtung gegenüber der
Atmosphäre
kann daher einfacher im Aufbau ausgestaltet werden.