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Hydrodynamischer Retarder für Fahrzeuge
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Retarder nach dem Oberbegriff
von Patentanspruch lo Bei einem bekannten Retarder dieser Art (DE-OS 22 09 446)
sind die Blenden in deren Ruhestellung sowie der zugehörige Betätigungsmechanismus
ständig in einem Gehäuseringraum angeordnet, der in bezug auf die Retarderdrehachse
radial außerhalb des Außentorus liegt Hierdurch ergibt sich für den Retarder ein
großer Gehäuseaußendurchmesser, der für die geometrische Gestaltung des Außentorus
nicht nutzbar ist Der Austrittskanal ist als Ringkanal ausgebildet, der für die
Umsetzung von Geschwindigkeitsenergie in Druckenergie ungünstig ist. Der Gehäuseringraum
für die Blenden und den Betatigungsmechanismus wird durch den Austrittskanal selbst
gebildet oder steht mit letzterem in offener Verbindung. Dadurch stellen die Blenden
und der Betätigungsmechanismus unerwünschte Störglieder in bezug auf die Strömung
im Austrittskanal dar. Wegen der Blenden und des Betatigungsmechanismus liegt der
Strömungsquerschnitt des Austrittskanal es nahezu vollständig in bezug auf die Retarderdrehachse
axial neben dem Spalt. Deswegen ergeben sich
ungünstige Strömungsverhältnisse
beim Übergang vom Spalt in den Austrittskanal, und zwar auch dann, wenn am rotorseitigen
Abschnitt des Außentorus besondere Austrittsöffnungen vorgesehen sind. Auf jeden
Fall ist eine tangentiale Einmündung der Strömung in den Austrittskanal bei dessen
angegebener Lage zum Spalt nicht möglich.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht im wesentlichen
darin, bei einem Retarder nach dem Oberbegriff von Patentanspruch i mit vorgegebenem
Gehäuseaußendurchmesser eine verlustarme Umsetzung von Geschwindigkeitsenergie in
Druckenergie an der Einmündung des Austrittskanales in den Arbeitskreislauf ohne
Störung durch die Blenden zu erreichen. Dies ist z.B. bei Nutzfahrzeugen von Bedeutung,
bei denen der-Wärmetauscher für die Motorkühlung in den Kühlkreislauf des Retarders
einbezogen werden muß. Wegen des hohen Temperaturniveaus eines-solchen Wärmetauschers
sind für den Kühlkreislauf des Retarders große zeitliche Durchflußmengen erforderlich,
um die anfallende Bremswärme abführen zu können, ohne hierzu einen besonderen Kuhler
zu verwenden.
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Die erläuterte Aufgabe ist in vorteilhafter Weise mit den kennzeichnenden
Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Bei dem Retarder nach der Erfindung kann
der Gehäuseaußendurchmesser klein gehalten werden, weil die Blenden im Zentrum des.Arbeitskreislaufes
liegen. Eine solcho Anordnung ist ohne wesentlichen Einfluß auf die Bremsleistung,
weil der Druck in diesem Zentrum auch bei hohen Bremsleistungen in Nähe des Atmosphärendruckes
liegt.
Bei dem Retarder nach der Erfindung ist die Energieumsetzung wegen der Spiralform
des Austrittskanales verlustarm und nicht durch die Blenden und deren Betätigungsmechanismus
gestört.
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Bei einem bekannten Retarder anderer Art (DE-AS 21 23 070) ist für
den Arbeitskreislauf weder ein Außentorus noch ein äußerer Kühikreislauf verwendet.
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Bei diesem Retarder sind die beiden SchaufeLkränze von Rotor und Stator
konzentrisch zueinander angeordnet und radial von innen nach außen durchströmt Ein
in bezug auf die Retarderdrehachse axial neben den beiden Schaufelkränzen liegender
Kernring ist mit dem Stator fest verbunden und als Aufnahme für eine axial verschiebbare
ringförmige Kapsel verwendet, die zur Regelung der Bremsleistung die die Schal,lfeln
des Rotors teilweise oder vollständig abdecken kann.
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Bei einer bekannten hydrodynamischen Kupplung (DE-PS 912 898) ist
ein äußerer Kreislauf für das hydraulische Arbeitsmittel ebenfalls nicht vorhanden.
Der zur treibenden Kupplungshälfte drehfeste Schaufelkranz trägt einen zentralen
Kernring zur Aufnahme von durch Fliehkraft entgegen einer Feder betätigbaren Absperr
schiebernedie in der eingezogenen Lage den ringförmigen Kernraum ergänzen und deren
Teilringflächen gegen die Strömung so geneigt sind, daß dieser einen Druck entgegen
der Fliehkraft ausübt. Mit dieser Kupplung wurde angestrebt, schon dann unabhängig
von der Geschwindigkeit eine fast direkte Kraftübertragung zu erzielen, wenn der
Motor leistungsmaßig dazu in der Lage ist, und auch eine Ausschaltung aus dieser
Stufe zu erreichen,
wenn der Motor durch den Fahrwiderstand stärker
belastet wird und ohne eine ausreichende Drehzahldifferenz zwischen Pumpe und Turbine
nicht mehr arbeiten kann.
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Bei dem Retarder nach der Erfindung ist eine in bezug auf die Retarderdrehachse
radiale Verlagerung der gesamten Blende zwischen Ruhestellung und Staustellung an
sich denkbar. Eine kinematisch einfachere Schwenlcverlagerung nur des einen Blendenendes
hat Patentanspruch 2 zum Gegenstand. Bei dieser Ausgestaltung sind auch die radial
inneren Abschnitte der Blende beim Erzeugen der Stauwirkung beteiligt. Bei dem Retarder
nach der Erfindung könnte an sich für jedes der schwenkbaren Blendenenden ein besonderes
Betätigungsglied verwendet sein.
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Dagegen ist die Ausgestaltung nach Patentanspruch 3 insofern vorteilhaft,
als durch diese zumindest zwei schwenkbare Blendenenden durch ein gemeinsames Betätigungsglied
verlagerbar sind.
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Bei dem Retarder nach der Erfindung ist es an sich möglich, zwei durch
eine Schleppverbindung verbundene Blenden mit gegensinnigem Schwenksinn anzuordnen.
Gegenüber einer solchen Anordnung ist die Ausgestaltung nach Patentanspruch 4 jedoch
von Vorteil, weil durch diese eine Aneinanderkettung von mehreren Blenden und Betätigung
durch ein gemeinsames Betätigungs&lied ermöglicht ist.
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eine Da im Leerlaufbetrieb des Retarderslnennenswerte Strömung überwiegend
in Nähe des Außentorus auftritt, ist durch die Ausgestaltung nach Patentanspruch
5 eine hohe Stauwirkung erzielt.
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Durch die Ausgestaltung nach Patentanspruch 6 wird das Auftreten einer
Strömung im Bereich des Außentorus im Leerlaufbetrieb vollständig unterdrückt Durch
die Ausgestaltung nach Patentanspruch 7 ist erreicht, daß der Betätigungsmechanismus
lediglich mit einem Blendenende verbunden ist, so daß die Strömung im Bremsbetrieb
nur unwesentlich beeinträchtigt ist Durch die Anordnung nach Patentanspruch 8 ist
erreicht, daß der Betätigungsmechanismus für die Blenden ohne nachteiligen Einfluß
auf die Strömung des Austrittskanales ist.
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Durch die Weiterbildung nach Patentanspruch 9 ist sowohl die Flatterneigung
der Blenden verhindert als auch vermieden, daß sich das Spiel in den Schleppverbindungen
auf das Maß der Schwenkverlagerung der am Stauring hinten liegenden Blenden auswirken
kann Patentanspruch 10 hat eine einfache synchrone Steuerung des Betätigungsmechanismus
für die Blenden und des Bremsmomentes zum Gegenstand.
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Durch die Ausgestaltung nach Patentanspruch 11 ist ein etwaiger störender
Einfluß des Kernringes auf die Strömung des Arbeitskreislaufes vermieden0 Einzelheiten
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen in Verbindung mit
der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Aus-
führungsbeispieles.
In der Zeichnung bedeuten Fig. 1 eine Stirnansicht auf den statorseitigen Teil eines
Retarders nach der Erfindung gemäß Pfeilrichtung I in Fig. 2, Fig. 2 einen axialen
Teilschnitt durch den Retarder nach Fig. 1 gemäß Linie II-II von Fig. 1, Fig. 3
einen axialen Teilschnitt durch den Retarder nach Fig. 1 gemäß Linie III-III von
Fig. 1 und Fig.3a eine der Fig. 1 entsprechende Stirnansicht in verkleinertem Maßstab,
bei der die Bletndès in die Staustellung betätigt- sind.
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Der Retarder 4 nach der Erfindung weist ein bei 41 schematisch angedeutetes
zweiteiliges feststehendes Retardergehäuse auf, das mit einem Stator 8 einteilig
ausgebildet ist. Innerhalb des Retardergehäuses 41 ist ein Rotor 7 zur Retarderdrehachse
17-17 drehbar gelagert, der in nicht gezeigter Weise mit einer abzubremsenden Welle
drehfest verbunden oder kuppelbar ist. Rotor 7 und Stator 8 tragen jeweils einen
Kranz von Schaufeln 5 bzw. 6, deren äußere Konturen jeweils einen Abschnitt 22 bzw.
23 eines Außentorus 9 für einen inneren hydrodynamischen Arbeitskreislauf bilden.
Zwischen den-Schaufeln 5 und 6 ist ein freier axialer Spalt 19 belassen, in dem
das hy-
draulische Arbeitsmittel über einen zum Außentorus 9 radial
inneren Ringkanal 42 eingeleitet wird Im Bereich des Außendurchmessers 36 des Außentorus
9 ist ein zum Retarderehuse 41 feststehender spiralförmiger Austrittskanal 11 vorgesehen,
der an der Stelle 43 tangential in bezug auf den rotorseitigen Abschnitt 22 des
Außentorus 9 in den Spalt 19 einmündet Im Bereich seines größten Spiraldurchmessers
ist der Austrittskanal 11 mit einer Austrittsöffnung 44 versehen, die an einen äußeren
Kühlkreislauf angeschlossen ist, der bei 45 lediglich gestrichelt angedeutet ist
Der Kühlkreislauf 45 - in den der Wärmetauscher für die Motorkühlung eines Kraftfahrzeuges
eingeschaltet sein kann - führt letztendlich wieder zurück über den Ringkanal 42
zum Arbeitskreislauf 10 Der Kühlkreislauf 45 kann in bekannter Weise mit Regler=
bzge Steuerorganen für das Bremsmoment, d.h0, für den Füllungsgrad des Arbeitskreislaufes
10, verbunden sein Ein mit seinem Ringbereich 39 zentrisch zur Retarderdrehachse
17-17 und mit seinem Querschnitt 24 etwa zentrisch zum Abschnitt 23 des Außentorus
9 liegender Kernring 27 ist mit dem Stator 8 fest verbunden Der Kernring 27 ist
zur Halterung und Führung von Blenden 12 bis 16 zur Reduzierung von Leerlaufverlusten
verwendet. Der dem Abschnitt 23 des Außentorus 9 zugekehrte Abschnitt 25 des Kernringes
27 ist in der Form eines Innentorus 26 für den Arbeitskreislauf 10 ausgebildet Die
Blenden 12 bis 16 liegen in dem in bezug auf die Retarderdrehachse 17-17 axialen
Bereich 18 des Spaltes 19 Die Blenden 12 bis 16 sind jeweils nach Art eines Ring-
segmentes
ausgebildet und mit ihrem einen Blendenende 28 durch ein Gelenk 29 am Kernring 27
angelenkt. Die Blenden 12 bis 16 sind jeweils mit ihrem anderen Blendenende in bezug
auf die Umfangsrichtungen der Retarderdrehachse 17-17 gleichsinnig zu ihren Anlenkpunkten
angeordnet und weisen daher jeweils gleichsinnigen Schwenksinn 33 auf.
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In der in Fig. 1 und 2 mit stark ausgezogenen Linien dargestellten
Ruhestellung 20 der Blendenenden 30 liegen die Blenden 12 bis 16 innerhalb des Ringbereiches
39 des Kernringes 27, und damit außerhalb der Strömung des Arbeitskreislaufes 10.
Sämtliche Blenden 12 bis i6 sind durch einen Druckmittel-Stellmotor 38 in eine Staustellung
21 verschwenkbar, die in Fig. 1 mit schwach ausgezogenen - dagegen in den Fig. 3
und 3a mit stark ausgezogenen Linien dargestellt ist. In der Staustellung 21 liegen
die Blendenenden 30 und die angrenzenden Blendenabschnitte 34 mit ihrer Außenkontur
35 am Außentorus 9 an. Zu diesem Zweck ist folgende Anordnung getroffen: Das Blendenende
30 der Blende 12 weist einen festen Hebelarm 46 auf, der durch ein Gelenk 47 mit
dem einen Ende einer Kolbenstange 48 des Druckmittel-Stellmotores 38 verbunden ist.
An ihrem anderen Ende ist die Kolbenstange 48 mit dem Kolben 49 des Druckmittelstellmotores
38 verbunden, der vom Druck einer Arbeitsdruckkammer 50 beaufschlagbar ist, die
ihrerseits über eine Arbeitsdruckleitung 51 an den Kühlkreislauf 45 angeschlossen
ist. Die Kolbenstange 48 wird in die gezeichnete Ruhestellung 20 durch den Arbeitskolben
49 und in die Staustellung 21 durch eine Druckfeder 52 betätigt. Die Blende 12 ist
an einer Stelle 31, die in der Staustellung im Bereich des Außentorus 9 liegt, über
eine Schleppver-
bindung 32 mit dem Blendenende 30 der in Umfangsrichtung
folgenden Blende 13 verbunden Auf diese Weise wird die Blende 13 beim Betätigen
der Blende 12 in die Staustellung synchron ebenfalls in ihre Staustellung betätigt.
Diese Anordnung ist in gleicher Weise zwischen den Blenden 13 und 14 bzw zwischen
den Blenden 14 und 15 bzw. zwischen den Blenden 15 und 16 getroffen, Um einen sowohl
in den Umfangsrichtungen der Retarderdrehachse 17-17 als auch in bezug auf die Strömung
des Arbeitskreislaufes 10 geschlossenen Stauring 37 zu erhalten, der in der Staustellung
am Außentorus 9 anliegt und in den Fig. 3 und 3a dargestellt ist, ist der jeweilige
Blendenabschnitt 34 jeder Blende 12 bis 16, der sich zwischen dem schwenkbaren Blendenende
30 und der mittleren Stelle 31 für die Schleppverbindung 32 erstreckt, sowohl in
seiner Außenkontur 35 dem Außendurchmesser 36 des Außentorus 9 angepaßt als auch
mit Überdeckung in bezug auf die Umfangsrichtungen der Retarderdrehachse 17-17 zum
korrespondierenden Blendenabschnitt 34 der benachbarten Blende ausgeführt Um etwaiges
übergroßen Spiel in den Schleppverbindungen 32 auszuschalten und das Flattern der
Blenden zu verhindern, ist die in bezug auf den Hebelarm 46 hinten liegende Blende
16 des Stauringes 37 durch eine zusätzliche Schleppverbindung 32 mit dem den Hebelarm
46 aufweisenden Blendenende 30 verbunden, wobei diese Schleppverbindung 32 an einer
mittleren Stelle 31 der Blende 16 liegt, die sich wiederum in der Staustellung im
Bereich des Außentorus 9 befindet. Um die Strömung im Austrittskanal 11 so wenig
wie mcglich bzw. überhaupt nicht zu stören, liegt der Hebelarm 46 in Nahe des Engquerschnittes
40 des Austrittskanales 11
Beim Ausführungsbeispiel sind die Schleppverbindungen
32 jeweils durch einen Führungsstift 53 und einen Führungsschlitz 54 gebildet, wobei
der Führungsstift 53 entweder am jeweiligen Blendenende 30 bzw. an der mittleren
Stelle 31 des Blendenabschnittes 34 feststehend angeordnet sein kann. Der Verlauf
und die Länge des Führungsschlitzes 54 ist so auf die Lage des Führungsstiftes 53
gegenüber dem zugehörigen Gelenk 29 abgestimmt, daß die Blenden 12 bis 16 jeweils
zwangsläufig in der Ruhestellung 20 vollständig innerhalb des Ringbereiches 39 des
Kernringes 27 und in der Staustellung 21 mit ihren Blendenabschnitten 34 am Außentorus
9 anliegen. Wie insbesondere die Fig. 3a zeigt, liegen in der Staustellung 21 die
sich vom Stauring 37 zum jeweiligen Gelenk 29 erstreckenden Blendenabschnitte 55
ebenfalls in der Strömung des Arbeitskreislaufes und erzeugen somit zusätzlich eine
Stauwirkung.