DE3535494A1

DE3535494A1 - Hydrodynamischer retarder

Info

Publication number: DE3535494A1
Application number: DE19853535494
Authority: DE
Inventors: Klaus Brosius
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1985-10-04
Filing date: 1985-10-04
Publication date: 1987-04-16
Also published as: US4744443A; GB2181514B; FR2589540B1; GB8623156D0; DE3535494C2; GB2181514A; FR2589540A1

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Retarder mit ei nem Primär-Schaufelrad und einem Sekundärschaufelrad sowie mehreren Schaufelkränzen, die mehrere Arbeitskreisläufe bilden, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der DE-AS 14 80 317 ist ein Retarder bekannt, bei dem mehrere Rotor- und Statorschaufelkränze radial übereinander auf einer Antriebswelle angeordnet sind. Dieser Retarder ist jedoch nicht für beide Drehrichtungen gleichermaßen geeignet. Aufgabe dieses Retarders ist es, ein möglichst konstantes Bremsmoment bis in kleine Drehzahlbereiche zu entwickeln. Die dargestellten Arbeitskreisläufe sind gleich groß, und werden, gesteuert durch Ventile, in Abhängigkeit von der Drehzahl nacheinander durch Füllung eingeschaltet, jedoch nicht gleichzeitig. Durch diese Betriebsweise ist der Retarder nicht optimal genutzt und weist, bezogen auf das erzielbare Bremsmoment, sehr große Abmessungen auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen für beide Dreh richtungen gleichermaßen geeigneten hydrodynamischen Retarder zu schaffen, der einen möglichst kleinen Bauraum und einfachen konstruktiven Aufbau aufweist sowie eine einfache Steuerung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An spruches 1 gelöst. Aus der DE-AS 16 00 191 ist zwar ein Retar der bekannt, der dieselbe Aufgabe lösen soll. Dazu sind inner halb des Retarders zwei Arbeitskreisläufe axial nebeneinander angeordnet, und beide Arbeitskreisläufe weisen schräggestellte Beschaufelung auf. Durch geeignete Wahl der Schrägungsrichtung der Beschaufelung entwickelt jeweils einer der beiden Arbeits kreisläufe in seiner jeweiligen bevorzugten Drehrichtung sein optimales Bremsmoment, während der andere Kreislauf eine ver minderte Bremswirkung zeigt. Für viele Anwendungsfälle ist die se Retarderbauart aufgrund der axialen Baulänge nicht geeignet. Die Herstellung eines solchen Retarders ist verhältnismäßig teuer, weil viele Werkstücke mit einer Beschaufelung versehen werden müssen. Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Retar ders wird vorgesehen, daß das Primär- und Sekundärschaufelrad mit zwei unterschiedlichen Beschaufelungen versehen wird, die nicht, wie bekannt, axial nebeneinander oder radial übereinan der angeordnet sind, sondern konzentrisch ineinander. Der Er finder hat erkannt, daß sich bei einem Retarder im Zentraum des Arbeitskreislaufs unter bestimmten Bedingungen ein nicht mit Flüssigkeit gefüllter Hohlraum bildet, der umso größer sein kann, je größer der Querschnitt des Arbeitskreislaufes ist. Die Erfindung besteht nun darin, in diesen Hohlraum einen weiteren Schaufelkranz einzusetzen. Dieser Schaufelkranz kann mit einer gegensinnig schrägen Beschaufelung ausgerüstet werden, wodurch ein in dieser Weise mit einer Doppelbeschaufelung versehener Retarder ein Bremsmoment in beiden Drehrichtungen entwickeln kann. Die Querschnittsfläche des innenliegenden Kernkreislaufes bestimmt dabei die Höhe des Bremsmomentes. Der Außen- bzw. In nendurchmesser des den Kernkreislauf umschließenden Ringkreis laufes wird nun so gewählt, daß beide Kreisläufe in der von ihnen aufgrund der schrägen Beschaufelung bevorzugten Drehrich tung wenigstens annähernd dasselbe Bremsmoment erzeugen. Dabei entwickelt jeder Kreislauf in der bevorzugten Drehrichtung des anderen Kreislaufes ein reduziertes Bremsmoment, so daß das gemeinsam entwickelte Bremsmoment sich jeweils aus zwei Antei len zusammensetzt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran sprüchen 2 bis 4 angegeben. Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der erfindungsgemäße Retarder Bestandteil einer Gegenlaufretarder-Anordnung ist. Darin ist gemäß Anspruch 5 das Sekundärschaufelrad drehbar angeordnet, wobei es einerseits über eine erste Festhaltebremse mit einem Gehäuse verbunden werden kann, andererseits mit einem Umkehrge triebe verbunden ist, das nach Betätigen einer Kupplungsvor richtung das Sekundärschaufelrad in entgegengesetzte Drehrich tung versetzen kann. Dadurch werden sämtliche Vorzüge des Re tarders genutzt, nämlich

a) Betrieb des Retarders mit festgehaltenem Sekundärschaufel rad (Stator) aus hohen Fahrgeschwindigkeiten bis zur Voll füllparabel;
b) Betrieb des Retarders mit gegensinnig angetriebenem Sekun därschaufelrad (Gegenlaufstator) bis zur Geschwindigkeit null;
c) aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung der Beschaufelun gen im Retarder ist der Betrieb des Retarders in beiden Drehrichtungen gleichermaßen uneingeschränkt möglich.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Retarder in die Bremsanlage eines Fahrzeuges, vorzugsweise einem Schienenfahrzeug integriert ist. Der Retar der wird dazu wiederum als Gegenlaufretarder verwendet. Der Einbau in das Fahrzeug erfolgt so, daß von zwei Radsätzen aus jeweils das Primärschaufelrad und das Sekundärschaufelrad ge trennt und gegensinnig angetrieben werden. Von Vorteil ist auch hier wiederum, daß der Retarder auch im Gegenlaufbetrieb das selbe Bremsmoment entwickelt. Der Einbau des Retarders in das Fahrzeug kann entweder über ein separates Retardergehäuse er folgen mit Antrieb über Gelenkwellen von bekannten Kegelachs getrieben aus, oder der Einbau erfolgt in ein Gehäuse, das so wohl den Retarder als auch die beiden Achsgetriebe aufnimmt, wobei sich das Gehäuse in für sich allein bekannter Weise über Hohlwellen und elastische Verbindungsglieder auf den Radsatz wellen abstützt. Im Gegensatz zu Retarderanlagen bekannter Art ist für die Anordnung eines Gegenlaufretarders gemäß der Erfin dung keine separate Drehmomentstütze erforderlich.

Es versteht sich von selbst, daß auch dieser Retarder vorzugs weise mit Einrichtungen versehen ist zur Vermeidung bzw. Ver kleinerung von Luftventilationsverlusten im ausgeschalteten Zustand. Im Rahmen der Erfindung ist es gleichfalls möglich, den Kernkreislauf nicht exakt konzentrisch zum Ringkreislauf innerhalb der Schaufelräder anzuordnen, sondern radial zueinan der versetzt innerhalb des Ringkreislaufes oder außerhalb des Ringkreislaufes.

Die Erfindung ist in der Zeichnung an mehreren Ausführungsbei spielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch den Retarder;

Fig. 2 eine Stirnansicht eines Schaufelrades;

Fig. 3 einen Retarder in Gegenlaufstator-Anordnung in schema tischer Darstellung;

Fig. 4 einen Retarder als Schienenfahrzeug-Bremse;

Fig. 5 einen Retarder als Schienenfahrzeug-Bremse in einem mit den Achsgetrieben gemeinsamen Gehäuse.

In allen Figuren sind identische Teile mit denselben Bezugszah len versehen. Die Fig. 1 zeigt einen von einer Antriebswelle 1 angetriebenen Retarder 2, bestehend aus einem Primärschaufelrad 3 (Rotor) und einem Sekundärschaufelrad 4 (Stator). Beide Schaufelräder besitzen jeweils zweierlei Beschaufelungen, näm lich eine Kernbeschaufelung 5 a, 5 b und eine diese umgebende Ringbeschaufelung 6 a, 6 b. Beide Beschaufelungen sind durch eine Trennwand 7 voneinander getrennt. Die Füllung des Retarders erfolgt vorzugsweise über eine Fülleitung 8, die vom achsnahen Bereich außerhalb des Retarders zum Zentraum des Kernarbeits kreislaufes 5 führt und über die beide Arbeitskreisläufe 5, 6 stets gemeinsam gefüllt werden. Über eine Entleerleitung 9 erfolgt die Entleerung beider Kreisläufe ebenfalls gemeinsam.

Die Fig. 2 zeigt ein Schaufelrad gemäß der Erfindung in Stirn ansicht. Zu erkennen sind die schräggestellten Schaufeln 6 a des Ringkreislaufes 6 sowie die in entgegengesetzter Schrägungs richtung angeordneten Kernschaufeln 5 a sowie die zwischen bei den Beschaufelungen vorhandene Trennwand 7. Aus der Figur ist zwar zu erkennen, daß die Anzahl der Kernschaufeln 5 a größer ist als die Anzahl der Ringschaufeln 6 a. Infolge der geringeren axialen Tiefe der Kernschaufeln 5 a läßt sich eine größere An zahl von Kernschaufeln unterbringen. Abweichend davon können selbstverständlich genauso viele Kernschaufeln wie Ringschau feln vorhanden sein.

In Fig. 3 ist ein Retarder 2 dargestellt, dessen Rotor 3 von der Antriebswelle 1 aus angetrieben und dessen Stator 4 dreh bar angeordnet ist. Der Retarder befindet sich in einem Gehäuse 10, in dem sich auch ein Umkehrgetriebe 11 befindet. Der Stator 4 ist über eine erste Festhaltebremse 12 mit dem Gehäuse 10 drehfest verbindbar, ferner über eine Hohlwelle 13 mit dem Son nenrad eines als Planetengetriebe ausgebildeten Umkehrgetriebes 11. Das Hohlrad 15 des Getriebes 11 ist mit der Antriebswelle 1 drehfest verbunden, die Planetenräder 16 wiederum stehen über einen Planetenträger 17 mit einer zweiten Festhaltebremse 18, die am Gehäuse 10 befestigt ist, in Verbindung.

Ein Bremsvorgang läuft nun wie folgt ab: Die erste Festhalte bremse 12 für den Stator 4 ist zu Beginn des Bremsvorganges betätigt, die zweite Festhaltebremse 18 ist gelöst. Nach Fül lung des Retarders mit Arbeitsflüssigkeit erfolgt die Verzöge rung des Fahrzeuges in bekannter Weise mit einer für sich allein bekannten Regeleinrichtung bis zum Erreichen der Voll füllparabel. Nach Erreichen des höchsten Füllungsgrades (kon stantes Drehmoment) wird die erste Festhaltebremse 12 gelöst und die zweite Festhaltebremse 18 betätigt. Dadurch wird der Stator 4 in eine gegenüber der Antriebswelle 1 gegensinnige Rotation versetzt. Durch diese Gegenrotation entsteht eine bis zur Geschwindigkeit null herab hohe Bremskraft. Diese Retarder bauart erlaubt Betrieb mit gleichen Kennlinien in beiden Dreh richtungen.

Die Fig. 4 zeigt einen Retarder als Bremsanlage für ein Schie nenfahrzeug. Der Retarder 2 ist in einem Gehäuse 20 unterge bracht, der Rotor 3 und der Stator 4 weisen jeweils separate Antriebswellen 21 auf, über die die Krafteinleitung mittels Gelenkwellen 22 von den Achsgetrieben 23 erfolgt. Das Retarder gehäuse 20 kann im abgefederten Teil des Drehgestells oder des Fahrzeuges untergebracht werden. Es bedarf dazu keiner besonde ren Maßnahmen bezüglich der Abstützung eines Reaktions-Drehmo mentes, weil die Gelenkwellen 22 und Antriebswellen 21 gegen sinnig rotieren und dabei dasselbe Drehmoment übertragen, was einer totalen Drehmomentkompensation entspricht.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausgestaltung der Anordnung gemäß Fig. 4 dargestellt, wobei der Retarder 2 in einem Gehäuse 25 untergebracht ist, in welchem sich zusätzlich noch die beiden Achsgetriebe 26 befinden. Dabei tragen die beiden Antriebswel len 21 für den Rotor und den Stator unmittelbar die beiden Ke gelritzel der Achsgetriebe, während die Tellerräder auf Hohl wellen 27 befestigt sind. Die Hohlwellen umschließen in bekann ter Weise die Radsatzwellen und sind mit letzteren über elasti sche Glieder 28 verbunden.

Claims

1. Hydrodynamischer Retarder, bestehend aus einem Primärschau felrad mit mehreren von einander getrennten Schaufelkrän zen, das einen Rotor darstellt und mit einer Antriebswelle in Verbindung steht, und einem Sekundärschaufelrad mit meh reren voneinander getrennten Schaufelkränzen, das einen Stator darstellt und dessen Schaufelkränze mit denen des Primärschaufelrades torusförmige Arbeitskreisläufe bilden, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:

a) jedes der beiden Schaufelräder (3, 4) weist zwei Schaufelkränze (5, 5 a, 6, 6 a) auf, die gemeinsam zwei Arbeitskreisläufe (5, 6) bilden;
b) die beiden Schaufelkränze (5, 5 a, 6, 6 a) jedes Schau felrades (3, 4) besitzen gegenüber der Drehachse schräge Beschaufelung, wobei die Schaufeln des einen Schaufelkranzes im Uhrzeigersinn, die Schaufeln des anderen Schaufelkranzes gegen den Uhrzeigersinn ge richtet sind;
c) die Arbeitskreisläufe (5, 6) der beiden Schaufelräder liegen einander wenigstens annähernd in derselben Achsnormalebene gegenüber;
d) die von den Schaufelkränzen des Primär- und Sekundär rades (3, 4) gebildeten torusförmigen Arbeitskreisläu fe (5, 6) haben unterschiedliche Querschnittsfläche;
e) die Zentren der beiden Arbeitskreisläufe (5, 6) befin den sich auf demselben Durchmesser, wodurch zwei in einander liegende Arbeitskreisläufe gebildet sind, nämlich ein kleinerer innenliegender Arbeitskreislauf (Kernkreislauf 5), und ein größerer Arbeitskreislauf (Ringkreislauf 6), der den kleineren ringförmig kon zentrisch umgibt;
f) die einander jeweils gegenüberliegenden Schaufeln der beiden Arbeitskreisläufe (5, 6) weisen gleiche Größe und Schrägungsrichtung auf;
g) die stirnseitige Ringfläche jedes Schaufelkranzes ist so gewählt, daß die Leistungsaufnahme beider Arbeits kreisläufe wenigstens annähernd gleich ist;
h) die Schrägungsrichtung der Schaufeln beider Schaufel kränze jedes Schaufelrades ist so gewählt, daß die Leistungsaufnahme des Retarders in beiden Drehrichtun gen wenigstens annähernd gleich ist.

2. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß beide Arbeitskreisläufe (5, 6) stets gemein sam gefüllt sind, und daß zur Füllung und Entleerung beider Arbeitskreisläufe jeweils gemeinsame Füll- und Entleerlei tungen (8, 9) vorgesehen sind.

3. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß zur Füllung der Arbeitskreisläufe eine Fülleitung vorgesehen ist, die vom achsnahen Bereich eines der Schaufelräder bis in das Zentrum des Kernkreislaufes (5) reicht, und daß zur Entleerung eine Entleerleitung (9) am äußeren Umfang der Schaufelräder (3, 4) angeordnet ist.

4. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Fülleitung (8) an dem Sekundärschaufelrad (4) angeordnet ist.

5. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Retarder (2) Bestandteil einer Gegenlauf retarder-Anordnung ist, dessen Stator-Schaufelrad (4) so wohl über eine erste Festhaltebremse (12) mit einem Gehäuse (10) drehfest verbindbar ist, als auch mit einem Umkehrge triebe (11) verbunden ist, das von der Antriebswelle (1) aus angetrieben wird und durch Betätigen einer Kupplungs vorrichtung das Stator-Schaufelrad (4) in entgegengesetzte Drehrichtung versetzt.

6. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß das Umkehrgetriebe (11) als Planetengetriebe ausgebildet ist, dessen Hohlrad (15) mit der Retarderan triebswelle (1) und somit dem Primärschaufelrad (3), und dessen Sonnenrad (14) mit dem Sekundärschaufelrad (4) ver bunden ist.

7. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste Festhaltbremse (12) für das Sekun därschaufelrad (4) als Lamellenbremse ausgebildet ist, und daß die Kupllungsvorrichtung für das Umkehrgetriebe (11) als zweite Festhaltebremse (18) in Form einer Lamellenbrem se für den Planetenträger (17) des Umkehrgetriebes (11) ausgebildet ist.

8. Hydrodynamischer Retarder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine für sich allein bekannte überge ordnete gemeinsame Regeleinrichtung, die das von den beiden Arbeitskreisläufen (5, 6) gemeinsam erzeugte Bremsmoment auf den jeweils geforderten Sollwert einregelt.

9. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß beim Einschalten des Retarders die erste Festhaltebremse (12) betätigt und die zweite Festhaltebrem se (18) gelöst ist, und daß bei Erreichen der Vollfüllpara bel des Retarders die zweite Festhaltebremse (18) betätigt und die erste Festhaltebremse (12) gelöst wird.

10. Hydrodynamischer Retarder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Retarder Bestandteil einer Bremsanlage für Fahrzeuge, vorzugsweise einem Schienenfahr zeug ist, bei dem das Primärschaufelrad von einem ersten Radsatz, das Sekundärschaufelrad von einem zweiten Radsatz eines Drehgestelles aus angetrieben ist, wobei die beiden Schaufelräder gegensinnig umlaufen.

11. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß die beiden Primär- und Sekundärschaufelräder (3, 4) in einem in Längsrichtung im Drehgestell angeordne ten Gehäuse (20) untergebracht sind und separate Antriebs wellen aufweisen, die über Gelenkwellen (22) mit Achsge trieben verbunden sind, wobei deren Antrieb so eingerichtet ist, daß die beiden Antriebswellen gegensinnige Drehrich tung aufweisen.

12. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 11, dadurch gekenn zeichnet, daß der Retarder (2) in einem Gehäuse (25) unter gebracht ist, das in Längsrichtung zwischen den Achsen des Drehgestelles angeordnet ist und außer den beiden Schaufel rädern (3, 4) auch die Achsgetriebe (26) enthält, wobei jedes der beiden Schaufelräder über je eine Antriebswelle mit dem zugehörigen Achsgetriebe (26) verbunden ist, wobei deren Ritzel auf den Antriebswellen befestigt und deren Tellerräder auf Hohlwellen (27) befestigt sind, die ihrer seits im Gehäuse gelagert und über elastische Glieder (28) mit den Radsätzen kraftschlüssig verbunden sind.

13. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß sich das Zentrum des einen Arbeitskreislaufes radial versetzt vom Zentrum des anderen Arbeitskreislaufes auf unterschiedlichem Durchmesser befindet.