DE3940825C2 - Hydrodynamischer Retarder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Retarder, insbesondere zum Einbau in Nutzfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein Retarder dieser Gattung ist aus der DE-AS 22 38 726 bekannt. Dort ist ein Retarder in kompakter Bauweise mit einem Wärmetauscher und einem Sammelbehälter für die Arbeitsflüssigkeit in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengebaut. Der Wärmetauscher und der Sammelbehälter befinden sich unterhalb des Arbeitsraumes, ein weiterer Behälter zur Aufnahme von Lecköl aus dem Arbeitsraum und den Lagern befindet sich innerhalb des Gehäuses. Es handelt sich um einen Retarder ohne Pumpe zum Füllen des Arbeitsraumes. Das Füllen des Retarders erfolgt dadurch, daß der Sammelbehälter unter Luftdruck gesetzt wird, so daß sich das ganze Leitungssystem mit Arbeitsflüssigkeit füllt, wobei dann der Rotor die Umwälzung übernimmt. Nach Beendigung eines Bremsvorganges entleert sich das System wieder, wobei der Rotor die Arbeitsflüssigkeit zurück in den Wärmetauscher und in den Sammelbehälter verdrängt.

Aus der DE 35 45 660 C1 (Fig. 5) ist ein Retarder bekannt, bei dem die Arbeitsflüssigkeit ebenfalls ohne Pumpe nur durch die Blaswirkung des Rotors umgewälzt wird. Vom Austritt am Retarder führt eine Leitung zu einem separat angeordneten Wärmetauscher und von dort wieder zurück zum Retarder. Zur Einleitung eines Bremsvorganges wird Arbeitsflüssigkeit aus einem separaten Sam­ melbehälter der Kreislaufleitung zugeführt. Die Besonderheiten dieses bekannten Retarders liegen insbesondere in den vielfäl­ tigen Möglichkeiten zur Reduktion der Luftventilationsverluste durch Einblasen eines Flüssigkeitsstrahls in den Arbeitsraum zur Bildung eines blendenartigen Schleiers, der einen energie­ verzehrenden Toruswirbel aus Luft, insbesondere im radial äuße­ ren Teil des Arbeitsraumes verhindert. Die Besonderheit der Ausbildung gemäß Fig. 5 besteht darin, daß von der Flüssig­ keitsoberfläche im Wärmetauscher durch das zirkulierende Ge­ misch aus Luft und Arbeitsflüssigkeit gerade so viel Flüssig­ keit mitgerissen wird, daß sich im Arbeitsraum ein Flüssig­ keitsschleier bilden kann.

Nachteilig ist bei dieser Ausbildung der Umstand, daß bei einem Füllvorgang zwar zunächst der Arbeitsraum des Retarders gefüllt wird, danach aber sich erst die Leitungen zum Wärmetauscher, der Wärmetauscher selbst und die Rückleitung füllen müssen. Bis zur Herstellung eines bremsenwirksamen Überlagerungsdruckes in­ nerhalb des Retarders vergeht daher viel kostbare Zeit.

Auch bei dem zuerstgenannten Retarder nach DE-AS 22 38 726 muß erst das gesamte Leitungssystem gefüllt und unter Überlage­ rungsdruck gesetzt werden, bevor die Bremswirkung voll ein­ setzt. Dies kann bei dem bekannten Retarder bei der kompakten Bauweise vielleicht noch in Kauf genommen werden. Ist der Re­ tarder jedoch derart im Antriebssystem des Fahrzeuges unterge­ bracht, daß zwischen dem Arbeitsraum selbst und dem Wärmetau­ scher bzw. dem Sammelbehälter für Arbeitsflüssigkeit größere Entfernungen liegen, so wäre verzögertes und nur allmähliches Einsetzen der Bremskraft des Retarders ein schwerwiegender be­ trieblicher Nachteil.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Steuersystem für einen Retarder zu schaffen, welches auch bei räumlicher Tren­ nung des Retarders von dessen Wärmetauscher ohne Umwälzpumpe eine rasche Verfügbarkeit und sichere Betriebsweise in den Bremspausen bei minimalem Bauaufwand gewährleistet.

Diese Aufgabe wird bei einem hydrodynamischen Retarder gemäß des Oberbegriffs durch die im Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Diese Maßnahmen bewirken, daß bei Stillstand des Rotors, also bei Fahrzeugstillstand, auch aus der Leitung für den kleineren Teilstrom keine Arbeitsflüssigkeit in den Arbeitsraum des Retarders strömen kann, weil die Schließkraft der Feder das Ventil schließt. Dreht sich der Bremsrotor und erzeugt dieser einen genügend hohen Blasdruck am Austritt des Retarders, so wird das Regelventil für den kleineren Teilstrom wenigstens teilweise geöffnet und die Zirkulation einer kleinen Menge von Arbeitsflüssigkeit freigegeben. Ein zumindest teilweises Öffnen des Regelventils tritt auch dann ein, wenn im Inneren des Arbeitsraumes, also im sogenannten "Kernring", ein genügend hoher Unterdruck entwickelt wird, der ein Signal dafür darstellt, daß der Rotor imstande ist, eine weitere Teilmenge von Arbeitsflüssigkeit umzuwälzen und zu kühlen.

Die im Patentanspruch 2 angegebene Maßnahme, nämlich die Rückschlagventile hinter der Trennstelle und vor der Mündungsstelle in der größeren Teilstrom-Leitung auf unterschiedliche Öffnungsdrücke einzustellen, bewirken eine zuverlässige Zirkulation von Arbeitsflüssigkeit in der Leitung für den größeren Teilstrom erst dann, wenn der Sammelbehälter für Arbeitsflüssigkeit zum Zwecke des Bremsens mit Druck beaufschlagt ist. Die unterschiedliche Wahl der Öffnungsdrücke an den Rückschlagventilen gewährleistet die richtige Zirkulationsrichtung, so daß sich der Retarder nicht über den Retarderauslaß füllen kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung eines zweiten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Darin zeigt die Figur einen Retarder mit höher gelegenem Wärmetauscher und Sammelbehälter.

In der einzigen Figur ist ein Retarder 1 dargestellt, der mit einer nicht dargestellten Antriebsanlage, z. B. eines Nutzfahrzeuges, verbunden ist, ein Rotorschaufelrad 2 und ein Statorschaufelrad 3 aufweist, die in einem gemeinsamen Gehäuse 4 angeordnet sind und einen gemeinsamen torusförmigen Arbeitsraum 5 bilden. Im radial äußeren Bereich des Statorschaufelrades 3 befindet sich eine Austrittsöffnung 6 für eine Kühlkreislaufleitung, die sich kurz hinter dem Retarder an einer Trennstelle 8 in zwei Leitungen 10 und 11 teilt. Die beiden Leitungen 10 und 11 haben unterschiedlichen Querschnitt, wobei die Leitung 10 etwa 80% und die Leitung 11 etwa 20% des maximal umlaufenden Arbeitsmittelstromes aufnimmt. Beide Leitungen 10 und 11 münden in einen Wärmetauscher 12, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht nur in einiger Entfernung vom Retarder selbst angeordnet ist, sondern sich auch noch oberhalb des Retarders befindet. Der Wärmetauscher 12 weist zwei Kammern 13 und 14 auf, die mit den Leitungen 10 bzw. 11 verbunden sind und deren Wärmekapazität auf die jeweils angeschlossenen Leitungen und die darin fließenden Flüssigkeitsmengen ausgelegt sind. Beide Kammern 13 und 14 des Wärmetauschers 12 werden von demselben Medium umspült, in der Regel ist dies das Kühlwasser des Antriebsmotors. Die wasserdurchflossene Kammer des Wärmetauschers 12 ist mit 15 bezeichnet. Die Leitung 10 führt vom Austritt am Wärmetauscher 12 wieder zurück zum Retarder 1, passiert dabei eine Mündungsstelle 9, bei der eine Zusammenführung mit der vom Wärmetauscher 12 ebenfalls austretenden Leitung 11 erfolgt, bevor die gemeinsame Kühlmittelleitung wieder in eine Eintrittsöffnung 7 am Retarder 1 mündet.

Mit der Leitung 10, also derjenigen mit dem größeren Querschnitt, ist am Austritt aus der größeren Kammer 14 des Wärmetauschers 12 ein Sammelbehälter 16 für Arbeitsflüssigkeit dauernd verbunden. In diesen Sammelbehälter 16 mündet eine Druckluftleitung 19, die über ein Druckluftregelventil 17 und eine Verbindungsleitung 20 den Sammelbehälter 16 unter Überdruck setzen kann. Die Steuerung des Druckluftregelventils 17 erfolgt über ein Steuergerät 18, welches die Bremsbefehle z. B. des Fahrers oder weitere Signale in einen variablen Druck umsetzt.

Vor der Mündungsstelle 9 ist in der Leitung 11 mit dem kleineren Querschnitt ein als 2/2-Wegeventil ausgebildetes Regelventil 22 angeordnet. Ein Ventilkolben 23 ist darin mittels einer Feder 26 im Ruhezustand in Schließstellung. Mit der Austrittsöffnung 6 am Retarder 1 ist eine zusätzliche Steuerleitung 24 verbunden, die Flüssigkeitsdruck mit Wirkrichtung "Öffnen" auf das Regelventil 22 leiten kann. Eine weitere Steuerleitung 25 verbindet das Innere des Arbeitsraumes 5 am Statorschaufelrad 3 mit der gegenüberliegenden Seite des Ventilkolbens 23 am Regelventil 22.

Mit dem Inneren des Arbeitsraumes 5 ist über eine Entlüftungsleitung 28 ein für sich allein bekanntes Entlüftungsventil 27 verbunden, das einen Schwimmer 29 aufweist sowie eine ins Freie führende Druckentlastung 30. In dieses Entlüftungsventil 27 mündet ferner eine Entlüftungsleitung 21, die zum Druckregelventil 17 führt und in Ruhestellung dieses Druckregelventiles 17 die Verbindung zum Sammelbehälter 16 für Arbeitsflüssigkeit bildet.

In der Leitung 10 mit dem größeren Querschnitt ist knapp hinter der Trennstelle 8 ein federbelastetes Rückschlagventil 31 angeordnet; ein weiteres Rückschlagventil 32 befindet sich in derselben Leitung 10 kurz vor der Mündungsstelle 9. Beide Rückschlagventile sind so angeordnet, daß nur eine Flußrichtung von der Austrittsöffnung 6 zum Wärmetauscher 12 bzw. vom Wärmetauscher 12 zur Eintrittsöffnung 7 möglich ist.

Ein Bremsvorgang läuft wie folgt ab: Ein Bremsbefehl kommt vom Steuergerät 18, so daß Druckluft aus der Leitung 19 zum Sammelbehälter 16 gelangt. Dadurch wird die Arbeitsflüssigkeit aus dem Sammelbehälter 16 in die Leitung 10 gedrückt und von dort über die Eintrittsöffnung 7 in den Arbeitsraum 5 des Retarders 1. Das Rotorschaufelrad 2 fördert nun während des nunmehr eingeleiteten Bremsvorganges Arbeitsflüssigkeit zur Austrittsöffnung 6 und von dort in die beiden Leitungen 10 und 11 jeweils zum Wärmetauscher 12. Der Sammelbehälter 16 steht dabei während des gesamten Bremsvorganges unter Luftdruck, so daß das ganze Kreislaufsystem mit Arbeitsflüssigkeit gefüllt ist. Durch die beiden Leitungen 10 und 11 strömt dabei die gesamte umgewälzte Menge an Arbeitsflüssigkeit, die zwar in einem gemeinsamen vom Kühlwasser der Antriebsmaschine durchströmten Wärmetauscher 12, jedoch in voneinander getrennten Kammern 13 bzw. 14 gekühlt und wieder zurückgeleitet wird. Der vom Rotorschaufelrad 2 entwickelte Flüssigkeitsdruck ist dabei so hoch, daß sowohl das Rückschlagventil 31 in der größeren Leitung zum Wärmetauscher geöffnet ist als auch der Ventilkolben 23 am Regelventil 22 in der kleineren Leitung 11 in die Öffnungsstellung gedrückt ist.

Soll während eines Bremsvorganges die erforderliche Bremskraft reduziert werden, so erfolgt durch das Steuergerät 18 eine Reduktion des Luftdruckes im Sammelbehälter 16. Dadurch kann das Rotorschaufelrad 2 mittels des von ihm entwickelten Blasdruckes über die Leitung 10 einen Teil der umlaufenden Arbeitsflüssigkeit in den Behälter 16 zurückdrängen. Dabei vermag der Blasdruck das Rückschlagventil 31 in der größeren Leitung 10 offenzuhalten.

Bei abgeschlossenem Bremsvorgang, wenn also die Luftzufuhr zum Sammelbehälter 16 unterbrochen ist, wird so lange Arbeitsflüssigkeit durch die größere Leitung 10 sowie durch die Kammer 14 im Wärmetauscher 12 in den Sammelbehälter 16 gefördert, bis der Schließdruck des Rückschlagventils 31 erreicht ist. Die dabei noch im System vorhandene Flüssigkeitsmenge wird sodann ständig durch die kleinere Leitung 11, die zugehörige Kammer 13 im Wärmetauscher 12 und durch das Regelventil 22 wieder in den Retarder gefördert. Bei diesem weitgehenden Entleervorgang entsteht im Inneren des Arbeitsraumes 5 ein Teilvakuum, das über die Steuerleitung 25 auf den Ventilkolben 23 wirkt und dabei das Regelventil 22 zumindest teilweise offenhält. Dadurch entsteht in der Leitung 11 auch in den Bremspausen ein ständiger Kreislauf an Gemisch, so daß nach einem Bremsvorgang eine Nachkühlung des Retarders 1 und der Arbeitsflüssigkeit selbst stattfindet.

Die aus dem Sammelbehälter 16 verdrängte Luft wird dabei in das Entlüftungsventil 27 verdrängt, und von dort zurück in das Innere des Arbeitsraumes. Das Entlüftungsventil 27 ist ferner dazu geeignet, Flüssigkeitspartikel, die über die Leitung 21 aus dem Sammelbehälter in die Luft gelangt sind, auszuscheiden, so daß die überschüssige Luft über den Auslaß 30 entfeuchtet entweichen kann.

Wesentlich ist bei dieser Anordnung der Rückschlagventile 31 und 32, daß die Leitung 10 mit dem größeren Querschnitt in Bremspausen gefüllt bleibt, so daß bei einem Bremsvorgang aus dem Sammelbehälter 16 nur die Flüssigkeitsmenge neu eingespeist werden muß, um den Retarder selbst und die Leitung 11 wieder vollständig zu füllen. Nach Abschluß eines Bremsvorganges kann die Luft, die sich erfahrungsgemäß bei hohem Druck in der Arbeitsflüssigkeit löst, aus der in Bremspausen ja gefüllten Leitung 10 wieder in den Sammelbehälter 16 hinein entweichen, von wo aus sie über die Entlüftungsleitung 21 wieder in das Entlüftungsventil 27 gelangen kann. Ein weiterer Vorteil der auch in Bremspausen fortwährenden Umwälzung eines Flüssigkeits-Luftgemisches ist nicht nur der fortwährende Abtransport von einströmender Wärme von außen her, sondern auch eine - wie für sich allein bekannt - reduzierte Verlustleistung durch Luftventilation sowie vor allem auch deren Stabilisierung.

In der dargestellten Ausführungsform können die Leitungen 10 und 11, wenn der Wärmetauscher und der Sammelbehälter vom Retarder selbst weit entfernt liegen, mittels nachgiebiger Leitungsverbindungen 33, z. B. Schlauchverbindungen, unterbrochen sein, wenn es die Einbauverhältnisse erfordern. Mit 34 ist ein Temperaturgeber bezeichnet, der an einer oder mehreren Stellen des gesamten Systems angeordnet sein kann (wie auch weitere, nicht dargestellte Sensoren), deren Signale im Steuergerät 18 weiter verarbeitet werden können.

Claims (2)

1. Hydrodynamischer Retarder (1) mit mindestens je einem Rotor- und Statorschaufelrad (2, 3), die in einem gemeinsamen Gehäuse (4) angeordnet sind und miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum (5) bilden, der zum Ein- und Ausschalten des Retarders mit Arbeitsflüssigkeit füll- und entleerbar ist, und mit einer vom Arbeitsraum (5) zu einem Wärmetauscher (12) und von dort wieder zurück führenden äußeren Kühlkreislaufleitung sowie einem Sammelbehälter (16) für Arbeitsflüssigkeit, an den eine zur Kühlkreislaufleitung führende Füll- und Entleerleitung (10 und 11) angeschlossen ist und der zum Füllen des Arbeitsraumes (5) mit Druckluft beaufschlagbar ist, wobei der Umlauf der Arbeitsflüssigkeit durch das Rotorschaufelrad (2) bewirkt wird, gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale:

• a) die vom Retarder ausgehende äußere Kühlkreislaufleitung ist in zwei Leitungen (10 und 11) unterschiedlichen Durchflußquerschnitts unterteilt;
• b) die Aufteilung des aus dem Retarder austretenden Stromes an Arbeitsflüssigkeit in zwei Teilströme und deren Zusammenführung erfolgt nahe der Austritts- bzw. Eintrittsöffnung (6, 7) am Retarder (1);
• c) die durch die beiden Leitungen (10 und 11) fließenden Teilmengen von Arbeitsflüssigkeit werden jeweils getrennt voneinander gekühlt;
• d) in der Leitung (11) mit dem kleineren Teilstrom ist ein als Regelventil (22) ausgebildetes 2/2- Wege-Ventil, in der anderen der beiden Leitungen ist jeweils hinter der Trennstelle (8) und vor der Mündungsstelle (9) der beiden Leitungen (10 und 11) jeweils ein federbelastetes Rückschlagventil (31 und 32) angeordnet;
• e) das in der Leitung (11) für den kleineren Teilstrom vor der Mündungssteile (9) am Retarder- Eintritt (7) angeordnete Regelventil (22) ist vom Druck am Retarder-Austritt (6) in Wirkrichtung "Öffnen" beaufschlagt;
• f) der Ventilkolben (23) des Regelventils (22) ist durch eine Rückstellkraft (Feder 26) in Schließstellung und durch Unterdruck im Arbeitsraum (5) des Retarders (1) in Wirkrichtung "Öffnen" beaufschlagt.

2. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Leitung (10) für den größeren Teilstrom angeordneten Rückschlagventile (31 und 32) auf unterschiedliche Öffnungsdrücke eingestellt sind, und daß der Öffnungsdruck des Rückschlagventils (31) in Strömungsrichtung vor dem Wärmetauscher (12) höher ist als derjenige des Rückschlagventils (32) vor dem Eintritt in den Retarder.