DE4311356A1 - Hydrodynamic vehicle retarder with low residual drag - has profiled scoop-wheel rotor and stator with additional peripheral stator ports to augment fluid venting when disengaged - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Retarder gemäß dem Oberbegriff aus Anspruch 1.

Derartige Retarder werden, insbesondere beim Einsatz in Kraftfahrzeugen oder in Anlagen mit stark wechselndem Betrieb, durch Füllen und Entleeren ein- oder ausgeschaltet. Bei völlig geleertem Retarder ist allerdings ein geringes Restmoment vorhanden, das durch Lagerreibung und durch die sogenannten Ventilationsverluste, denn bei geleertem Retarder befindet sich Luft im Kreislauf, bedingt ist. Das durch das Restmoment bedingte Bremsmoment ist zwar sehr gering, kann sich jedoch bei hohen Drehzahlen störend auswirken und zu unzulässig hoher Erwärmung des Retarders führen.

Zur Vermeidung der Ventilationsverluste sind bereits eine Reihe von Lösungen bekannt, wie z. B.

• 1) Blendenschieber,
• 2) Statorbolzen,
• 3) Tangential-Blenden,
• 4) Kreislauf-Evakuierung.

Diese Lösungen sind jedoch sehr aufwendig in ihrer Umsetzung, bedingen einen erhöhten Platzbedarf und damit größere Retarderabmessungen. Beim Einsatz von Blendenschiebern erhöht sich der steuerungstechnische Aufwand und bei den ständig in den Arbeitsraum hineinreichenden Statorbolzen wird im Bremsbetrieb der Arbeitskreislauf gestört. Alle Lösungen erfordern einen erhöhten fertigungstechnischen Aufwand und führen zu einer Intensivierung der Kosten.

Aus der DE-PS 37 22 477 ist ein hydrodynamischer Retarder bekannt, bei dem das Füllen und Entleeren des Arbeitsraumes mit Arbeitsflüssigkeit über schlitzförmige Öffnungen an wenigstens einem der beiden Schaufelräder, jedoch vorzugsweise am Rotorschaufelrad, erfolgt. Die schlitzförmigen Öffnungen am jeweiligem Schaufelrad zum Füllen des Arbeitskreislaufes sind dabei im radial inneren Bereich und die schlitzförmigen Öffnungen zum Entleeren am radial äußeren Bereich des betreffenden Schaufelrades angeordnet. Sie erstrecken sich vorzugsweise jeweils in einem Winkel von 30° bis 60° von der Trennebene zwischen Rotor- und Statorschaufelrad. Die Schaufeln sind dadurch frei von strömungsbeeinflussenden Verdickungen durch eventuelle Füll- und Entleerkanäle, was zu einer Verringerung des Gesamtgewichtes und des Fertigungsaufwandes beiträgt.

Die Anzahl der Füllschlitze richtet sich nach der gewünschten Zeit zum Füllen des Retarders und die Anzahl der Entleerschlitze nach der gewünschten Bremsleistung, d. h. nach dem für die Abfuhr der entwickelten Bremswärme erforderlichen Flüssigkeitsdurchsatz. Bei Anordnung der Füll- und Entleerschlitze am Rotorschaufelrad wird das Statorschaufelrad beim Entleeren vollständig von Arbeitsflüssigkeit bzw. einem Massestrom, der sich aus der Arbeitsflüssigkeit und Luft zusammensetzt, durchströmt. Daraus resultiert ein während des Entleerens noch wirkendes Bremsmoment. Bei Anordnung von schlitzförmigen Öffnungen im Statorschaufelrad kann dieses beim Entleeren noch wirksame Bremsmoment reduziert werden. Aufgrund der Anordnung von schlitzförmigen Öffnungen im Winkel von 30° bis 60° zur Trennebene im Statorschaufelrad wird der Entleervorgang nur geringfügig beschleunigt und es verbleibt beim Entleervorgang ein geringfügig kleiner als Bremsmoment wirkendes Restmoment gegenüber dem Bremsmoment, das sich bei einem Statorschaufelrad frei von schlitzförmigen Öffnungen ergeben würde. Die Ursache dafür liegt im Massenstrom, der sich beim Entleervorgang aus Arbeitsflüssigkeit und Luft zusammensetzt und hier einen wenn auch nur geringen Teil des Stators durchströmt.

Auch das als Bremsmoment wirksame Restmoment eines weitgehend von Arbeitsflüssigkeit entleerten Retarders kann durch eine wie in DE-PS 37 22 477 beschriebene Anordnung von schlitzförmigen Öffnungen am Stator nur bedingt reduziert werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine schnelle vollständige Entleerung und möglichst geringe Verlustmomente im Zustand ausgeschaltenen Retarders zu erreichen. Weiterhin soll eine übermäßige Erwärmung des Retarders im Zustand Retarder-Aus vermieden und eine fertigungstechnisch einfache und wenig strömungsstörende Gestaltung der Schaufelräder ähnlich der Ausführung in DE-PS 37 22 477 erreicht werden.

Die Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruches 1 gelöst, das zum Entleeren des Arbeitsraumes wenigstens an einem der beiden Schaufelräder im Bereich von deren Außenumfang randoffene Aussparungen vorsieht. Durch die vorzugsweise Anordnung von schlitzförmigen, in Richtung des Rotors randoffenen Öffnungen am Statoraußendurchmesser wird an der Eintrittsstelle der Arbeitsflüssigkeit in den Stator, an der auch die früheste Energieumwandlung stattfindet, ein früher und nahezu restloser Abbau des zur Kühlung notwendigen, relativ geringen Massenstromes, der sich aus Arbeitsflüssigkeit oder Luft und Arbeitsflüssigkeit zusammensetzt, erreicht. Der Abbau des Massenstromes erfolgt dabei über die schlitzförmigen randoffenen Öffnungen bereits im Bereich der Eintrittstelle des Massenstromes in den Stator.

Beim Entleervorgang kann das als Bremsmoment wirkende Restmoment schneller reduziert werden, da der Massenstrom bereits an der Eintrittsstelle in das Statorschaufelrad über die randoffenen Öffnungen abgeführt wird. Um das hier auftretende Bremsmoment jedoch möglichst gering zu halten, ist es notwendig, möglichst wenige Massenanteile an Arbeitsflüssigkeit im Kreislauf bzw. in den einzelnen Schaufelkammern zu behalten. Deshalb werden vorzugsweise in jeder Statorschaufelkammer am Statoraußendurchmesser in Richtung des Rotorschaufelrades im Bereich der Trennebene zwischen Stator- und Rotorschaufelrad randoffene schlitzförmige Öffnungen vorgesehen.

Bei vollständig entleertem Retarder wird das durch Rotorrotation am Stator erzeugte Ventilationsverlustmoment durch die schlitzförmigen randoffenen Öffnungen reduziert und eine Erwärmung des Retarders vermieden, da hier die durch Rotorrotation bewegten Luftströme ebenfalls an der Eintrittstelle in den Stator über die schlitzförmigen randoffenen Öffnungen abgeführt bzw. zu einem Teil abgeführt werden.

Die schlitzförmigen randoffenen Öffnungen am Statorschaufelrad werden vorzugsweise so angeordnet, daß sie in Richtung der Schaufeln des Statorschaufelrades liegen. Um ihrer Funktion voll gerecht zu werden, werden sie auf der druckbeaufschlagten Seite der Beschaufelung angebracht. Zur Realisierung einer schnellen vollständigen Entleerung mit geringsten Verlustmoment ist vorzugsweise in jeder Schaufelkammer des Statorschaufelrades eine schlitzförmige Öffnung vorgesehen.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht damit eine äußerst störungsfreie, kostensparende und gewichtsarme Ausführung eines Retarders.

Es besteht auch die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Anordnung der Statorschlitze mit der bereits bekannten Anordnung der Rotorschlitze zu kombinieren. Dabei können bei entsprechender Kombination der Möglichkeiten gleichzeitig die Verlustleistungsanteile gesenkt und die Bremsleistung erhöht werden.

Die erfindungsgemäße Lösung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Retarder;

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch ein Statorschaufelrad;

Fig. 3 einen Teilausschnitt einer Abwicklung der Ansicht von oben des in Abb. 2 schematisch dargestellten Statorschaufelrades.

Die Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen Retarder, bei dem die bekannte Anordnung der Rotorschlitze mit der Anordnung der randoffenen Statorschlitze kombiniert wird. Einem auf einer Retarderwelle 1 befestigten Rotorschaufelrad 2 liegt ein Statorschaufelrad 3, das in einem Retardergehäuse 4 drehfest angeordnet ist, gegenüber.

Die Arbeitsflüssigkeit wird dem Retarder durch einen Zulaufkanal 5 über eine nicht dargestellte Steuereinrichtung zunächst in einen ringförmigen Verteilerraum 6 zugeführt und einen Austrittskanal 7 wieder abgeführt. Am Rotorschaufelrad befinden sich im radial inneren Bereich nahe dem Verteilerraum 6 Füllschlitze 8 sowie am radial äußeren Bereich Entleerschlitze 9. Zwischen dem Rotor - und Statorschaufelrad befindet sich ein torusförmiger Arbeitsraum 10, der über die Füll- und Entleerschlitze 8 und 9 gefüllt und entleert wird.

Zusätzlich weist hier das Statorschaufelrad 3 im Bereich seines Außendurchmessers schlitzförmige Öffnungen 11 auf, die der Richtung der Schaufeln folgen, auf der Druckseite des Statorschaufelrades 3, d. h. auf der Druckseite der Schaufeln 14, dort wo die Strömung aufprallt, liegen und in Richtung des Rotorschaufelrades 2 im Bereich der Trennebene I zwischen Rotor- und Statorschaufelrad randoffen sind. Die Schlitze 11 sind bezogen auf den Torus tangential angeordnet.

Unter einem anderen Aspekt besteht auch die Möglichkeit, den Schlitzen 11 und den Entleerschlitzen 9 am Rotorschaufelrad einen gemeinsamen Austrittskanal zuzuordnen.

Die Fig. 2 zeigt ein Statorschaufelrad 3 schematisch im Längsschnitt. Am Statoraußendurchmesser 12 sind schlitzförmige Öffnungen 11, die in Richtung des Rotors bzw. an dem dem Rotor zugewandten Rand 13 offen sind, vorgesehen.

Fig. 3 verdeutlicht einen Teilausschnitt einer Abwicklung des in Fig. 2 schematisch dargestellten Statorschaufelrades in der Ansicht von oben. In jeder zwischen den einzelnen Schaufeln 14 vorhandenen Schaufelkammer 15 ist eine schlitzförmige, an dem zum Rotor weisenden Rand 13 offene schlitzförmige Öffnung 11 vorgesehen. Diese Öffnungen erstrecken sich vorzugsweise tangential in Richtung der Schaufeln 14. Ihre Breite s₂ beträgt vorzugsweise das 0.5 bis 3-fache der Schaufeldicke s₁. Zusätzlich weist dieses Statorschaufelrad im Bereich seines Innendurchmessers konventionelle Bohrungen 16 zum Entleeren auf.

Unter einem anderen Aspekt der Erfindung wird der Einsatz von Vakuum, das in Nutzfahrzeugen ohnehin vorliegt, im Zustand ausgeschalteten Retarders in Betracht gezogen. Das durch das Restmoment bedingte Bremsmoment kann gegenüber dem, das mit einem mit Luft gefüllten Retarder erreicht wird, weiter reduziert werden.

Claims (8)

1. Hydrodynamischer Retarder mit den folgenden Merkmalen:

• 1.1 mit einem mit der zu bremsenden Welle (1) verbundenen Rotorschaufelrad (2) und einem drehfesten Statorschaufelrad (3);
• 1.2 Rotor (2) - und Statorschaufelrad (3) bilden miteinander wenigstens einen torusförmigen Arbeitsraum (10);
• 1.3 das Statorschaufelrad (3) weist Schaufelkammern (15) auf;
• 1.4 es ist eine Einrichtung zum Füllen (5, 6) und Entleeren (7) des Arbeitsraumes mit Arbeitsflüssigkeit vorgesehen;
• 1.5 es sind Schlitze (9) zwischen einigen Schaufeln (14) von Rotorschaufelrad (2) und Statorschaufelrad (3) vorgesehen;

gekennzeichnet durch das folgende Merkmal:

• 1.6 zum Entleeren des Arbeitsraumes (10) sind wenigstens an einem der Schaufelräder (2, 3) im Bereich von deren Außenumfang randoffene Aussparungen vorgesehen.

2. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Entleeren des Arbeitsraumes (10) am Statorschaufelrad (3) am Statoraußendurchmesser (12) in Richtung des Rotorschaufelrades (2) randoffene Aussparungen vorgesehen sind.

3. Hydrodynamischer Retarder nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die randoffenen Aussparungen in jeder Schaufelkammer (15) des Statorschaufelrades (3) vorgesehen sind.

4. Hydrodynamischer Retarder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen auf der druckbeaufschlagten Seite der Schaufeln (14) liegen.

5. Hydrodynamischer Retarder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen Schlitze (11) sind.

6. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (11) parallel zur Schaufel (14) verlaufen.

7. Hydrodynamischer Retarder nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (s₂) der Schlitze (11) das 0.5 bis 3-fache der Breite (s₁) der Schaufeln (14) beträgt.