DE4446287C2 - Hydrodynamischer Retarder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Retarder, im einzelnen mit den Merkmalen des Oberbegriffes aus Anspruch 1.

Hydrodynamische Retarder werden, insbesondere beim Einsatz in Kraftfahrzeugen oder in Anlagen mit stark wechselndem Betrieb, durch Füllen und Entleeren des beschaufelten Arbeitskreislaufes mit einem Betriebsfluid ein- oder ausgeschaltet. Dabei erzeugt der Retarder im gefüllten Zustand ein hohes Bremsmoment. Im Zustand des Nichterwünschtseins eines hohen Bremsmomentes wird der Retarder geleert. Bei völlig geleertem Retarder ist allerdings ein Restmoment vorhanden, das durch die Lagerreibung und durch die Dralländerung der Luftfüllung im Retarder bedingt ist, denn auch ein vom Betriebsfluid entleerter Retarder nimmt durch Luftventilation noch Leistung auf. Das durch das Restmoment bedingte Bremsmoment ist zwar sehr gering, kann sich jedoch bei hohen Drehzahlen als sehr störend auswirken und zu einer unzulässig hohen Erwärmung des Retarders führen.

Zur Vermeidung der Ventilationsverluste sind bereits eine Reihe von Lösungen bekannt. Dazu gehören u. a. die Verwendung von Statorbolzen sowie die Möglichkeit einer Evakuierung des Arbeitskreislaufes, wie im Entwurf der VDI-Richtlinie 2153 S. 23 ausgeführt. In dieser Richtlinie sind überblicksmäßig eine Reihe weiterer Möglichkeiten zur Reduzierung der Leerlaufverlustleistung aufgeführt. Diese Lösungen sind jedoch in ihrer Umsetzung sehr aufwendig und bedingen zum Teil aufgrund eines erhöhten Platzbedarfes sehr große Retarderabmessungen.

Die Möglichkeit der Verwendung getrennter äußerer Kühlkreisläufe, bei der beim Leerlaufbetrieb eine genaue bestimmte Ölmenge in einem separaten Kühlkreislauf eingeschlossen wird, ist sehr aufwendig in ihrer Umsetzung, da eine Reihe von zusätzlichen Bauteilen und Verbindungselementen benötigt werden. Des weiteren ist es erforderlich, eine ständig sichere Trennung zwischen den einzelnen Zirkulationswegen zu gewährleisten.

Die Verwendung von Statorbolzen zur Reduzierung der Leerlaufverlustleistung ist aus "Hydrodynamik in der Antriebstechnik", Vereinte Fachverlage, Krauskopf-Ingenieur Digest 1987, S. 270ff. bekannt. Wesentliche Nachteile bei der Verwendung von Statorbolzen sind vor allem darin zu sehen, daß diese aufgrund ihrer Anordnung im Profilgrund des Stators auch im Bremsbetrieb in den Arbeitskreislauf hineinreichen und diesen damit stören.

Demgegenüber offenbart die DE 40 28 128 A1 eine Ausführung einer hydrodynamischen Bremse, bei welcher zur Verringerung von Ventilationsverlusten veränderliche Strömungshindernisse zwischen Rotor und Stator angeordnet sind. Dabei trennen ein oder mehrere im Querschnitt beispielsweise winkelförmige Strömungshindernisse im Leerlaufbetrieb bei ölentleerter Bremse im äußeren Bereich der Torusräume über einen nach radial innen ragenden ringförmigen Schenkel diese Räume, wobei ein in axialer Richtung zylinderförmig angeordneter Schenkel an der inneren Wand einer Kammer anliegt. Im Bremsbetrieb steht der radial nach innen ragende Schenkel mit seiner vorderen Kante hinter den Torusräumen zurück. Die Betätigung in die radial äußere und radial innere Endstellung wird über eine Betätigungseinrichtung erzielt. Diese kann beispielsweise als Zylinder- Kolbeneinheit ausgeführt sein. Eine derartige Ausführung zeichnet sich jedoch durch einen erhöhten konstruktiven Aufwand aus.

Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung der Leerlaufverluste besteht darin, das Statorschaufelrad entsprechend der DE 44 20 204 A1 derart außermittig zu lagern, so daß dieses bei Entleerung unter dem Einfluß der Schwerkraft selbsttätig in eine gegenüber dem Rotorschaufelrad außermittige Lage verschwenkt, in welcher die Beschaufelungen von Rotor- und Statorschaufelrad sich nur noch zum Teil überdecken. Dazu ist es jedoch erforderlich, das gesamte Retardergehäuse für den Verschwenkvorgang des Statorschaufelrades auszulegen, was sich wiederum in einem erhöhten Platzbedarf niederschlägt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Retarder der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß die genannten Nachteile vermieden werden. Aufgrund dessen, daß der Leerlaufbetrieb etwa 95% der Gesamtlaufzeit eines Retarders beträgt, ist eine minimale Leerlaufleistung anzustreben. Diese soll mit geringsten konstruktiven und kostenmäßigen Aufwand erzielt werden.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert. Dadurch, daß das Statorschaufelrad in wenigstens zwei Statorsegmente unterteilt ist, von denen eins in seiner Lage gegenüber dem Rotorschaufelrad ortsfest ist und das andere gegenüber dem Rotorschaufelrad ausgelenkt werden kann, kommt es bei entleertem Retarder und Umwälzung der Luftmassen zwischen dem Rotor- und dem Statorschaufelrad aufgrund der nur noch vorhandenen Überdeckung zwischen dem feststehenden Statorsegment und dem Rotorschaufelrad zu einer Störung der Luftzirkulation, die sich in einer Verringerung der Luftventilationsleistung niederschlägt.

Die Erfinder haben erkannt, daß es zur Verringerung der Verlustleistung im Leerlaufbetrieb bereits ausreicht, die Luftventilation zwischen Rotorschaufelrad und Statorschaufelrad in kleinen Bereichen zu stören. Dadurch wird eine stabile Meridianströmung verhindert, was sich in einer Verringerung der Luftventilationsleistung und damit in einer Verringerung der Erwärmung des Retarders niederschlägt. Des weiteren ist für die Auslegung des Retardergehäuses zusätzlich nur der für die Auslenkung der einzelnen Statorsegmente notwendige Platzbedarf zu berücksichtigen. Für die Realisierung bzw. die Auslenkung der Segmente gibt es verschiedene Möglichkeiten. Dazu gehören:

• 1. Eine Verschiebung von Statorsegmenten in Umfangsrichtung des Statorschaufelrades oder tangential dazu (Vorschlag A).
• 2. Eine Verschiebung der Segmente in radialer Richtung bezogen auf die Statorschaufelradachse bzw. bezogen auf das Rotorschaufelrad (Vorschlag B).
• 3. Das Abschwenken von Segmenten vom Statorschaufelrad (Vorschlag C).

Der Retarder umfaßt ein mit einer Antriebswelle in Verbindung stehendes und drehbar gelagertes Rotorschaufelrad und ein Statorschaufelrad. Rotorschaufelrad und Statorschaufelrad nehmen im Bremsbetrieb eine nahezu koaxiale Lage zueinander ein. Dies ist erforderlich, um ein möglichst hohes Bremsmoment entsprechend der Befüllung des Retarders zu erzielen. Das Statorschaufelrad ist erfindungsgemäß derart aufgebaut, daß dieses sich aus mehreren Segmenten, wenigstens jedoch zwei Segmenten, zusammensetzt. Im Bremsbetrieb sind dabei die einzelnen Segmente derart zueinander anordbar, daß diese eine bauliche Einheit in Form eines im wesentlichen rotationssymmetrisch aufgebauten Statorschaufelrades mit entsprechend ausgerichteter Beschaufelung wie bei einem konventionell bekannten einteiligen Statorschaufelrad bilden. Das Statorschaufelrad setzt sich dabei aus feststehenden und auslenkbaren Segmenten zusammen. Die feststehenden Segmente sind im Nicht-Bremsbetrieb und im Bremsbetrieb gegenüber dem Rotorschaufelrad ortsfest, d. h. in ihrer Lage unveränderlich, angeordnet. Nach Auslenkung der auslenkbaren Segmentteile überdecken dann lediglich die feststehenden Segmentteile mit deren zum Rotorschaufelrad komplementären Beschaufelung die Beschaufelung des Rotorschaufelrades und entsprechend der Größe der Auslenkung noch Teile der ausgelenkten Segmente das Rotorschaufelrad. Die Überdeckung erfolgt jedoch nicht mehr flächendeckend, so daß keine Möglichkeit zur Ausbildung einer stabilen Meridianströmung zwischen Rotor- und Statorschaufelrad besteht. Diese Störungen auf geringen Bereichen des Statorschaufelrades haben bereits zur Folge, daß die Gesamtventilationsverluste um ein wesentliches gesenkt werden können, ohne daß das gesamte Statorschaufelrad in seiner Lage gegenüber dem Rotorschaufelrad verändert werden muß.

In der Regel reicht bereits die Auslenkung eines Segmentes. Vorzugsweise wird man jedoch das Statorschaufelrad möglichst symmetrisch aufbauen, so daß die Auslenkung von zwei Segmenten angestrebt wird.

Die Auslenkung der Segmente kann dabei zum einen entsprechend ihrer Auslenkungsrichtung und ihrer Lagerung durch zusätzlich von außen aufgebrachte Kräfte, welche pneumatisch, hydraulisch oder mechanisch erzeugt werden können, oder aber durch Ausnutzung der Schwerkraft und bei Befüllung durch Ausnutzung der Strömungskräfte erfolgen. Die Auslenkung kann dabei automatisch bei Entleerung und das Einlenken automatisch bei Befüllung vonstatten gehen oder aber manuell erfolgen. Vorzugsweise wird jedoch eine automatische Lösung angestrebt, wobei die Möglichkeit der Einbeziehung der Wirkung der Schwerkraft einen wesentlichen Vorteil gegenüber anderen Lösungen, welche einen hohen steuer- bzw. regelungstechnischen Aufwand erfordern, bietet.

Im Fall der Ausnutzung der Schwerkraft ist eine entsprechende Ausführung und Lagerung mit der Vorgabe und Festlegung der Verschiebungsrichtung der Statorsegmentteile erforderlich, so daß beispielsweise während des Entleervorganges das auslenkbare Statorsegment in Richtung der Gravitationskraft aufgrund der Verringerung der durch die Betriebsflüssigkeit erzeugten Strömungskräfte auf das Statorschaufelrad, die die Gewichtskraft des Statorsegmentes nicht mehr kompensieren können, ausgelenkt wird. Bei Inbetriebnahme des Retarders, d. h. bei Befüllung mit Betriebsflüssigkeit, wird dann bei Vergrößerung der auftretenden Strömungskräfte dahingehend, daß die Gewichtskraft des Statorsegmentes von den Strömungskräften kompensiert wird, das Statorsegment wieder in eine ein hohes Bremsmoment erzeugende Lage zurückgesetzt. Dazu wird mittels der Betriebsflüssigkeit eine Kraftkomponente erzeugt, die das Statorsegment entgegen der Gravitationskraft wieder in eine Lage gegenüber dem feststehenden Statorsegment versetzt, in der das feststehende Statorsegment und das auslenkbare Statorsegment zusammen eine Baueinheit in Form des Statorschaufelrades bilden und somit die Erzeugung hoher Bremsmomente aufgrund der nahezu koaxialen Lage gegenüber dem Rotorschaufelrad erlauben. Die durch die Rotorschaufelradrotation in der Betriebsflüssigkeit erzeugten Strömungskräfte werden dabei zum einen, wie bereits erwähnt, in eine Kraftkomponente, die entgegen der Gravitationskraft gerichtet ist, und zum andern in eine Komponente, die zur Erzeugung des Bremsmomentes dient, zerlegt. Ist die Größe der Strömungskräfte bzw. der Kraftkomponente, die entgegen der Gravitationskraft wirkt, geringer als die Gewichtskraft des Statorschaufelrades, bewegt sich das Statorsegment in Richtung der Gravitationskraft in die Lage zurück, die es beispielsweise aufgrund des Gleichgewichtes von Lagerkraft und Gewichtskraft einnimmt. Eine Ausnutzung der Gravitationskraft ist beispielsweise in den folgenden Fällen möglich:

• 1. Das Statorschaufelrad umfaßt wenigstens ein Segment, welches, in Einbaulage gesehen, in Richtung bzw. Wirkungsrichtung der Gravitationskraft verschiebbar ist, wobei das Segment in Einbaulage in vertikaler Richtung oder aber auch in der Axialmittelebene angeordnet sein kann.
• 2. Das Statorschaufelrad weist neben einem feststehenden Statorsegment ein auslenkbares Segment auf, welches außerhalb seines Schwerpunktes drehbar gelagert ist.

Mit der erfindungsgemäßen Ausführung eines Retarders ist es möglich, die für die Leerlaufverlustleistung verantwortliche Luftventilation erheblich zu stören und dadurch die Verlustleistung zu reduzieren, was sich, bezogen auf ein Gesamtantriebsmanagement, in einer Verringerung des Energiebedarfes widerspiegelt.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im übrigen folgendes dargestellt:

Fig. 1a und 1b zeigen eine Ausführung eines erfindungsgemäß ausgeführten Retarders, bei welcher das Statorschaufelrad in zwei feststehende und zwei in Umfangsrichtung des Statorschaufelrades, hier im besonderen tangential auslenkbare Segmente unterteilt ist;

Fig. 2a und 2b zeigen eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Retarders, bei welcher das Statorschaufelrad in zwei feststehende und zwei in radialer Richtung, bezogen auf die Lage der Statorachse, auslenkbare Segmente;

Fig. 3a und 3b zeigen eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Retarders, bei welcher das Statorschaufelrad in ein feststehendes Segment und ein auslenkbares Segment, welches um eine Achse außerhalb von dessen Schwerpunktachse drehbar gelagert ist, unterteilt.

In den Fig. 1a und 1b ist eine Ausführung eines erfindungsgemäß gestalteten Retarders dargestellt, bei welcher das Statorschaufelrad zwei in Umfangsrichtung, hier im besonderen in tangentialer Richtung, auslenkbare Segmente aufweist. Die Fig. 1a verdeutlicht die Ausführung des erfindungsgemäß ausgeführten Retarders im Bremsbetrieb. Die Fig. 1a-1 zeigt eine sehr vereinfachte Seitenansicht des erfindungsgemäß ausgeführten Retarders im Bremsbetrieb. Ein Retarder 1 umfaßt ein wenigstens mittelbar mit einer Antriebswelle 2 verbindbares und drehbar gelagertes Rotorschaufelrad 3 und ein Statorschaufelrad 4. Statorschaufelrad 4 und Rotorschaufelrad 3 sind derart ausgeführt und gelagert, daß beide im Bremsbetrieb eine zueinander koaxiale Lage einnehmen. Rotorschaufelrad 3 und Statorschaufelrad 4 bilden mit ihren zueinander weisenden beschaufelten Teilen den Arbeitsraum für eine Betriebsflüssigkeit im Bremsbetrieb.

Die Fig. 1a-2 verdeutlicht eine Darstellung entsprechend der Ansicht A-A aus Fig. 1a-1. Diese Ansicht verdeutlicht die Sicht auf den beschaufelten Teil des Statorschaufelrades. Das Statorschaufelrad 4 umfaßt zwei koaxial zum Rotorschaufelrad angeordnete feststehende Statorsegmente 5 und 6, die auch zu einer Baueinheit zusammengefaßt sein können, und zwei im Bremsbetrieb koaxial zum Rotorschaufelrad angeordnete auslenkbare Statorsegmente 7 und 8. Die Statorsegmente 7 und 8 sind in der dargestellten Ausführung in Einbaulage des Statorschaufelrades, bezogen auf die Statorachse A, über - bzw. unterhalb - dieser angeordnet. Die Verschiebung bzw. Auslenkung der Statorsegmente 7 bzw. 8 erfolgt hier in Einbaulage betrachtet in horizontaler Richtung, d. h. nahezu parallel zur Statorachse A.

Die Fig. 1b verdeutlicht den in den Fig. 1a dargestellten erfindungsgemäß ausgeführten Retarder im Leerlaufbetrieb. Die Fig. 1b-2 zeigt hier wieder entsprechend der Fig. 1a-2 eine Ansicht auf den beschaufelten Teil des Statorschaufelrades 4. Die Figur verdeutlicht, daß die beiden Statorsegmente 5 und 6 in ihrer Lage unverändert gegenüber der Statorachse A verblieben sind, während die beiden auslenkbaren Segmente 7 bzw. 8 eine Verschiebung in horizontaler Richtung, bezogen auf die Einbaulage des Retarders, erfahren haben. Die Verschiebung wird im dargestellten Fall mittels Federkraft realisiert. Dazu sind die beiden auslenkbaren Segmente 7 und 8 mit Federkraft beaufschlagt; hier durch jeweils eine Feder 9 bzw. 10. Die Fig. 1b-1 verdeutlicht lediglich eine Schnittansicht B-B auf einen erfindungsgemäß ausgeführten Retarder im Nicht-Bremsbetrieb in sehr vereinfachter und schematischer Darstellung.

Während des Nicht-Bremsbetriebes, d. h. bei Entleerung des Retarders von der Betriebsflüssigkeit, wird die noch erfolgende Luftventilation zwischen dem Rotorschaufelrad 3 und dem Statorschaufelrad 4 behindert. Im Nicht- Bremsbetrieb wird durch die Auslenkung der Segmente 7 bzw. 8 nur noch ein geringer Teil an Luftmassen zwischen dem Rotorschaufelrad 3 und den, dem Rotorschaufelrad in der Beschaufelung noch komplementär zugeordneten, Segmenten 5 und 6 des Statorschaufelrades bewegt. Das Statorschaufelrad 4 überdeckt somit im Leerlaufbetrieb nur einen Teil der Beschaufelung des Rotorschaufelrades 3, und zwar mit seinen Segmenten 5 und 6, sowie auch einen Teil entsprechend der Auslenkung der Segmente 7 und 8. Die ausgelenkten Segmente 7 bzw. 8 bewirken eine Behinderung der Ausbildung einer stabilen Meridianströmung und damit proportional dazu eine starke Reduzierung der Leerlaufverlustleistung.

Die Beaufschlagung der Segmente 7 bzw. 8 mit einer Kraft zu deren Verschiebung kann dabei auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. So ist es beispielsweise möglich, daß manuell bei Befüllung bzw. Entleerung die gewünschten Kräfte zur Verschiebung an den Segmenten 7 oder 8 wirksam werden. Das Aufbringen der Kräfte kann dabei pneumatisch oder hydraulisch erfolgen. Das Segment kann somit vor bzw. bei der Entleerung oder aber auch erst unmittelbar nach der Entleerung aus seiner ein hohes Bremsmoment erzeugenden Lage in die ausgelenkte Lage geschoben werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, beispielsweise die Segmente derart mit Federkraft zu beaufschlagen (beispielsweise wie in der Fig. 1b-2 anhand der Federelemente 9 bzw. 10), daß bei Befüllung des Retarders, d. h. bei Inbetriebnahme, mittels der Betriebsflüssigkeit eine Kraftkomponente erzeugt wird, die die ausgelenkten Segmente entgegen der durch die Federn aufgebrachten Kräfte in eine ein hohes Bremsmoment erzeugende Lage, d. h. in die koaxiale Lage zum Rotorschaufelrad überführen. Die durch die Rotorschaufelradrotation in der Betriebsflüssigkeit erzeugten Strömungskräfte werden dann zum einen in eine Kraftkomponente zerlegt, die entgegen der von den Federn 9 bzw. 10 aufgebrachten Kräfte gerichtet ist, und zum andern in eine Komponente, die zur Erzeugung des Bremsmomentes dient. Die den Federkräften entgegengerichtete Kraftkomponente der Strömungskraft bewirkt dabei eine Verschiebung der Segmente 7 bzw. 8 in die für ein hohes Bremsmoment erforderliche Lage. Vorzugsweise sind in dieser Lage die Segmente derart zueinander angeordnet, daß die Ansicht auf die Beschaufelung des Statorschaufelrades einem konventionell gestalteten Statorschaufelrad entspricht. In dieser Lage kann sich dann auch eine stabile Meridianströmung zwischen Rotor- und Statorschaufelrad ausbilden, welche durch keinerlei Unsymmetrien im Aufbau des Statorschaufelrades gestört wird.

Die in den Fig. 1a und 1b dargestellte Ausführung eines erfindungsgemäßen Retarders kann beispielsweise auch derart gestaltet sein, daß die Segmente 7 bzw. 8, in Einbaulage des Retarders betrachtet, in vertikaler, d. h. in oder entgegen der Wirkungsrichtung der Gravitationskraft verschieb- bzw. auslenkbar sind. In diesem Fall ist bei einer automatischen Aus- bzw. Einlenkung der Statorsegmente 7 bzw. 8 die Größe der Gravitationskraft zu berücksichtigen. Eine wesentliche Voraussetzung zur Erzeugung des Bremsmomentes ist dann, daß die Strömungskräfte die Gewichtskraft der einzelnen Statorsegmente 7 bzw. 8 zu kompensieren haben. Beim Entleeren des Retarders nehmen die Strömungskräfte ab. Überwiegt die Gewichtskraft der Statorsegmente 7 bzw. 8 gegenüber der Strömungskraft erfolgt eine automatische und selbsttätige Auslenkung der Statorsegmente 7 bzw. 8 in Richtung der Gravitationskraft.

Die in der Fig. 1a und 1b dargestellte Ausführung sowie die zusätzlich beschriebene, hier jedoch nicht dargestellte Variante sind nur zwei, jedoch bevorzugte, Ausführungen eines Statorschaufelrades, bei welchem der Stator zwei Segmente aufweist, die im wesentlichen in Umfangsrichtung des Statorschaufelrades auslenkbar sind. Weitere Möglichkeiten sind denkbar.

Die Fig. 2 verdeutlicht eine Ausführung eines erfindungsgemäß gestalteten Retarders, bei welchem das Statorschaufelrad auslenkbare Segmente, welche in radialer Richtung auslenkbar sind, aufweist. Auch hier verdeutlichen die Fig. 2a den Bremsbetrieb und die Fig. 2b den Nicht-Bremsbetrieb. Der Grundaufbau entspricht im wesentlichen dem in Fig. 1 beschriebenen, weshalb für gleiche Elemente die gleichen Bezugszahlen verwendet werden. Die Fig. 2a-1 zeigt dabei eine Seitenansicht des Retarders in sehr vereinfachter und schematischer Art und Weise im Bremsbetrieb. Der Retarder 1 umfaßt auch hier ein mit einer Antriebswelle 2 wenigstens mittelbar verbindbares und drehbar gelagertes Rotorschaufelrad 3 und ein Statorschaufelrad 4. Im Bremsbetrieb, d. h. bei Befüllung mit Betriebsflüssigkeit, nehmen Statorschaufelrad 4 und Rotorschaufelrad 3 eine nahezu koaxiale Lage zueinander ein, um ein möglichst hohes Bremsmoment zu erzeugen. Die Beschaufelung des Statorschaufelrades 4 überdeckt in diesem Fall die Beschaufelung des Rotorschaufelrades 3. In der Fig. 2a-2 ist eine Ansicht B-B entsprechend der Fig. 2a-1 dargestellt, d. h. eine Ansicht auf die Beschaufelung des Statorschaufelrades 4. Das Statorschaufelrad 4 ist auch hier symmetrisch aufgebaut. Es umfaßt zwei feststehende in ihrer Lage gegenüber dem Rotorschaufelrad nicht veränderbare Statorsegmente 5 und 6, sowie zwei in ihrer Lage gegenüber dem Rotorschaufelrad 3 veränderbare Statorsegmente 11 und 12. Die Statorsegmente 5 und 6 sind gegenüber der Statorachse A, welche mit der Symmetrieachse des Rotorschaufelrades S1 zusammenfällt, ortsfest gelagert. Die Statorsegmente 11 bzw. 12 sind gegenüber der Statorachse A in radialer Richtung auslenkbar. Zu diesem Zweck sind die Statorelemente 11 bzw. 12 derart ausgeführt, daß diese in einer Gleitführung 13 bzw. 14 in radialer Richtung, d. h. in diesem Fall in vertikaler Richtung, bezogen auf die Einbaulage verschiebbar sind. Im Bremsbetrieb werden jedoch die Statorsegmente 11 bzw. 12 gegenüber den feststehenden Statorsegmenten 5 bzw. 6 derart angeordnet, daß diese die feststehenden Statorsegmente 5 bzw. 6 zu einem kompletten Statorschaufelrad derart ergänzen, daß die Erzielung eines hohen Bremsmomentes möglich ist.

Die Fig. 2b verdeutlichen die Ausführung entsprechend den Fig. 2a im Nicht-Bremsbetrieb. In diesem Fall erfolgt die Verschiebung der Segmente 11 bzw. 12 in vertikaler Richtung. Dazu ist es erforderlich, daß zumindest in vertikaler Richtung auf das Segment 12 Kräfte aufgebracht werden müssen. Dies kann beispielsweise durch ein Federelement 15 erfolgen. Das heißt, bei Entleerung des Retarders verringern sich die Strömungskräfte, so daß die Vorspannkraft des Federelementes 15 überwiegt.

Die Auslenkung des Segmentes 11 kann beispielsweise allein aufgrund der Schwerkraft des Segmentes 11 in Richtung der Gravitationskraft erfolgen. Die Segmente 11 bzw. 12 sind derart ausgeführt und beispielsweise jeweils mit einem Führungsteil 16 bzw. 17 versehen, welche in den Führungsbahnen 13 bzw. 14 geführt werden. Die Verschiebung des Segmentes 11 kann aber auch beispielsweise mittels Federkraft, wie hier dargestellt, mittels einer Feder 18, realisiert werden.

Die Fig. 2b-1 verdeutlicht eine Schnittansicht B-B entsprechend Fig. 2b-2, jedoch im Leerlaufbetrieb. Diese Figur dient wiederum lediglich der Verdeutlichung einer Störung des Kreislaufes zwischen Rotor- und Statorschaufelrad.

Auch hier überdeckt nur ein Teil der Beschaufelung des Statorschaufelrades die Beschaufelung des Rotorschaufelrades. In diesem Fall ist es die Beschaufelung der Statorsegmentteile 6 und 5 sowie je nach erfolgter Auslenkung der Segmente 11 bzw. 12 deren Teil, welcher trotz Verschiebung noch die Beschaufelung des Rotorschaufelrades überdeckt.

Im allgemeinen kann auch hier die Verschiebung der Statorsegmente 11 bzw. 12 durch äußere Kräfte erfolgen. Diese können beispielsweise hydraulisch oder pneumatisch aufgebracht oder aber durch Federkraft erzeugt werden. Eine andere Möglichkeit besteht auch darin, bei vorgesehener Auslenkung in Einbaulage des Retarders in vertikaler Richtung die Wirkung der Gravitationskraft zu nutzen.

In diesem Fall erfolgt die Lagerung und die Realisierung der Verschiebemöglichkeit der Statorsegmente 11 bzw. 12 derart, daß die Verschiebung entgegen der Gravitationskraft mit Unterstützung durch Kräfte von außen erfolgt, während bei Verschiebung in Richtung der Gravitationskraft alleine die Gewichtskraft der Statorsegmente wirksam wird.

Die Ausführung entsprechend den Fig. 2a und 2b ist ebenfalls nur eine bevorzugte für eine Verschiebung der Statorsegmente in radialer Richtung, bezogen auf die ansonsten im Bremsbetrieb koaxiale Lage des Statorschaufelrades bzw. aller Teile des Statorschaufelrades gegenüber dem Rotorschaufelrad 3. Denkbar ist auch hier eine Verschiebung der Segmente 11 bzw. 12 in Einbaulage in radialer, jedoch in Einbaulage betrachtet horizontaler Richtung. Die Ausführung bzw. der Einbau des Statorschaufelrades erfolgt je nach Einsatzerfordernis.

In den Fig. 3a und 3b ist eine weitere Ausführung eines erfindungsgemäßen Retarders dargestellt, bei welchem das Statorschaufelrad in ein feststehendes und ein um eine feste Drehachse schwenkbares Segment unterteilt ist. Auch hier verdeutlicht die Fig. 3a-1 einen erfindungsgemäßen Retarder 1, welcher ein mit einer Antriebswelle 2 verbindbares und drehbar gelagertes Rotorschaufelrad 3 und ein Statorschaufelrad 4 umfaßt. Rotorschaufelrad 3 und Statorschaufelrad nehmen im Bremsbetrieb entsprechend der Fig. 3a-1 eine zueinander koaxiale Lage ein, d. h. die Beschaufelung des Statorschaufelrades überdeckt die Beschaufelung des Rotorschaufelrades 3. Die Fig. 3a-2 verdeutlicht wiederum eine Ansicht auf die Beschaufelung des Statorschaufelrades. Dieses umfaßt ein feststehendes Segment 5 und ein auslenkbares Segment 19. Das Statorschaufelrad 4 ist dazu im wesentlichen in zwei Teile unterteilt. Das feststehende Segment 5 und das auslenkbare Statorsegment 19 ergänzen sich im Bremsbetrieb derart, daß diese im Bremsbetrieb ein, in der Beschaufelurig eine Einheit bildendes Statorschaufelrad bilden. Dies bedeutet, daß im Bremsbetrieb beide Segmentteile derart zueinander angeordnet sind daß diese das Aussehen eines konventionellen Statorschaufelrades wiedergeben. Das bedeutet, daß das Statorschaufelrad 4 im Bremsbetrieb einen rotationssymmetrischen Aufbau aufweist. Im Bremsbetrieb wird die Betriebsflüssigkeit im Arbeitsraum, welcher von Rotorschaufelrad 3 und von Statorschaufelrad gebildet wird, in diesem umgewälzt, und aufgrund des feststehenden Statorschaufelrades wird der Antrieb, welcher mit dem Rotorschaufelrad 3 gekoppelt ist, abgebremst. Bei Entleerung des Retarders 1 von der Betriebsflüssigkeit erfolgt dann nur noch ein Umwälzen von Luft zwischen dem Rotor- und dem Statorschaufelrad. Zur Reduzierung der Ventilationsverluste wird auch hier der Kreislauf bei entleertem Retarder gestört, indem das Statorsegment 19 ausgelenkt wird. Das Statorsegment 19 ist dazu um einen außerhalb seines Schwerpunktes SP1 angeordneten Lagerpunkt D drehbar gelagert. Die Auslenkung des Statorsegmentes 19 kann auch hier im Nicht-Bremsbetrieb, d. h. bei Entleerung des Retarders, durch die Schwerkraft des Statorsegmentes 19 erfolgen oder aber mit Unterstützung durch zusätzliche Kräfte von außen. Das Wiedereinrücken in eine ein hohes Bremsmoment erzeugende Lage kann dann ebenfalls automatisch aufgrund der sich mit der Befüllung vergrößernden Strömungskräfte der im Retarder umgewälzten Flüssigkeit oder aber durch zusätzliche von außen aufgebrachte Kräfte, beispielsweise hydraulisch oder pneumatisch, erfolgen. Auch hier überdeckt im Nicht-Bremsbetrieb nur der feststehende Segmentteil 5 mit seiner Beschaufelung das Rotorschaufelrad 3. Das auslenkbare Statorsegment 19 überdeckt nur noch entsprechend der Größe seiner Auslenkung das Rotorschaufelrad 3, wobei jedoch aufgrund der Auslenkung des Statorsegmentes 19 die Überdeckung der Beschaufelung zwischen dem noch überdeckenden Bereich von Statorsegment 19 und Rotorschaufelrad nicht komplementär ist. Dies hat eine Störung der Luftströmung zwischen Rotorschaufelrad 3 und Statorschaufelrad 4 zur Folge, was sich in einer Verringerung der Leerlaufverlustleistung niederschlägt.

Die drehbare Lagerung D des Statorsegmentes 19 wird dabei vorzugsweise im Bereich des Außenumfanges des Statorsegmentes bzw. außerhalb dessen angeordnet, um eine möglichst große Auslenkung des Statorsegmentes 19 gegenüber dem Rotorschaufelrad 3 zu ermöglichen.

Die Fig. 3b-1 verdeutlicht wiederum eine Seitenansicht auf den Retarder mit ausgelenktem Statorsegment. Hier wird noch einmal verdeutlicht, daß im Leerlaufbetrieb, d. h. bei entleertem Retarder, die Luftzirkulation zwischen Stator- und Rotorschaufelrad durch die Auslenkung eines Statorsegmentes erheblich gestört wird.

Die Unterteilung in die Statorsegmente und deren Formen erfolgt entsprechend den Einsatzbedingungen für den konkreten Einsatzfall.

Claims (13)

1. Hydrodynamischer Retarder

• 1.1 mit einem wenigstens mittelbar mit einer Antriebswelle koppelbaren Rotorschaufelrad;
• 1.2 mit einem Statorschaufelrad; gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
• 1.3 das Statorschaufelrad (4) umfaßt wenigstens zwei Segmente (5, 6, 7, 8) - ein erstes Statorsegment (5, 6) und ein zweites Statorsegment (7, 8; 11, 12; 19);
• 1.4 das erste Statorsegment (5, 6) ist in seiner Lage gegenüber der Rotorschaufelradachse ortsfest;
• 1.5 das zweite Statorsegment (7, 8; 11, 12; 19) ist derart ausgeführt und gelagert, daß es gegenüber der Statorschaufelradachse (A aus einer mit dem ersten Statorsegment (5, 6) das Statorschaufelrad (4) bildenden Lage auslenkbar ist.

2. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Statorsegment (7, 8) in Umfangsrichtung des Statorschaufelrades (4) auslenkbar ist.

3. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Statorsegment (11, 12) in radialer Richtung bezogen auf die Statorschaufelradachse (A) auslenkbar ist.

4. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Statorsegment (7, 8) in tangentialer Richtung bezogen auf das Statorschaufelrad (4) auslenkbar ist.

5. Hydrodynamischer Retarder nach 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Statorsegment (7, 8; 11, 12; 19) derart gelagert ist, daß es beim Entleeren des Retarders (1) selbsttätig aus der mit dem ersten Statorsegment (5, 6) das Statorschaufelrad (4) bildenden Lage ausgeschwenkt wird.

6. Hydrodynamischer Retarder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite (7, 8; 11, 12; 19) Statorsegment derart gelagert ist, daß es bei Füllung des Retarders selbsttätig in eine mit dem ersten Statorsegment (5, 6) das Statorschaufelrad (4) bildende Lage geschwenkt wird.

7. Hydrodynamischer Retarder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• 7.1 dem zweiten Statorsegment (7, 8; 11, 12) ist wenigstens ein Kraftelement zugeordnet ist;
• 7.2 das Kraftelement bringt Kräfte zur Auslenkung auf das zweite Statorsegment auf.

8. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftelement eine Feder (9, 10; 15, 18) ist.

9. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftelement ein hydraulisch oder pneumatisch betriebener Kolben ist.

10. Hydrodynamischer Retarder nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Statorsegment (7, 8; 11, 12) in einer Gleitführung (13, 14) führend gelagert ist.

11. Hydrodynamischer Retarder nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• 11.1 das zweite Statorsegment (19) ist auf einer Achse drehbar (D) gelagert;
• 11.2 die Achse ist exzentrisch zur im Bremsbetrieb gedachten Statorschaufelradachse angeordnet.

12. Hydrodynamischer Retarder nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Statorschaufelrad hinsichtlich der Anzahl und Anordnung der einzelnen Statorschaufelradsegmente symmetrisch aufgebaut ist.

13. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Statorschaufelrad zwei zweite Statorsegmente umfaßt.