JP4716571B2 - 圧力インパルス発生手段を有する流体式リターダ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１のおいて書き部分に記載の流体式リターダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
流体式リターダは、例えばドイツ技術者連盟（VDI）発行の「機械設計技術IIハンドブック・ドイツ技術者連盟ガイドラインVDI 2153」における流体式動力伝達の概念・構成形態・作動方法−第７章「制動装置」、またはDubbel編「機械設計のためのポケットブック」第１８版のR49からR53ページなどから周知である。これらの文献に記載された内容は包括的に本願に取り込まれる。このようなリターダは特に自動車や駆動の変化の激しい装置に用いられる場合、ブレードを備えた作動循環装置に作動液を充填したり、装置を空にしたりすることによって作動状態または非作動状態とされる。リターダには、例えば残留オイルの循環及び／または空気の循環などの理由により、非作動状態でも残留モーメントが残っている。このような残留モーメントによって生じる制動モーメントは非常にわずかではあるが、回転数が増大すると非常に不利な作動を及ぼすこともあり、リターダが許容できないほど加熱される結果にもなりかねない。循環装置の消耗を防ぐ目的で、すでに色々な解決法が知られている。中でもステータピンの使用及び循環装置の完全な排出などの方法が挙げられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ステータピンを使用することの主な不利点は、ステータピンをステータの断面基部に設けるために、制動運転時にも作動循環装置に入り込んで、循環装置の作動の障害となることである。
【０００４】
非制動時の損失を減少させるためのさらなる方法として、ロータのバケットホイールに対してステータのバケットホイールを回動させる方式がある。
【０００５】
ロータのバケットホイールに対してステータのバケットホイールの位置を変化させる方法はすでに以下の文献から公知となっている。
１ ドイツ国特許第３１１３４０８号公報
２ ドイツ国特許第４０１０９７０号公開公報
３ ドイツ国特許第４４２０２０４号公開公報
４ ドイツ国特許第１５２５３９６号公開公報
５ ドイツ国特許公開公報第１６００１４８号公開公報
６ 国際特許出願第９８／３５１７０号公開公報
７ 国際特許出願第９８／３５１７１号公開公報
【０００６】
ドイツ国特許第３１１３４０８号公報には、例えば風力エネルギーを熱に変換するための風力装置などの固定された装置に用いるためにリターダのステータのバケットホイールを調整する点が開示されている。この調整は手動または相応の補助手段によって行われる。ステータのバケットホイールを回動位置に固定するのはネジなどの機械的な補助手段によって行われる。
【０００７】
ドイツ国特許第４０１０９７０号公開公報に記載のリターダは、前記の文献と同様に、移動可能なステータバケットホイールを有しているが、この文献では移動は制動モーメントに伴う反作用力によって行われ、この反作用力は制動モーメントに比例する。
【０００８】
ドイツ国特許第４４２０２０４号公開公報からは自動的に回動するステータを備えたリターダが周知となっている。この装置は偏心軸受けされているため、非制動時にロータバケットホイールとステータバケットホイールとの間で空気の質量が動かないか、動いてもわずかな部分であるような位置に自動的な位置決めが行われる。
【０００９】
ドイツ国特許第１５２５３９６号公開公報及びドイツ国特許第１６００１４８号公開公報によれば、非制動時の損失を減少させるさらなる方法は、連結機構を用いて非制動時にロータを制動軸から解除し、制動運転時には制動軸に連結することにより、非制動時の出力をできるだけ小さく保つというものである。
【００１０】
上記のような装置の不利点は、制動後に作動液によって充填されているリターダの作動空間が非制動運転時の低い回転数においては、完全に排出できないか、またはあらかじめ設定された程度まで排出できないことである。
【００１１】
従って本発明の課題は、リターダの回転数に関わりなく、非制動運転時にリターダを設定された充填度まで常に排出できるような装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このような課題は、本発明の第１の実施の形態において以下のように解決される。すなわち、請求項１のおいて書き部分に記載の流体式リターダにおいて、排出口と排出弁との間の空間を適切に排出させるための排出手段を設け、非制動運転時の低い回転数においてリターダの作動空間が充填されるのを防止する。排出弁はリターダの作動空間を遮断する逆止弁でもよい。作動空間を遮断することが必要な理由は例えば以下の通りである。排出管の測地学的に上方にあたる場所に油泥があって、作動液の逆流を防止しなければならなかったり、もしくは非制動時に発生する空気圧から熱交換器を保護しなければならないことなどが挙げられる。熱交換器にこのような空気圧があると、熱交換機が空になり、その後に行う制動時に接続時間が遅くなる結果を招くことがある。
【００１３】
第２の実施形態において前記の課題は、非制動運転時の損失出力を最小化するような最適な充填度を実現するための調整手段をリターダに設けることによって解決される。
【００１４】
適切な排出を行う排出手段としては様々な実施の形態が考えられる。任意の形態のポンプ、または制動時に縮小し制動後に拡大する空間などである。
【００１５】
特に好適な実施形態は、排出手段として圧力インパルスを発生させる手段が設けられているものである。
【００１６】
例えば圧力インパルスを発生させる手段によって、排出管においてインパルス状の可逆的な大量の排出を誘導することができる。例えば排出管に望むより多くの作動液がある場合、この作動液の慣性質量によって圧力インパルスが排出弁に生じ、この圧力インパルスによって排出弁が短時間開放され、余分な作動液が排出される。作動液が排出管にないか少なすぎる場合、排出管にある空気の一部が妨げとなる影響を及ぼさずに作動空間内に上昇する。
【００１７】
本発明の一実施形態では、圧力インパルスを発生させるための手段が、圧縮空気の供給を受けるピストンを有し、外部に設けられた圧縮空気貯蔵器に接続可能な圧力インパルスシリンダを有している。本発明の特に好適な形態では、非制動運転時の空転損失を最小化するために、リターダが、最適な充填度を実現する調整手段を有している。
【００１８】
最適な充填度の調整手段は好適に排出口を有し、この排出口は測地学的に高い位置に、及び／または半径方向において内側の位置に設けられ、従って遠心力に対抗的に作動空間内に設けられるので、排出しながら制動が行われる際に設定された最適な充填度に達した以降は、リターダの作動空間、排出空間及び選択的にロータの背部空間を含む拡大された作動空間からそれ以上の作動液が排出されなくなる。
【００１９】
本発明の第１の実施形態では、最適な充填度を実現するための調整用排出管が高さｈの位置に水平に設けられるので、リターダの排出は完全には行われず、非制動運転時にも常にある程度の量のリターダ作動液がリターダに残る結果となる。
【００２０】
排出しながら制動が行われる際に設定された最適な充填度以降は、作動液が残っておらず、リターダの作動空間、排出空間及び選択的にロータの背部空間を含む拡大された作動空間の全充填度をｑとした場合、最適な充填度が0.01ｑから0.1ｑの範囲にあるのが特に好適である。
【００２１】
排出管を高さｈに水平に設けるのとは別の実施の形態では排出管が作動空間内に高さｈまで垂直に到達する管となっている。
【００２２】
さらなる実施形態では、リターダが、ステータの背後に作動空間を拡大する排出空間を有している。
【００２３】
水平に設けられた排出管または作動空間に垂直に突出する管がステータの背後に設けられた排出空間に出口を有すると、特に好適である。
【００２４】
本発明の第１の実施形態では、ステータとロータとが軸方向に固定的に形成され、それらの間に一定の作動距離が設けられている。
【００２５】
特に非制動空転時の回転数が高い場合に損失を最小化するため、ロータ及び／またはステータが軸方向に移動可能に形成されると有利である。これは例えば国際特許出願第９８／３５１７１号公開公報に記載されおり、この文献に開示された内容は包括的に本願に取り込まれる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図面に基づいてより詳細に説明する。
【００２７】
図１におけるラムダ（λ）値、すなわちラムダ出力数は、例えばドイツ技術者連盟（VDI）発行の「機械設計技術２ハンドブック・ドイツ技術者連盟ガイドラインVDI2153」における流体動力伝達の概念・構成形態・作用−第７章に定義され、包括的に本願について参照されるものであり、非制動空転損失に対する基準となる。図１ではリターダの充填度ｑに対するこのラムダ値の変化が表されている。
【００２８】
図１から明らかなように、ラムダ値及びそれと共に非制動空転損失は、リターダの「拡大された作動空間」の全充填度をｑとした場合、全充填度の0.01ｑから0.1ｑの範囲において明確な最小値を取る。最小値の位置及び曲線の形態は、非制動時の回転数と作動空間及び周囲の形状に依存する。本実施形態においては非制動時の回転数を毎分５０００回転と想定している。充填度がゼロではないわずかな値であるとき、ラムダ値が最小値を取る理由は以下のように説明される。すなわち、非制動運転時にほとんど完全に排出されたリターダに少量供給された作動液によって、螺旋状の動きが発生し、それによって空気の流れが妨げられ、その結果、非制動時の損失が最小化されるのである。このような効果は空気の流れに供給される作動液が、主として排出されたリターダ内に存在する空気とは別の特殊な質量を有する場合には常に現れるものである。
【００２９】
図２には本発明の第１の実施形態の断面図が示されている。リターダハウジング３を備えたリターダ１はステータ５とロータ７とを有している。ステータハウジング９の背面壁には排出口１１が設けられ、排出口はステータの背後に設けられた排出空間１３に連通している。
【００３０】
図２ａでは、図２に示された実施形態がさらに詳しく示されている。図２と同じ構成部材には同一の符号を付している。図から明らかな通り、リターダ作動空間１７は、ロータ空間17.3と、ステータ空間17.2と、ロータ７とステータ５との間の中間空間17.1と、を有している。少なくとも非制動時には、排出口１１を介してリターダ作動空間１７と排出空間１３との間で作動液と空気の交換が行われるので、排出空間１３はリターダの作動空間と見なすことができる。同様に作動空間１７とロータ背部空間１４との間でも交換が行われる。このような場合にリターダ作動空間１７、ロータ背部空間１４、及び排出空間１３は、いわゆる「拡大された作動空間」を形成する。図２ａには、ロータハウジング８及びリターダハウジング３と軸２との間のシール部材100.1,100.2及びステータハウジング９と軸２との間のシール部材100.3も明らかに示されている。
【００３１】
ステータ５の背後に設けられた排出空間１３も排出口１５を有している。この排出口は本実施形態では水平に設けられている。水平に設けられた排出口１５は高さｈに設けられている。従来のリターダにおいては排出口が排出空間の底部に設けられていたが、これらに対して本実施形態のような方法によれば、リターダが非制動運転時にも完全に排出されず、ロータとステータとの間の空間であるリターダ作動空間１７に常にある程度の残留オイル量が循環することが確実に行われる。高さｈを相応に選択することにより、非制動運転時にリターダ作動空間にガス状の媒体と共に残留している作動液の量を正確に調整することができる。このようにして非制動運転時にあらかじめ設定された充填度を実現し、空気の流れの妨げを調整することが可能となる。このような空気の流れの妨げはあらかじめ設定された回転数において最小のラムダ値を得、従って、非制動空転損失に関しての最適条件を得ることによって変化させることができる。図２及び図２ａに示す実施形態では、ステータとロータは、互いにあらかじめ設定された距離ａを有している。非制動時の損失をさらに減少させるには、ステータかロータ、あるいは両方の構成部材を軸方向に移動可能であるように構成し、ステータとリターダとの間隙をリターダの運転状態（制動運転か非制動運転）に応じて調整すればよい。制動運転時にはステータとロータとはほとんど互いに接するように、すなわちわずかな距離を有して配置され、それに対して非制動運転時には互いに離間して配置される。この点に関しては、例えば国際特許出願第９８／３５１７１号公開公報が指摘される。この文献の開示内容は包括的に本願に取り込まれる。
【００３２】
図３及び図３ａには本発明の別の実施形態が示されている。図２及び図２ａと同じ構成部材には同一の符号を付している。図２及び図２ａとは異なり、図３及び図３ａに示す実施形態では、排出口１５が排出空間１３から水平ではなく、垂直に設けられている。リターダが排出された状態においてもそれ自体にあらかじめ設定された量の作動液を保持させるために、垂直に排出空間に連通する排出管１５は排出空間の底部１９の上方の高さｈに設けられた流入口を有して設けられている。このような方法によって非制動運転時にも常に一定の残量の作動液がリターダに残留し、それによって非制動時の損失が最小となるあらかじめ設定された充填度を確実に実現することができる。
【００３３】
図３ａは図３に示す実施形態の詳細図である。図３ａにおいてもシール部材100.1,100.2,100.3、リターダ作動空間１７、排出空間１５，ロータ背部空間１４が示され、「拡大された全作動空間」を形成している。リターダ作動空間１７は空間17.1, 17.2, 17.3から構成されている。
【００３４】
図４には、図３によるリターダの特殊な実施形態を示している。この場合、排出空間１３に高さｈで連通する排出管１５によって、非制動時にリターダ作動液が一定量を下回らないように工夫されている。図４に示されるリターダはさらに本願による装置を有し、リターダの回転数が低い時に作動液が作動空間に逆流するのを防止している。本発明による装置は排出口１５とその下流にチョーク２０及び逆止弁２２を有している。
【００３５】
逆止弁２２は作動液の逆流を防止するだけでなく、熱交換器が非制動時に空気圧に曝されることも防止する。このような空気圧がかかると熱交換器が空になり、後続の制動に際しての接続時間が長くなるという結果を招く恐れがある。逆止弁２２の他に本発明による装置は圧力インパルスを生成する手段として圧力インパルスシリンダ２４を有している。圧力インパルスシリンダは、圧縮空気の供給を受けるピストン２６を有している。圧力インパルスシリンダを好適な位置に好適な形状（直径に対する長さの比）で設けるとピストンを省略することも可能である。圧力インパルスシリンダの目的は、逆止弁２２とチョーク２０との間の空間に質量インパルスをもたらすことである。この空間がチョーク２０に作動液が滞留している程度に作動液で満たされていれば、チョークを貫流する際に作動液に逆圧が作用し、この逆圧によって逆止弁２２が短時間開放されて作動液が漏れる。チョーク２０に作動液が残っていないほどこの空間に充填される作動液が少なくなると、滞留している空気がチョークを貫流する際にわずかな逆圧を受けるが、この逆圧は逆止弁２２を開放しないので作動液がそれ以上漏れることはない。
【００３６】
圧力インパルスを負荷すると、作動液、本発明の場合オイルは、逆止弁２２によって常に排出される。圧力インパルス弁は制御装置を用いるか、排出口にオイル水準器を設けるか、もしくは回転数に依存して作動される。その際、圧力インパルスは特にリターダの回転数が低い時に用いられる。その理由はリターダの回転数が低い時はリターダの作動空間が逆流するオイルによって望ましくない状態に充填される恐れがあるからである。
【００３７】
インパルスシリンダを作動させるために必要な圧縮空気貯蔵器への空気配管は、本発明では導管２８によってのみ示している。
【００３８】
本発明によって初めて提供される装置は、リターダの回転数に関わりなく、非制動運転時に常に最適な充填度が達成され、それによって出力損失を少なくするという点に関して最適な条件が実現されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 リターダの作動空間の充填度ｑによって変化する非制動運転時のラムダ値または残留モーメントを示すグラフである。
【図２】 排出口を水平に設けた本発明によるリターダの第１実施形態を示す概略図である。
【図２ａ】 図２に示す実施形態の詳細図である。
【図３】 別の実施形態として、排出口が作動空間に垂直に導入されたリターダを示す概略図である。
【図３ａ】 図３に示す実施形態の詳細図である。
【図４】 圧力インパルスを発生させるための装置を有する本発明の流体式リターダを示す概略図である。
【符号の説明】
１ 流体式リターダ
２ 軸
３ リターダハウジング
５ ステータ
７ ロータ
８ ロータハウジング
９ ステータハウジング
１１ 排出口
１３ 排出空間
１４ ロータ背部空間
１５ 排出口（排出管）
１７ リターダ作動空間
２０ チョーク
２２ 逆止弁（排出弁）
２４ 圧力インパルスシリンダ（排出手段）
２６ ピストン（排出手段）
２８ 導管（排出手段）
ｈ （排出管の）高さ
ｑ 充填度

Claims (12)

1. １．１ ハウジング（１）と、
   １．２ ステータハウジング（９）に設けられたステータ（５）と、
   １．３ ロータハウジング（８）に設けられたロータ（７）と、
   を有する流体式リターダであって、
   １．４ 少なくともステータハウジングとロータハウジングとが流体式リターダ作動空間（１７）を形成し、
   １．５ さらに、リターダ作業空間（１７）から排出空間（１３）への排出を行うための少なくとも１つの第１の排出口（１１）と、
   １．６ 非制動運転時における前記ロータ（７）から前記ステータ（５）に伝達される出力の損失を最小化するために最適な充填度を実現するさらなる調整手段と、を備えた流体式リターダにおいて、
   １．７ 前記調整手段は前記排出空間（１３）内に第２の排出口（１５）を有し、該第２の排出口（１５）は、測地学的に前記排出空間（１３）の底部に対してより高い位置及び／または前記排出空間（１３）内に設けられ、従って、遠心力に対抗的に設けられているため、リターダ作業空間（１７）から排出される際にあらかじめ設定された最適な充填度に達した以降は、それ以上作動液が排出されないことを特徴とする流体式リターダ。
2. 前記第２の排出口（１５）は排出管であり、該排出管は、前記排出空間（１３）の底部から高さｈの位置に水平に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の流体式リターダ。
3. 前記第２の排出口（１５）は排出管であり、該排出管は、前記排出空間（１３）の底部から前記第２の排出口（１５）の上端までの高さｈを有して前記作動空間に垂直に導入された管であることを特徴とする請求項１に記載の流体式リターダ。
4. 前記リターダは、前記ステータの背後に設けられた排出空間を有し、該排出空間は前記作動空間を拡大することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の流体式リターダ。
5. 水平に設けられた前記排出管または作動空間に垂直に突出する前記管は、前記ステータの背後に設けられた排出空間に出口を有していることを特徴とする請求項４に記載の流体式リターダ。
6. 前記ステータと前記ロータとは軸方向に固定され、それらの間には、あらかじめ設定された作動距離が設けられることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の流体式リターダ。
7. 前記ステータは軸方向に固定され、前記ロータは軸方向に移動可能であるように構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の流体式リターダ。
8. 前記ロータは軸方向に固定され、前記ステータは軸方向に移動可能であるように構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の流体式リターダ。
9. 前記ステータ及び前記ロータの双方が、軸方向に移動可能であるように構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の流体式リターダ。
10. 前記第２の排出口（１５）は、チョーク（２０）を有する排出管であり、
    前記チョーク（２０）の下流には、排出弁がさらに設けられ、
    前記チョーク（２０）と前記排出弁との間の空間の排出を行うための圧力インパルスシリンダが設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の流体式リターダ。
11. 前記圧力インパルスシリンダは、圧縮空気の供給を受けるピストンを備えていることを特徴とする請求項１０に記載の流体式リターダ。
12. 前記排出弁は逆止弁であることを特徴とする請求項１０または１１に記載の流体式リターダ。

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