WO2005019677A1

WO2005019677A1 - Hydrodynamischer retarder

Info

Publication number: WO2005019677A1
Application number: PCT/EP2004/007544
Authority: WO
Inventors: Klaus Vogelsang
Original assignee: Voith Turbo Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2003-08-19
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2005-03-03
Also published as: RU2340804C2; BRPI0407768A; CN1720403A; RU2005123306A; US20070007093A1; KR20060115957A; JP2007502947A; DE10338010B3

Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Retarder, insbesondere Wasserretarder, umfassend ein Rotorschaufelrad, das eine Anzahl ZR von Schaufeln aufweist; ein Statorschaufelrad, das eine Anzahl ZS von Schaufeln aufweist; das Rotorschaufelrad und das Statorschaufelrad bilden miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum, in dem mittels eines Arbeitsmediums Drehmoment vom Rotorschaufelrad auf das Statorschaufelrad übertragen wird; die Schaufeln weisen ein Profil mit einem Innendurchmesser DI, und einem Aussendurchmesser DA auf. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: die mittlere Schaufelzahl Zm, die sich aus der halben Summe der Rotorschaufelzahl ZR und der Statorschaufelzahl ZS ergibt, multipliziert mit dem Profilverschiebungsfaktor fv, der sich aus der Division des Aussendurchmessers DA,V v eines gegenüber einem Normalprofil radial verschobenen Profils durch den Aussendurchmesser DA des Normalprofils ergibt, ist in Abhängigkeit des Arbeitsmediums festgelegt, wobei Zm beim arbeitsmedium Öl zwischen 22 und 25, insbesondere 23,5±0,35 beträgt und beim Arbeitsmedium Wasser oder Wassergemisch zwischen 19 und 22, insbesondere 20,5±0,35 beträgt, und wobei das Normalprofil durch die folgende Beziehung definiert ist: DI = 0,4±0,05 DA.

Description

Hydrodynamischer Retarder

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

Derartige Retarder sind aus zahlreichen Veröffentlichungen bekannt. Nur beispielsweise wird die DE 31 13408 C1 genannt.

Die Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Retarder verlief bisher hauptsächlich unter dem Gesichtspunkt im Bremsbetrieb eine möglichst hohe Leistungsdichte zu erzielen, während im Nichtbremsbetrieb die Leistungsaufnahme möglichst gering sein soll. Dementsprechend erfolgte die konstruktive Gestaltung von Retardern weitgehend ausschließlich unter diesen Gesichtspunkten.

Nur wenige Veröffentlichungen befassen sich mit der Geräuschentwicklung von Retardern insbesondere im Bremsbetrieb. Diesbezüglich wird auf die EP 0 634 584 B1 verwiesen, welche ein Verhältnis der Schaufelzahlen von Rotorschaufelrad und Statorschaufelrad beschreibt, das bei ölretardern, das heißt Retarder, deren Arbeitsmedium Öl ist, zu einer besonders geringen Geräuschentwicklung führen soll. In dieser Schrift sind auch Sekundärmaßnahmen beschrieben, welche in der Regel auch heute noch ausgeführt werden, um die Geräuschemission eines Antriebsstranges mit einem solchen Retarder zu dämpfen.

Es hat sich herausgestellt, dass die in der EP 0 634 584 B1 beschriebenen Maßnahmen nicht ausreichen um bei einer Vielzahl von unterschiedlichen Bauformen von Retardern die durchschnittliche Geräuschentwicklung gering zu halten. Insbesondere waren bisher die auf die Geräuschentwicklung Einfluss nehmenden Größen nicht ausreichend nachvollziehbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydrodynamischen Retarder darzustellen, der hinsichtlich der Geräuschentwicklung gegenüber bekannten Retardern verbessert ist. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sollen dabei insbesondere eine möglichst große Anzahl von konstruktiven Freiheitsgraden unberührtjassen.

Diese Aufgabe wird durch einen hydrodynamischen Retarder mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Anspruch 2 beschreibt eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des Retarders aus Anspruch 1.

Die Erfinder haben erkannt, dass eine geeignete Auswahl der mittleren Schaufelzahl des Retarders die Geräuschemission wesentlich mindern kann. Dabei wird unter mittlerer Schaufelzahl in dieser Schrift das arithmetische Mittel aus den Schaufelzahlen des Rotors und des Stators verstanden, das heißt die halbe Summe aus Rotorschaufelzahl und Statorschaufelzahl. Dabei wird erfindungsgemäß zugleich der sogenannte Profilverschiebungsfaktor berücksichtigt. Der Profilverschiebungsfaktor beschreibt die Abweichung der radialen Position des Strömungskreislaufs eines gegebenen Retarders gegenüber der radialen Position des Strömungskreislaufs in einem Retarder mit sogenanntem Normalprofil. Im Einzelnen ergibt sich der Profilverschiebungsfaktor durch die Division des Außendurchmessers des „verschobenen Profils" durch den Außendurchmesser des Normalprofils. Somit beträgt der Profilverschiebungsfaktor beispielsweise bei einem Außendurchmesser eines Profils, der zweimal so groß ist wie der Außendurchmesser eines Normalprofils, 2. Sofern das Profil gegenüber einem Normalprofil nicht verschoben ist, das heißt der Außendurchmesser des zu beurteilenden Profils mit dem Außendurchmesser des Normalprofils übereinstimmt, ergibt sich entsprechend ein Profilverschiebungsfaktor von 1.

Der Außendurchmesser eines Normalprofils wird durch das Verhältnis von Außendurchmesser und Innendurchmesser des entsprechenden Profils festgelegt. Dabei liegt ein Normalprofil genau dann vor, wenn der Innendurchmesser etwa das 0,4-fache des Außendurchmessers beträgt. Dabei kann man eine Toleranz von 0,05 ansetzen, das heißt für ein Normalprofil gilt folgende Formel: D, = 0,4 ^{± o5} - D_A.

Um eine optimale Geräuschminderung zu erzielen, wird das Arbeitsmedium des jeweiligen Retarders bei der Auslegung der mittleren Schaufelzahl berücksichtigt. So ergibt sich für das Arbeitsmedium Öl beziehungsweise für ein Arbeitsmedium, das zu seinem größten Teil aus Öl besteht, eine minimale Geräuschemission, wenn die mittlere Schaufelzahl multipliziert mit dem Profilverschiebungsfaktor im Bereich von 22 bis 25 liegt. Besonders vorteilhaft beträgt die mittlere Schaufelzahl multipliziert mit dem Profilverschiebungsfaktor bei diesem Arbeitsmedium 23,5 *

0,35

Beim Arbeitsmedium Wasser oder bei einem Arbeitsmedium, welches überwiegend aus Wasser besteht, ergibt sich die optimale mittlere Schaufelzahl multipliziert mit dem Profilverschiebungsfaktor zu einer Zahl zwischen 19 und 22. Vorteilhaft beträgt die mittlere Schaufelzahl multipliziert mit dem

Profilverschiebungsfaktor beim Arbeitsmedium Wasser oder Wassergemisch 20,5

±0,35

Für beide Arbeitsmedien ergeben sich besonders gute Geräuschemissionswerte, wenn die mittlere Schaufelzahl multipliziert mit dem Profilverschiebungsfaktor bei Öl 23,5 beträgt und bei Wasser 20,5.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Schaufelzahl zugleich anhand einer Beziehung zwischen Rotorschaufelzahl und Statorschaufelzahl festgelegt. Besonders vorteilhaft beträgt beim Arbeitsmedium öl oder Ölgemisch die Rotorschaufelzahl das 1 ,35-fache der Statorschaufelzahl. Auch hier wird vorteilhaft eine Toleranz von ± 0,15 bezüglich des genannten Faktors zugelassen, das heißt, es ergibt sich die folgende Beziehung: Z_R = 1 ,35 ^±0'¹⁵ Z_S. Beim Arbeitsmedium Wasser oder Wassergemisch beträgt die Rotorschaufelzahl vorteilhaft das 1 ,3-fache der Statorschaufelzahl. Auch hier ist vorteilhaft eine Toleranz von ± 0,15 zugelassen, das heißt, es gilt folgende Beziehung:

Z_R = 1,3 ^±0-¹⁵ - Z_S.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 einen Retarder in schematischer Darstellung im Längsschnitt;

Figur 2 eine Skizze mit den wesentlichen Abmaßen des Rotorprofils und des Statorprofils eines Retarders.

Der in Figur 1 gezeigte Retarder weist eine Antriebswelle 1 auf, auf der ein Rotor- Schaufelrad 2 aufgekeilt ist, ferner ein Statorschaufelrad 3, das in einem Gehäuse 4 drehfest angeordnet ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird dem Retarder die Arbeitsflüssigkeit durch einen Zulaufkanal 5 über eine nicht dargestellte Steuereinrichtung zugeführt. Dabei gelangt sie zunächst in einen Verteilerraum 6. Sie wird aus einem Austrittskanal 7 wieder abgeführt. Am Rotorschaufelrad erkennt man im inneren Bereich Füllschlitze 8, sowie im radial äußeren Bereich Entleerschlitze 9. Die beiden Schaufelräder, das heißt Rotorschaufelrad und Statorschaufelrad bilden miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum 10 aus.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführung des Retarders beschränkt. So kann insbesondere das Arbeitsmedium über den Stator beziehungsweise ein Statorgehäuse dem Arbeitsraum 10 zugeführt werden. Dazu ist das Statorgehäuse vorteilhaft mit einem radial innenliegenden ringförmigen Füllkanal und einem benachbart dazu angeordneten, radial außenliegenden, ringförmigen

Entleerkanal versehen. Über einen Anschluss wird Arbeitsmedium in den Füllkanal befördert, von dort über Bohrungen beziehungsweise Kanäle in den Statorschaufeln - in sogenannten Füllschaufeln - in den Arbeitsraum 10 und wieder über geeignete Bohrungen im Stator aus dem Arbeitsraum 10 in den Entleerkanal. Von dort wird das Arbeitsmedium wieder mittels geeigneter Anschlüsse, insbesondere genau einem Anschluss, aus dem Retarder herausgeleitet.

Dabei kommt insbesondere eine fliegende Lagerung des Retarders in Betracht.

Die Figur 2 zeigt unter anderem die für die vorliegende Erfindung wesentlichen Größen. So sind in der Figur 2a die Profile von Rotor R und Stator S als

Normalprofil ausgebildet. Sie weisen jeweils einen Außendurchmesser D_A und einen Innendurchmesser Di auf. Der Innendurchmesser Di beträgt etwa das 0,4- fache des Außendurchmessers D_A. Der Rotor weist eine Anzahl von Schaufeln Z_R auf und der Stator eine Anzahl von Schaufeln Zs.

In der Figur 2b ist ein Retarder mit einem sogenannten verschobenen Profil dargestellt. Vorliegend ist das Profil gegenüber einem Normalprofil radial nach außen verschoben. Die dadurch geänderten Größen sind zusätzlich mit dem Indizes V gekennzeichnet. Der Profilverschiebungsfaktor f ergibt sich vorliegend durch das Verhältnis von dem Außendurchmesser DA, V der Figur 2b und dem Außendurchmesser D_A des Profils in der Figur 2a.

Wie man sieht, beträgt der Profilverschiebungsfaktor in der Figur 2b etwa 2. Es ist selbstverständlich auch möglich, das Profil eines Retarders gegenüber dem Normalprofil radial nach innen zu verschieben, wobei sich dann ein Profilverschiebungsfaktor ergibt, der kleiner als 1 ist.

Claims

Patentansprüche

1. Hydrodynamischer Retarder, insbesondere Wasserretarder, umfassend 1.1 ein Rotorschaufelrad (2), das eine Anzahl ZR von Schaufeln aufweist; 1.2 ein Statorschaufelrad (3), das eine Anzahl Z_s von Schaufeln aufweist;

1.3 das Rotorschaufelrad (2) und das Statorschaufelrad (3) bilden miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum (10), in dem mittels eines Arbeitsmediums Drehmoment vom Rotorschaufelrad (2) auf das Statorschaufelrad (3) übertragen wird; 1.4 die Schaufeln weisen ein Profil mit einem Innendurchmesser Di und einem Außendurchmesser DA auf; gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 1.5 die mittlere Schaufelzahl Zm, die sich aus der halben Summe der Rotorschaufelzahl ZR und der Statorschaufelzahl Zs ergibt, multipliziert mit dem Profilverschiebungsfaktor f_v, der sich aus der Division des Außendurchmessers DA, V eines gegenüber einem Normalprofil radial verschobenen Profils durch den Außendurchmesser D_A des Normalprofils ergibt, ist in Abhängigkeit des Arbeitsmediums festgelegt, wobei Z_m beim Arbeitsmedium Öl zwischen 22 und 25, insbesondere 23,5 ^{± 0,35} beträgt und beim Arbeitsmedium Wasser oder Wassergemisch zwischen 19 und 22, insbesondere 20,5 * °'³⁵ beträgt, und wobei das Normalprofil durch die folgende Beziehung definiert ist: D, = 0,4 ^{± o5} - D_A.

2. Hydrodynamischer Retarder gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass beim Arbeitsmedium öl die Rotorschaufelzahl Z_R das 1 ,2-fache bis 1 ,5-fache, insbesondere das 1 ,35 ^{± 0,15}-fache der Statorschaufelzahl Zs beträgt und beim Arbeitsmedium Wasser oder Wassergemisch die Rotorschaufelzahl Z_R das 1 ,15-fache bis 1 ,45-fache, insbesondere das 1 ,3 * °'¹⁵ -fache der Statorschaufelzahl Z_s beträgt.