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Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Retarder, der ein Retardergehäuse mit einem Arbeitsraum, in dem ein Stator und ein Rotor angeordnet sind und der an einen Arbeitsmediumkreislauf anschließbar ist zur Befüllung mit einem Arbeitsmedium, eine Retarderwelle, ein oder mehrere Lager im Retardergehäuse zur drehbaren Aufnahme der Retarderwelle, und ein Dichtungssystem umfasst, wobei die Retarderwelle einen ersten Teilabschnitt, der sich innerhalb des Retardergehäuses erstreckt, und einen zweiten Teilabschnitt, der sich außerhalb des Retardergehäuses erstreckt, aufweist, und wobei das Dichtungssystem zwischen dem Retardergehäuse und der Retarderwelle derart angeordnet ist, dass der Arbeitsraum gegenüber einer Umgebung fluiddicht abgeschlossen ist.
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Es ist bekannt, dass ein hydrodynamischer Retarder ein Retardergehäuse mit einem Arbeitsraum aufweist, der mit einem Arbeitsmedium befüllbar ist, um ein Drehmoment von einem angetriebenen Primärschaufelrad, auch Rotor genannt, auf ein stationäres Sekundärschaufelrad, auch Stator genannt, hydrodynamisch zu übertragen. Der Retarder ist an einen Arbeitsmediumkreislauf angeschlossen, in dem das Arbeitsmedium, beispielsweise Öl oder Kühlwasser eines Fahrzeugkühlkreislaufs, zirkulieren kann. Der Rotor beschleunigt das zugeführte Arbeitsmedium, so dass die auftretende Zentrifugalkraft das Arbeitsmedium nach außen drückt. Durch die Form der Rotorschaufeln wird das Arbeitsmedium in den Stator und von diesem wieder zurückgeleitet, wodurch es den Rotor und eine mit dem Rotor verbundene Retarderwelle abbremst.
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Ein Retarder weist im Wesentlichen zwei Betriebszustände auf, einen Bremsbetrieb und einen Nicht-Bremsbetrieb. Im Bremsbetrieb wird der Arbeitsraum mit dem Arbeitsmedium befüllt und im Nicht-Bremsbetrieb wird der Arbeitsraum bis auf einen kleinen Rest des Arbeitsmediums geleert. Das Bremsmoment kann im Bremsbetrieb durch den Füllungsgrad des Arbeitsmediums eingestellt werden.
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Der Retarder ist drehfest mit der Retarderwelle gekoppelt, über die das Bremsmoment auf die Fahrzeugräder eines Fahrzeugs übertragen wird. Die Retarderwelle kann beispielsweise über eine Getriebeausgangswelle oder eine mit den Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs drehfest verbundene Welle (Gelenkwelle) angetrieben werden. In vielen Kraftfahrzeugen ist der Retarder direkt an das Getriebe angeflanscht und wird über einen Hochtrieb, beispielsweise einen Zahnradantrieb, angetrieben. Dieser Hochtrieb ist in den Getriebeölkreislauf eingebunden und wird durch diesen geschmiert und gekühlt. Zwischen dem Getriebeölkreislauf und dem Arbeitsmediumkreislauf ist ein Dichtungssystem vorgesehen, welches das Öl des Getriebeölkreislaufs von dem Arbeitsmedium des Arbeitsmediumkreislaufes trennt. Die Retarderwelle ist mittels des Dichtungssystems gegenüber dem Retardergehäuse abgedichtet, um einen Austritt des Arbeitsmediums zwischen der Retarderwelle und dem Retardergehäuse zu verhindern. Zudem sind ein oder mehrere Lager zur Abstützung der Retarderwelle gegenüber dem Retardergehäuse vorgesehen.
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Üblicherweise umfasst das Dichtungssystem für die Trennung des Arbeitsmediums von dem Getriebe eine erste Dichtlippe und eine zweite Dichtlippe, wobei die erste Dichtlippe des Dichtungssystems mittels des Getriebeöls gekühlt und geschmiert wird und die zweite Dichtlippe mittels des Arbeitsmediumstroms, d.h. des Ölstroms oder Wasserstroms, gekühlt und geschmiert wird.
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Zudem entsteht durch die Bewegung des Rotors und der Retarderwelle und damit des Arbeitsmediums Wärme, die durch einen Wärmetauscher wieder abgeführt werden muss, beispielsweise durch den Kühlwasserkreislauf eines Motors. Dabei müssen insbesondere das Dichtungssystem und die Lager der Retarderwelle gekühlt werden.
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Die
DE 10 2020 107 729 B3 offenbart einen hydrodynamischen Retarder mit einer Retarderwelle, die mittels eines Dichtungssystem in dem Retardergehäuse abgedichtet wird, wobei das Dichtungssystem von einem Arbeitsmedium durchströmt wird. Da der Rotor in der Nähe des Dichtungssystems positioniert ist, ist es allerdings schwierig, eine gute Dichtungswirkung herzustellen aufgrund der hohen hydrodynamischen Kräfte, die im Arbeitsraum des Retardergehäuses in der Umgebung des Rotors auftreten.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht nun darin, einen hydrodynamischen Retarder zu schaffen, der sich durch eine verbesserte Dichtung und Kühlung der Retarderwelle auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich eines hydrodynamischen Retarders durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die weiteren Ansprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Gemäß einem ersten Aspekt stellt die Erfindung einen hydrodynamischen Retarder bereit. Der Retarder umfasst ein Retardergehäuse mit einem Arbeitsraum, in dem ein Stator und ein Rotor angeordnet sind und der an einen Arbeitsmediumkreislauf anschließbar ist zur Befüllung mit einem Arbeitsmedium, eine Retarderwelle, wobei die Retarderwelle einen ersten Teilabschnitt, der sich innerhalb des Retardergehäuses erstreckt, und einen zweiten Teilabschnitt, der sich außerhalb des Retardergehäuses erstreckt, aufweist, ein oder mehrere Lager im Retardergehäuse zur drehbaren Aufnahme der Retarderwelle, und ein Dichtungssystem, wobei das Dichtungssystem zwischen dem Retardergehäuse und der Retarderwelle derart angeordnet ist, dass der Arbeitsraum gegenüber einer Umgebung fluiddicht abgeschlossen ist. Der erste Teilabschnitt der Retarderwelle ist durch das Dichtungssystem und den Stator geführt und dann mit dem Rotor gekoppelt, wobei der Rotor bezogen auf den zweiten Teilabschnitt hinter dem Stator angeordnet ist.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Rotor eine konkav gekrümmte Oberfläche aufweist, die in Richtung einer vorderen Gehäusewandung des Retardergehäuses ausgerichtet ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Retarderwelle zwischen einem ersten Lager und einem zweiten Lager drehbar gelagert ist, wobei das erste Lager in oder an einer hinteren Gehäusewandung des Retardergehäuses im Bereich des Stators und das zweite Lager in oder an einer vorderen Gehäusewandung des Retardergehäuses hinter dem Rotor angeordnet ist.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Rotor auf der Retarderwelle derart gelagert ist, dass sich der Rotor beim Befüllen des Arbeitsraumes axial entlang einer Rotationsachse in Richtung des Stators bewegt und ein Bremsmoment auf die Retarderwelle übertragen wird, sobald eine Arbeitsposition erreicht ist.
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Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass das erste Lager von einem ersten Dichtungselement und einem zweiten Dichtungselement des Dichtungssystems umgeben ist.
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Insbesondere sind das erste Dichtungselement und/oder das zweite Dichtungselement als Radialwellendichtringe ausgebildet.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine Schmiermittelversorgung für das zweite Lager vorgesehen, wobei die Schmiermittelversorgung Versorgungsleitungen in der vorderen Gehäusewandung umfasst.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass das erste Lager und zumindest das zweite Dichtungselement von dem Arbeitsmedium geschmiert und gekühlt werden.
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In einer Weiterentwicklung ist vorgesehen, dass das erste Lager und das erste Dichtungselement und/oder das zweite Dichtungselement mittels Versorgungsleitungen in der hinteren Gehäusewandung mit einem Schmiermittel geschmiert und gekühlt werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen hydrodynamischen Retarders.
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Zusätzliche Kennzeichen, Aspekte und Vorteile der Erfindung oder ihrer Ausführungsbeispiele werden durch die ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den Ansprüchen ersichtlich.
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1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung einen erfindungsgemäßen hydrodynamischen Retarder 1. Der Retarder 1 umfasst ein Retardergehäuse 2, das üblicherweise in oder an einem hier nicht dargestellten Getriebegehäuse befestigt ist. Das Retardergehäuse 2 umschließt einen Arbeitsraum 3, der mit einem Arbeitsmedium befüllbar ist, so dass alle Bauteile innerhalb des Retardergehäuses 2 mit dem Arbeitsmedium in Kontakt kommen und durch dieses geschmiert und gekühlt werden. Als Arbeitsmedium wird üblicherweise Öl verwendet, aber auch Kühlwasser aus einem Kühlwasserkreislauf kann als Arbeitsmedium vorgesehen sein. Das Arbeitsmedium wird über einen Kühlkreislauf oder Wärmetauscher gekühlt. Im Innenraum des Retardergehäuses 2 sind typischerweise verschiedene Kammern und Kanäle ausgebildet, die von dem Arbeitsmedium durchströmt werden.
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Der Retarder 1 umfasst eine Retarderwelle 4 mit einem ersten Teilabschnitt 41 und einem zweiten Teilabschnitt 42. Der erste Teilabschnitt 41 erstreckt sich innerhalb des Retardergehäuses 2 und der in zweiter Teilabschnitt 42 der Retarderwelle 4 erstreckt sich in das hier nicht dargestellte Getriebegehäuse. In dem Retardergehäuse 1 ist die Retarderwelle 4 vorzugsweise mittels eines ersten Lagers 5 und eines zweiten Lagers 6 gegenüber dem Retardergehäuse 5 drehbar gelagert. Das erste Lager 5 ist an einer hinteren Gehäusewandung 22 und das zweite Lager 6 an einer vorderen Gehäusewandung 23 des Retardergehäuses 2 angeordnet. Die Lager 5, 6 sind derart ausgerichtet, dass durch sie eine Rotationsachse 44 der Retarderwelle 4 festgelegt ist. Insbesondere sind die Lager 5 und 6 als Gleitlager oder Kugellager ausgebildet. Der Durchmesser der Retarderwelle 4 kann variieren und sich insbesondere auf der Länge zwischen dem ersten Lager 5 und dem zweiten Lager 6 in mehreren Stufen schrittweise verkleinern.
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Erfindungsgemäß wird die Retarderwelle 4 durch einen Stator 7 geführt und kommt erst dann in Eingriff mit einem Rotor 8. Der Stator 7 ist über hier nicht dargestellte Befestigungselemente mit dem Retardergehäuse 2, insbesondere mit der hinteren Gehäusewandung 22 verbunden. Der Rotor 8 ist hinter dem Stator 7 bezogen auf die hintere Gehäusewandung 22 angeordnet und seine konkav gekrümmte Oberfläche ist in Richtung der vordere Gehäusewandung 23 positioniert. Der Stator 7 kann ein hier nicht näher dargestellten Statorgehäuse umfassen. Ebenso kann der Rotor 8 ein hier nicht näher dargestelltes Rotorgehäuse aufweisen.
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Die Retarderwelle 4 ist mit dem Rotor 8 drehfest verbunden, wobei der Rotor 8 auf der Retarderwelle 4 derart gelagert ist, dass sich der Rotor 8 beim Befüllen des Arbeitsraumes 3 axial entlang der Rotationsachse 44 in Richtung des Stators 7 bewegt und ein Bremsmoment auf die Retarderwelle 4 übertragen wird, sobald eine Arbeitsposition erreicht ist. Diese Bewegung des Rotors 8 ist in der 1 durch den Pfeil A bezeichnet.
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Die beiden jeweiligen Endpositionen des Rotors 8 entsprechen zwei Betriebszuständen des Retarders 1, einem Bremsbetrieb und einem Nicht-Bremsbetrieb. In der 1 ist der Bremsbetrieb dargestellt, bei dem der Arbeitsraum 3 mit dem Arbeitsmedium gefüllt ist. Das Arbeitsmedium wird für den Bremsbetrieb über eine nicht dargestellte Durckbeaufschlagungsvorrichtung aus einem Arbeitsmediumbehälter in einen Arbeitsmediumkreislauf gefördert. Hierbei ist der Füllungsgrad des Arbeitsraumes 3 regelbar. Im Nicht-Bremsbetrieb bzw. im ausgekoppelten Zustand befindet sich der Rotor 8 in einer Freilaufposition, die in etwa dem Ende der dem zweiten Lager 6 zugewandten Pfeilspitze des Pfeils A entspricht.
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Für die Abdichtung des Arbeitsmediums gegenüber dem Getriebegehäuse ist ein Dichtungssystem 9 vorgesehen. Das Dichtungssystem 9 besteht vorzugsweise aus einem ersten Dichtungselement 91 und einem zweiten Dichtungselement 92, wobei das erste Dichtungselement 91 in der hinteren Gehäusewandung 22 vor dem Lager 5 und das zweite Dichtungselement 92 im Retardergehäuse 2 hinter dem Lager 5 angeordnet ist. Das erste Dichtungselement 91 und das zweite Dichtungselement 92 sind insbesondere als Radialwellendichtringe ausgebildet. Zudem ist eine Schmiermittelversorgung für das Dichtungssystem 9 und das Lager 5 vorgesehen, beispielsweise durch einen oder mehrere Kanäle in der Retarderwelle 4, so dass bei einer Rotation der Retarderwelle 4 ein Arbeitsmediumstrom gefördert wird, mit dem die beiden Dichtungselemente 91, 92 und das Lager 5 geschmiert und gekühlt werden. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass das Dichtungssystem 9 und das Lager 5 über hier nicht dargestellte Versorgungsleitungen in der hinteren Gehäusewandung 22 mit Schmieröl versorgt wird.
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Des Weiteren ist auch für das zweite Lager 6 eine Schmiermittelversorgung 10 vorzugsweise in der vorderen Gehäusewandung 23 des Retardergehäuses 2 vorgesehen, um das Lager 6 in dem Retardergehäuse 2 zu schmieren und zu kühlen. Überschüssiges Schmieröl kann in den Arbeitsraum 3 abgeleitet werden. Zudem kann eine Druckluftversorgung vorgesehen sein.
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Durch die erfindungsgemäße Durchführung der Retarderwelle 4 durch den Stator 7 ist der Rotor 8 von dem Dichtungssystem 9 beabstandet positioniert und das Dichtungssystem 9 ist in der Nähe bzw. am Stator 7 angeordnet. Hierdurch können die hohen hydrodynamischen Kräfte, die im Arbeitsraum des Retardergehäuses 2 in der Umgebung des Rotors 8 aufgrund der hohen Scherströmungen des Arbeitsmediums auftreten, im Bereich des Dichtungssystems 9 reduziert werden. Insbesondere kann die Wirkung von auftretenden Druckpulsationen in den Arbeitsmediumströmungen, wie beispielsweise Schwingungen im Dichtungssystem 9, verringert werden, da das Dichtungssystem 9 in einem größeren Abstand zu den Arbeitsmediumströmungen angeordnet ist. Da die auf das Dichtungssystem 9 einwirkenden Kräfte verringert sind im Vergleich zu einer aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung von Stator 7 und Rotor 8, bei dem der Rotor 8 bezogen auf den zweiten Teilabschnitt 42 der Retarderwelle 4 vor dem Stator 7 angeordnet ist, kann die Dichtigkeit des Dichtungssystems 9 verbessert werden. Daher können die Radialwellendichtringe für die beiden Dichtungselemente 91, 92 einfacher und damit auch kostengünstiger ausgelegt werden. Des Weiteren ist die Schmierung und Kühlung des Dichtungssystems 9 vereinfacht, da auch der auf Versorgungsleitungen ausgeübte Druck durch die Arbeitsmediumströmungen reduziert ist und damit die Schmiermittelversorgung vereinfacht ist. Dies ist insbesondere im ausgekoppelten Zustand wichtig, da dann kein Arbeitsmedium, insbesondere Öl, aus dem Arbeitsraum 3 zu den Lagern 5, 6 gelangt.
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Insgesamt kann somit durch die erfindungsgemäße Durchführung der Retarderwelle 4 durch den Stator 7 die Anzahl der Lager und erforderlichen Dichtungssysteme reduziert werden. Zudem werden aufgrund der abgeschwächten Wirkung der Druckpulsationen der Arbeitsmediumströmungen im Bereich des Lagers 5 stabilere Laufeigenschaften der Retarderwelle 4 erreicht. Hierdurch kann die Lebensdauer der Retarderwelle 4 deutlich erhöht werden.
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Bezugszeichen
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- 1
- Retarder
- 2
- Retardergehäuse
- 3
- Arbeitsraum
- 4
- Retarderwelle
- 5
- erstes Lager
- 6
- zweites Lager
- 7
- Stator
- 8
- Rotor
- 9
- Dichtungssystem
- 10
- Schmiermittelversorgung
- 22
- hintere Gehäusewandung
- 23
- vordere Gehäusewandung
- 41
- erster Teilabschnitt
- 42
- zweiter Teilabschnitt
- 44
- Rotationsachse
- 91
- erstes Dichtungselement
- 92
- zweites Dichtungselement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102020107729 B3 [0007]
