DE102022130268A1 - Retarder and bearing concept of a retarder to enable an independent unit and drive train with drive shaft and retarder - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Retarder (2) für ein Nutzfahrzeug, wie einen Lkw, mit einem Rotor (3), der in einem Gehäuse (4) beherbergt ist, wobei sich der Rotor (3) axial über wenigstens ein Lager (5) am Gehäuse (4) abstützt. Die Erfindung betrifft auch einen Antriebsstrang (1) eines Nutzfahrzeugs, nämlich eines Lkws, mit einer Antriebswelle (12), die zur Drehmomentweitergabe mit dem erfindungsgemäßen Retarder (2) verbunden ist.The invention relates to a retarder (2) for a commercial vehicle, such as a truck, with a rotor (3) which is housed in a housing (4), wherein the rotor (3) is supported axially on the housing (4) via at least one bearing (5). The invention also relates to a drive train (1) of a commercial vehicle, namely a truck, with a drive shaft (12) which is connected to the retarder (2) according to the invention for torque transmission.
Description
Die Erfindung betrifft einen Retarder für ein Nutzfahrzeug, wie einen Lkw, mit einem Rotor, der in einem Gehäuse beherbergt ist.The invention relates to a retarder for a commercial vehicle, such as a truck, with a rotor which is housed in a housing.
Retarder sind hydrodynamische, insbesondere mit Flüssigkeiten arbeitende Dauerbremsen, welche beispielsweise Verwendung bei Lkws oder Omnibussen finden. Hydrodynamische Retarder arbeiten üblicherweise mit Öl, teilweise aber auch mit Wasser, das bei Bedarf in ein Wandlergehäuse (verkürzt: Gehäuse) geleitet wird. Das Wandlergehäuse besteht üblicherweise aus zwei rotationssymmetrischen und sich gegenüberliegenden Schaufelrädern, einem Rotor, der mit dem Antriebsstrang des Fahrzeugs verbindbar ist, und einem feststehenden Stator. Der Rotor beschleunigt das zugeführte Fluid, die Zentrifugalkraft drückt es nach außen. Durch die Form der Rotorschaufeln wird das Fluid in den Stator und von diesem wieder zurückgeleitet, wodurch es den Rotor und in weiterer Folge auch eine Gelenkwelle abbremst. Durch Reibung wird die Bewegungsenergie in Wärme umgewandelt, die durch einen Wärmetauscher wieder abführbar ist, etwa mit Hilfe des Kühlwasserkreislaufes des Motors / der Verbrennungskraftmaschine. Die Ansteuerung des Retarders erfolgt häufig pneumatisch über eine Druckluftsteuerung. Zum Aktivieren wird das Retardergehäuse mit dem Arbeitsfluid aus einem Vorratsbehälter gefüllt, das bei Druckabbau durch die Schaufelräder selbsttätig wieder zurückgepumpt wird. Die vorliegende Erfindung kann sowohl bei inline-verbauten Retardern, als auch bei offline-verbauten Retardern eingesetzt werden.Retarders are hydrodynamic permanent brakes, particularly those that work with liquids, which are used in trucks or buses, for example. Hydrodynamic retarders usually work with oil, but sometimes also with water, which is fed into a converter housing (shortened to: housing) when required. The converter housing usually consists of two rotationally symmetrical and opposing impellers, a rotor that can be connected to the vehicle's drive train, and a fixed stator. The rotor accelerates the supplied fluid, the centrifugal force pushes it outwards. The shape of the rotor blades directs the fluid into the stator and back again, thereby braking the rotor and subsequently also a drive shaft. Friction converts the kinetic energy into heat, which can be dissipated again through a heat exchanger, for example with the help of the cooling water circuit of the engine/combustion engine. The retarder is often controlled pneumatically via a compressed air control system. To activate the retarder housing, it is filled with the working fluid from a reservoir, which is automatically pumped back when the pressure is reduced by the paddle wheels. The present invention can be used with both inline-installed retarders and offline-installed retarders.
Es sei darauf hingewiesen, dass bei einem Retarder kein Leitrad zum Einsatz kommt. Außerdem wird er quasi nur in einem einzigen Betriebspunkt betrieben, was einen Unterschied zu herkömmlichen Drehmomentwandlern / Wandlern darstellt. Damit ist auch die Kennung des Retarders eine andere, weil es hier das Ziel gibt, möglichst große Verluste bzw. Bremsmomente zu erzeugen. Die Strömung im Retarder muss also anders optimiert werden, als bei einem herkömmlichen Drehmomentwandler/ Wandler.It should be noted that a retarder does not use a guide wheel. In addition, it is only operated at a single operating point, which is different from conventional torque converters. This also means that the retarder is characterized differently, because the aim here is to generate the greatest possible losses or braking torques. The flow in the retarder must therefore be optimized differently than with a conventional torque converter.
Aktuelle Retarder bzw. Strömungsbremsen werden in der Regel aus Guss hergestellt, wodurch sie massiv, schwer und teuer sind. Gegen diese bedeutsamen Nachteile gibt es bereits eine ältere Patentanmeldung der Anmelderin, die die Idee des Ausbildens des Rotors und/oder des Stators aus Blech in den Vordergrund stellt. Insbesondere sollen die Schaufeln des Retarders aus Blech, insbesondere Stahlblech gefertigt sein. Diese ältere Patentanmeldung beschäftigt sich damit, dass das Schaufelrad für hydrodynamische Drehmomentübertragungs- und/oder Bremsvorrichtungen, mit einem ringförmigen Schalenkörper und mehreren in dem Schalenkörper angeordneten Schaufeln in besonderer Weise dadurch verbessert wird, dass sowohl der Schalenkörper als auch die doppelwandigen Schaufeln aus Blech ausgebildet sind.Current retarders or flow brakes are usually made of cast iron, which makes them massive, heavy and expensive. To counteract these significant disadvantages, the applicant has already filed an older patent application, which focuses on the idea of making the rotor and/or stator out of sheet metal. In particular, the blades of the retarder are to be made out of sheet metal, particularly sheet steel. This older patent application deals with the fact that the impeller for hydrodynamic torque transmission and/or braking devices, with an annular shell body and several blades arranged in the shell body, is improved in a special way by making both the shell body and the double-walled blades out of sheet metal.
Ferner zeigt sich bei anflanschbaren Lösungen für Retarder die Notwendigkeit die Positionierung des Rotors unabhängiger von der Wellenlagerung zu Gestalten. Ein separates Zuliefern einer eigenständigen Baugruppe soll zur Ermöglichung eines modularen Aufbaus erleichtert werden.Furthermore, flange-mounted solutions for retarders show the need to make the positioning of the rotor more independent of the shaft bearing. A separate supply of an independent assembly should be made easier to enable a modular design.
Hier greift die neue Erfindung an und hat sich insbesondere zur Aufgabe gesetzt, ein besseres Lagerkonzept bei gleichzeitiger Bauteilreduktion zur Verfügung zu stellen und gleichzeitig die Nachteile aus dem Stand der Technik abzustellen oder wenigstens zu mildern.This is where the new invention comes in and has set itself the particular task of providing a better bearing concept while simultaneously reducing the number of components and at the same time eliminating or at least mitigating the disadvantages of the prior art.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Retarder erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass sich der Rotor axial / in Axialrichtung / in Richtung der durch die Drehachse des Retarders vorgegeben Richtung über wenigstens ein Lager am Gehäuse abstützt. Ein verbessertes Lagerkonzept ist die Folge. Ein Verzicht auf eine sonst notwendige zusätzliche Lagerung des Retarderrotors wird möglich.This object is achieved according to the invention in a generic retarder in that the rotor is supported axially / in the axial direction / in the direction specified by the axis of rotation of the retarder via at least one bearing on the housing. This results in an improved bearing concept. It is possible to dispense with an otherwise necessary additional bearing for the retarder rotor.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.Advantageous embodiments are claimed in the subclaims and are explained in more detail below.
So ist es von Vorteil, wenn eine unabhängige Retarderbaugruppe so gestaltet ist, dass sie an eine Antriebswelle über eine Steckverzahnung angebunden ist und an ein Gehäuse angeflanscht ist.It is therefore advantageous if an independent retarder assembly is designed in such a way that it is connected to a drive shaft via a spline and is flanged to a housing.
Es hat sich bewährt, wenn eine axiale Positionierung des Rotors mit wenigstens einem Axiallager zwischen dem Rotor und einem Stator bzw. alternativ / kumulativ zwischen dem Rotor und dem Gehäuse vorhanden ist.It has proven to be effective if an axial positioning of the rotor is provided with at least one axial bearing between the rotor and a stator or alternatively / cumulatively between the rotor and the housing.
Eine axiale Positionierung des Rotors zwischen einem Dichtblech und dem Stator / dem Gehäuse mittels zweier Axiallager erhöht die Präzision.Axial positioning of the rotor between a sealing plate and the stator/housing by means of two axial bearings increases precision.
Es ist gewünscht, eine radiale Zentrierung über die Steckverzahnung der Antriebswelle zu erreichen.It is desired to achieve radial centering via the spline of the drive shaft.
Eine Lagervorlast sollte vorteilhafterweise über eine Vorlastfeder, wie zum Beispiel einer Tellerfeder oder ein Tellerfederpaket, eingeleitet sein.A bearing preload should advantageously be introduced via a preload spring, such as a disc spring or a disc spring package.
Die Lagervorlast kann alternativ / zusätzlich auch über ein Dichtblech eingeleitet werden, indem dieses axial federnd ausgeführt ist.Alternatively/additionally, the bearing preload can also be introduced via a sealing plate by designing it as axially spring-loaded.
Die Steckverzahnung kann zwischen der Wellenlagerung platziert sein, so dass ein Wellenlager zu einem Teil der Retarderbaugruppe wird.The spline can be placed between the shaft bearings so that a shaft bearing becomes part of the retarder assembly.
Es ist ferner zweckmäßig, wenn die Steckverzahnung fliegend außerhalb der Wellenlagerung platziert ist. Damit wird der Retarder vollständig zur unabhängigen, anflanschbaren Baugruppe.It is also useful if the spline is positioned outside the shaft bearing. This makes the retarder a completely independent, flange-mounted assembly.
Für das Verständnis ist es wichtig, dass eine Abgrenzung zu den herkömmlichen Drehmomentwandlern vorhanden ist. Die Drehmomentwandler sind derart unterschiedlich, dass Lagerkonzepte nicht übertragbar sind. So treibt beim Wandler ein Pumpenrad an und ist das Gehäuse. Gelagert wird dort üblicherweise eine Turbine. Beim Retarder hingegen wird das Pumpenrad bzw. der Rotor gelagert. Die „Turbine“ steht bzw. ist als Stator gehäusefest. Die Übertragbarkeit von Überlegungen des einen Technikgebietes sind nicht auf das andere Technikgebiet übertragbar.For understanding, it is important to differentiate between conventional torque converters. Torque converters are so different that bearing concepts cannot be transferred. For example, the converter is driven by a pump wheel and is the housing. A turbine is usually mounted there. In the retarder, however, the pump wheel or rotor is mounted. The "turbine" is fixed to the housing as a stator. The transferability of considerations from one technical field cannot be transferred to the other technical field.
Weitere Ausführungsformen sind denkbar, so wie solche, bei denen das Lager als ein Axiallager ausgebildet ist, insbesondere als ein Axialwälzlager, wie ein Nadellager und/oder ein Kegelrollenlager / Schrägkugellager.Further embodiments are conceivable, such as those in which the bearing is designed as an axial bearing, in particular as an axial rolling bearing, such as a needle bearing and/or a tapered roller bearing/angular contact ball bearing.
Auf erprobte und kostengünstige Bauteile lässt sich zurückgreifen, wenn Wälzkörper des Axiallagers im Betrieb beidseitig in Lagerschalen oder zumindest einseitig abwälzen. Nur diese Lagerschale(n) ist/sind dann gehärtet auszuführen und die angrenzenden Blechteile können ungehärtet verbleiben.Tried and tested, cost-effective components can be used if the rolling elements of the axial bearing roll in bearing shells on both sides or at least on one side during operation. Only this bearing shell(s) must then be hardened and the adjacent sheet metal parts can remain unhardened.
Es hat sich auch bewährt, wenn der Rotor über eine Steckverzahnung mit einer Antriebswelle verbindbar ist oder verbunden ist. Selbst hohe Drehmomente lassen sich dann übertragen und die Montage vereinfacht sich erheblich.It has also proven to be effective if the rotor can be connected to a drive shaft via a spline. Even high torques can then be transmitted and assembly is made much easier.
Für das Lagerkonzept ist es auch von Vorteil, wenn die Steckverzahnung so gestaltet ist und auf eine Gegensteckverzahnung der Antriebswelle abgestimmt ist, dass sie eine radiale Zentrierung bedingt / hervorruft / erzwingt.It is also advantageous for the bearing concept if the spline is designed and matched to a mating spline on the drive shaft in such a way that it causes/enforces radial centering.
Wenn die Steckverzahnung an einem mit dem Rotor fest verbundenen separaten Koppelbauteil ausgebildet ist oder an einem integralen Abschnitt des Rotors ausgebildet ist, so kann einerseits die Montage vereinfacht werden und andererseits die Anzahl der Einzelbauteile reduziert werden.If the spline is formed on a separate coupling component that is firmly connected to the rotor or is formed on an integral section of the rotor, assembly can be simplified on the one hand and the number of individual components can be reduced on the other.
Dabei hat es sich auch bewährt, wenn der Rotor im Betrieb mit einem Stator zusammenwirkt, welche beide aus Blechmaterial aufgebaut sind. Das Gesamtgewicht des Retarders wird dadurch erheblich gesenkt, insbesondere im Vergleich zu herkömmlichen Gussbauteilen.It has also proven to be effective when the rotor works together with a stator, both of which are made of sheet metal. This significantly reduces the overall weight of the retarder, especially in comparison to conventional cast components.
Um ein gutes Funktionieren des Retarders zu gewährleisten, ist es auch von Vorteil, wenn im Stator Blechschaufeln vorhanden sind, die beispielsweise form-, kraft- und/oder stoffschlüssig dort angebunden sind.In order to ensure that the retarder functions properly, it is also advantageous if the stator contains sheet metal blades that are connected there in a form-fitting, force-fitting and/or material-fitting manner.
Eine vorteilhafte Ausführungsform ist auch dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Stator und dem Gehäuse Dichtungen zum Ausbilden von einander getrennter Kammern vorhanden sind, und auf der radialen Innenseite eine Dichtung zum Hervorrufen einer Abdichtung zur Antriebswelle vorhanden ist.An advantageous embodiment is also characterized in that seals are provided between the stator and the housing to form separate chambers, and a seal is provided on the radial inner side to create a seal with respect to the drive shaft.
Letztlich betrifft die Erfindung auch einen Antriebsstrang eines Nutzfahrzeugs, wie eines Lkws, mit einer Antriebswelle, die zur Drehmomentweitergabe mit einem erfindungsgemäßen Retarder verbunden ist.Finally, the invention also relates to a drive train of a commercial vehicle, such as a truck, with a drive shaft which is connected to a retarder according to the invention for torque transmission.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein im Längshalbschnitt dargestelltes Gesamtkonzept eines erfindungsgemäßen Retarders bzw. erfindungsgemäßen Retarderantriebsstrangs, -
2 ein erstes Lagerkonzept mit einem Axialwälzlager zwischen dem Retarderrotor / Rotor und dem den Retarder beherbergenden Gehäuse / Retardergehäuse, wobei anstelle eines Kegelrollenlagers auch ein Radiallager mit axialem Schiebesitz denkbar ist, und -
3 ein zweites Lagerkonzept zur Darstellung eines vollständig gekapselten Systems.
-
1 an overall concept of a retarder according to the invention or a retarder drive train according to the invention shown in longitudinal section, -
2 a first bearing concept with an axial roller bearing between the retarder rotor / rotor and the housing / retarder housing housing the retarder, whereby instead of a tapered roller bearing, a radial bearing with an axial sliding seat is also conceivable, and -
3 a second bearing concept to represent a completely encapsulated system.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Merkmale der einzelnen Ausführungsformen können untereinander ausgetauscht werden oder sich ergänzen.The figures are merely schematic in nature and are intended only to assist in understanding the invention. The same elements are provided with the same reference numerals. Features of the individual embodiments can be interchanged or complementary.
In
Der Rotor 3 stützt sich am Gehäuse 4 über ein Lager 5 ab. Das Lager 5 ist als Axialwälzlager 6 ausgebildet, nämlich als Nadellager.The
Der Rotor 3 wird durch einen Stator 7 ergänzt. Der Stator 7 ist genauso wie der Rotor 3 aus Blechmaterial aufgebaut. Im Inneren des Stators 7 sind aus Blech gefertigte Schaufeln befestigt.The
Auf der radialen Innenseite des Rotors 3 befindet sich ein Koppelbauteil 8, das eine radiale Innenverzahnung 9 besitzt. Diese Innenverzahnung 9 ist als Steckverzahnung 10 ausgebildet und greift in eine Gegensteckverzahnung 11 einer Antriebswelle 12.On the radial inside of the
Durch den Einsatz von Dichtungen 13 werden Kammern 14 geschaffen. Eine (Zusatz-)Dichtung 15 befindet sich auf der radialen Innenseite des Rotors 3 und dichtet zur Außenoberfläche der Antriebswelle 12 ab. Es gibt auch ein Kegelrollenlager 16, das die Antriebswelle 12 am Gehäuse 4 abstützt. Alternativ ist auch ein Radiallager mit axialem Schiebesitz denkbar.
Dabei gibt es, wie in der
Während in der Ausführungsform nach
Es gibt ferner in der Ausführungsform nach
In der Ausführungsform nach
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- AntriebsstrangDrivetrain
- 22
- RetarderRetarder
- 33
- Rotorrotor
- 44
- GehäuseHousing
- 55
- Lagercamp
- 66
- AxialwälzlagerAxial rolling bearings
- 77
- Statorstator
- 88th
- KoppelbauteilCoupling component
- 99
- InnenverzahnungInternal gearing
- 1010
- SteckverzahnungSpline connection
- 1111
- GegensteckverzahnungCounter-spline
- 1212
- Antriebswelledrive shaft
- 1313
- Dichtungpoetry
- 1414
- Kammerchamber
- 1515
- (Zusatz-)Dichtung(Additional) seal
- 1616
- KegelrollenlagerTapered roller bearings
- 1717
- axiales Spielaxial play
- 1818
- ZusatzbauteilAdditional component
- 1919
- VerzahnungGearing
- 2020
- LagerschaleBearing shell
- 2121
- SchweißverbindungWelded joint
- 2222
- TellerfederDisc spring
- 2323
- ZusatzaxiallagerAdditional axial bearing
- 2424
- AbdeckblechCover plate
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