DE19942553A1 - Hydrodynamischer Retarder - Google Patents
Hydrodynamischer RetarderInfo
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Abstract
Es wird ein hydrodynamischer Retarder bei Kraftfahrzeugen, insbesondere Nutzkraftfahrzeugen, beschrieben, mit einer Rotoreinheit und einer Statoreinheit, wobei die Rotoreinheit mit einer Rotorwelle (19) und einem Rotorschaufelrad (22) ausgebildet ist, welches gegenüber einem Retardergehäuse (23) drehbar gelagert ist, und wobei ein Zwischenraum (24) zwischen einer Außenkontur des Rotorschaufelrades (22) und dem Retardergehäuse (23) ausgebildet ist. Der Zwischenraum (24) ist als eine Pumpe mit einer Fluidzuführung (25) und einer Fluidabführung (26) ausgebildet.
Description
Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Retarder
nach der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher defi
nierten Art.
Hydrodynamische Retarder sind hinlänglich bekannt,
beispielsweise aus der deutschen Veröffentlichung Dubbel,
"Taschenbuch für den Maschinenbau", 18. Auflage, Seiten R49
bis R53. Derartige Retarder werden durch Füllen und Entlee
ren eines beschaufelten Arbeitskreislaufs mit einem Be
triebsfluid ein- oder ausgeschaltet, wobei die Verwendung
von Retardern als verschleißfreie Dauerbremsen besonders
vorteilhaft und daher häufig ist.
Beispielsweise aus der DE 197 51 776 A1 und der
DE 196 46 598 A1 sind Retarder als hydrodynamische Bremsen
bekannt, die mit einer Rotoreinheit versehen sind, die mit
dem Getriebe des Fahrzeugs verbindbar ist und zum Abbremsen
des Fahrzeugs die mechanische Energie des Getriebes in die
Energie einer Flüssigkeit umwandelt, die ihrerseits in der
Rotoreinheit in Wärme umgesetzt wird, wodurch die gewünsch
te Bremskraft erzeugt wird. Damit ist ein verschleißfreies
Bremsen ohne Abnutzung von Bremsbelägen oder dergleichen
Verschleißteile möglich.
Hydrodynamische Retarder können entweder zusätzlich an
dem abzubremsenden Getriebe angeordnet oder bereits in die
ses integriert sein. Bei einer üblichen Anordnung des hy
drodynamischen Retarders ist dieser in einem Getriebe, vor
zugsweise von Nutzfahrzeugen, integriert und von einer Ge
triebeabtriebswelle angetrieben, wobei das Betriebsfluid Öl
aus einem Getriebeölsumpf darstellt.
Hinsichtlich seiner Konstruktion und Funktionsweise
ist ein Retarder mit einem hydrodynamischen Wandler ver
gleichbar, der in umgekehrter Arbeitsrichtung eingesetzt
wird. Die bekannten hydrodynamischen Retarder sind übli
cherweise mit der Rotoreinheit und einer Statoreinheit aus
gebildet. Dabei ist die Rotoreinheit mit einer Rotorwelle
und einem Rotorschaufelrad ausgebildet, das gegenüber dem
Rotorgehäuse drehbar gelagert ist, wobei ein Zwischenraum
zwischen einer Außenkontur des Rotorschaufelrades und dem
Retardergehäuse ausgebildet ist. Die Statoreinheit ist wie
derum mit einem Statorschaufelrad ausgebildet, das zu dem
Rotorschaufelrad beabstandet angeordnet ist und mit diesem
zusammenarbeitet.
Die Rotoreinheit des Retarders ist hierbei mit der Ab
triebswelle des Getriebes verbunden, während die Statorein
heit fest an einem Retarder- oder Getriebegehäuse angeord
net ist. Das zwischen Rotorschaufelrad und Statorschaufel
rad befindliche Betriebsfluid wird infolge der Beaufschla
gung mit einem Drehmoment von der Rotoreinheit ähnlich wie
bei einer Pumpe angetrieben und zirkuliert so in dem Ar
beitskreislauf des Retarders. Das dabei dem Betriebsfluid
abverlangte Moment wird herangezogen, um das Getriebe abzu
bremsen, wobei stets eine gewisse Differenzdrehzahl auf
rechterhalten werden muß.
Die infolge der Verzögerung bzw. der Abbremsung des
Rotors vernichtete kinetische Energie führt zu einer Erwär
mung des Getriebeöls. Um eine Überhitzung des Retarders zu
verhindern, muß das erwärmte Getriebeöl beim Durchlaufen
eines Wärmetauschers bzw. Kühlers in entsprechender Weise
abgekühlt werden.
Zum Abführen der Wärme, welche im Retarder erzeugt
wird, ist üblicherweise ein Kreislaufsystem mit einem Kühl
kreislauf vorgesehen, welcher den Retarder mit seiner Sta
toreinheit und Rotoreinheit und den Kühler umfaßt. Im akti
vierten Zustand des Retarders ist dieser Kühlkreislauf ge
schlossen, wobei über ein Regelventil und eine Retarderpum
pe Betriebsfluid nachgeführt wird, welches durch Leckage
verloren geht, um den Füllstand im System aufrechtzuerhal
ten. In einem deaktivierten Zustand des Retarders wird das
Getriebeöl von der Retarderpumpe unter Umgehung der Rotor-
und Statoreinheit des Retarders durch den Kühler gefördert
und anschließend in den Getriebeölsumpf zurückgeführt. Der
Kühler im Kühlkreislauf des Retarders ist ein an sich be
kannter Wärmetauscher, der mit einem Kühlwassersystem des
Motors in Verbindung steht.
Ein besonderes Problem ist jedoch die begrenzte För
dermenge der Retarderpumpe, welche von einer Abtriebswelle
des Getriebes angetrieben wird, und das von der Fördermenge
abhängige Vermögen des Kühlers, das Getriebeöl zu kühlen.
Insbesondere bei einem Fahrzustand mit niedriger Fahr
zeuggeschwindigkeit und hoher Last, wie er beispielsweise
bei einer Bergauffahrt gegeben ist, wird aufgrund der hohen
Leistung des Getriebes eine große Wärmemenge produziert,
während die Retarderpumpe entsprechend der Drehzahl der
Abtriebswelle nur eine geringe Fördermenge aufbringt.
Aufgrund des durch die Fördermenge bedingten schlechten
Wirkungsgrades des Wärmetauschers erwärmt sich das Getrie
beöl sehr schnell und erreicht dabei Öltemperaturen, welche
die Öllebensdauer deutlich reduzieren.
Um akzeptable Öltemperaturen auch unter extremen Fahr
bedingungen einhalten zu können, ist es erforderlich, die
Retarderpumpe entsprechend groß zu dimensionieren, was zu
einem erhöhten Platzbedarf bei einem - insbesondere bei
retarderintegrierter Anordnung der Retarderpumpe - sehr
begrenzten Bauraum führt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
die durch den Retarder geführte Fördermenge an Betriebs
fluid auf einfache Art und Weise zu erhöhen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem hydrody
namischen Retarder gemäß den Merkmalen des Patentanspru
ches 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen hydrodynamischen Retarder
ergibt sich der Vorteil, daß eine Pumpe in einem ohnehin
vorhandenen Raum integriert wird, so daß die Förderleistung
in dem Retarderkreislauf erhöht werden kann, ohne eine bis
herige separate Pumpe zu vergrößern oder eine zweite Pumpe
vorzusehen.
Mit der Erhöhung der Fördermenge an Betriebsfluid kann
der Volumenstrom durch den Wärmetauscher erhöht werden,
wodurch dessen Wirkungsgrad und damit die Getriebekühlung
insbesondere bei Langsamfahrt deutlich verbessert wird.
Eine niedrigere Temperatur des Betriebsfluids, welches
z. B. Getriebeöl sein kann, verlängert wiederum dessen Le
bensdauer, wodurch die Verschleißneigung von weiteren mit
diesem Betriebsfluid kontaktierten Bauelementen reduziert
wird.
Bei entsprechender Anpassung des Hydrauliksystems des
Retarders kann die erfindungsgemäß angeordnete Pumpe auch
die Funktion der Retarderpumpe übernehmen.
Weitere Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus dem nachfol
gend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Aus
führungsbeispiel.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Kreislaufsy
stems eines erfindungsgemäßen hydrodynami
schen Retarders und
Fig. 2 einen vereinfachten Längsschnitt durch den
Retarder gemäß Fig. 1.
Bezug nehmend auf Fig. 1 ist schematisch ein Retar
der 1 dargestellt, welcher in ein Getriebe eines Nutzkraft
fahrzeuges integriert ist.
Der Retarder 1 ist im bremsaktivierten Zustand, d. h.
bei einer Verzögerungseinwirkung auf das Getriebe, über ein
Umschaltventil 2 mit einem einen Wärmetauscher darstellen
den Kühler 3 verbunden, wobei sich ein geschlossener Ar
beitskreislauf bzw. Kühlkreislauf 4 ausbildet. In diesem
Arbeitskreislauf 4 zirkuliert das Getriebeöl als Betriebs
fluid infolge des von einer Rotoreinheit 5 des Retarders 1
beim Abbremsen des Getriebes aufgebrachten Moments. In dem
Kühler 3, der mit einem symbolisch dargestellten Motorkühl
system 6 in Verbindung steht, wird das von dem Retarder 1
erhitzte Getriebeöl abgekühlt, indem die Wärme an ein Mo
torkühlwasser abgegeben wird.
Im nicht bremsaktivierten Zustand ist der Retarder 1
von dem Getriebeöl entleert. Um anlaufen zu können, wird
eine bestimmte Startmenge an Getriebeöl benötigt, die von
einem Ölspeicher 7 kurzfristig zur Verfügung gestellt wird,
nachdem das Umschaltventil 2 den Arbeitskreislauf 4
schließt. Bei Aktivierung des Retarders 1 wird der Ölspei
cher 7 von einem Fahrer mittels einer hier nicht näher dar
gestellten Druckluftvorrichtung betätigt, wobei die erfor
derliche Startmenge an Getriebeöl in den Arbeitskreislauf 4
gepumpt wird, so daß der Retarder 1 anlaufen kann.
Die Bremsleistung des Retarders 1 hängt im wesentli
chen von der in dem Retarder 1 bzw. im Arbeitskreislauf 4
zur Verfügung stehenden Menge an Getriebeöl ab. Die Brems
leistung wird über eine Bremsstufenwahl 8 mit einer Stufen
regelung von dem Fahrer gewählt. Hierzu ist ein mit der
Bremsstufenwahl 8 verbundenes Steuerventil 9 vorgesehen,
das wiederum auf ein Regelventil 10 einwirkt. Dieses Regel
ventil 10 steht einerseits über eine Speiseleitung 11 mit
dem Arbeitskreislauf 4 und andererseits über eine Retarder
pumpe 12 mit einem Getriebesumpf 13 in Verbindung. Die ei
ner gewählten Bremsstufe und somit einer bestimmten Brems
leistung entsprechende Menge an Getriebeöl wird von der
geschwindigkeitsabhängig arbeitenden Retarderpumpe 12 aus
dem Getriebesumpf 13 gefördert und über das Regelventil 10
dem Arbeitskreislauf 4 zugeführt.
Die Retarderpumpe 12 und das Regelventil 10 führen
während des Bremsbetriebs des Retarders 1 dem Arbeitskreis
lauf 4 stets eine gewisse Ölmenge zu, um die beim Retar
der 1 auftretende Leckage (schematisch dargestellt durch
eine Leckageleitung 14) in den Getriebesumpf 13 auszuglei
chen. Diese treten auf, da beim Retarder 1 kein Bedarf an
hochwertigen Dichtungen besteht, zumal sich der Getrie
besumpf 13 in der Realität in unmittelbarer Nähe des Ge
triebes und des Retarders 1 befindet.
Im nicht bremsaktivierten Zustand des Retarders 1 ist
das Umschaltventil 2, wie dies in Fig. 1 die gestrichelten
Linien schematisch darstellen, so geschaltet, daß der Küh
ler 3 über eine Zufuhrleitung 15 direkt mit der Retarder
pumpe 12 und dem Getriebesumpf 13 in Verbindung steht. Nach
dem Kühler 3 wird das von der Retarderpumpe 12 geförderte
Getriebeöl über eine Abfuhrleitung 16 wieder in den Getrie
besumpf 13 zurückgeführt. Die Abfuhrleitung 16 weist ein
Druckhalteventil 17 auf, um gegenüber dem Kühler 3 zu Zwec
ken einer einwandfreien Funktion einen gewissen Gegendruck
aufrechtzuerhalten.
Fig. 2 zeigt den Retarder 1 detaillierter, wobei er
sichtlich ist, daß die Rotoreinheit 5 mit einer beabstandet
zu der Rotoreinheit 5 angeordneten Statoreinheit 18 zusam
menarbeitet. Die Rotoreinheit 5 ist mit einer in Abhängig
keit von einer Fahrzeuggeschwindigkeit rotierenden Rotor
welle 19 ausgebildet, welche parallel zu einer Abtriebswel
le 20 angeordnet ist und von dieser über eine Hochtreiber
stufe 21 angetrieben ist.
Auf der Rotorwelle 19 sitzt ein Rotorschaufelrad 22,
welches gegenüber einem Retardergehäuse 23, welches in der
dargestellten Ausführung gleichzeitig Bestandteil eines
Getriebegehäuses ist, drehbar gelagert ist.
Zwischen einer Außenkontur des Rotorschaufelrades 22
und dem Retardergehäuse 23 ist ein Zwischenraum 24 ausge
bildet, welcher als Pumpe mit einer Fluidzuführung 25 und
einer zu dem Kühler 3 führenden Fluidabführung 26 erfin
dungsgemäß ausgebildet werden kann.
Die durch den Zwischenraum 24 gebildete Pumpe, welche
zusätzlich zu der Retarderpumpe 12 vorgesehen ist, arbeitet
nach dem Prinzip einer Kreiselpumpe. Hierzu ist die
Fluidzuführung 25, in der Öl angesaugt wird, in einem der
Mittelachse 19A der Rotorwelle 19 zugewandten Bereich und
die Fluidabführung 26 in einem radialen Randbereich des
Zwischenraumes 24 angeordnet. An der Außenkontur des Rotor
schaufelrades 22 sind Laufschaufeln 27 ausgebildet, welche
in den Zwischenraum 24 greifen, um zusammen mit der bei
Rotation gegebenen Zentrifugalkraft Betriebsfluid von der
Fluidzuführung 25 zu der Fluidabführung 26 zu drücken.
Die durch den Zwischenraum 24 gebildete Pumpe kann da
bei elektronisch derart angesteuert werden, daß sie in ei
nem bremsaktivierten Zustand des Retarders 1 unterhalb ei
nes vorgegebenen Grenzwertes einer Abtriebsdrehzahl oder
oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes einer Fluidtempera
tur zuschaltbar ist, so daß z. B. bei Langsamfahrt der Vo
lumenstrom durch den Kühler 3 erhöht wird.
Wenngleich der Zwischenraum 22 hier nach dem Prinzip
einer Kreiselpumpe arbeitet, so ist es selbstverständlich
auch möglich, den Zwischenraum 22 mit entsprechenden Ein
bauten in einer alternativen Ausführung als Verdrängerpumpe
auszugestalten.
1
Retarder
2
Umschaltventil
3
Kühler, Wärmetauscher
4
Arbeitskreislauf, Kühlkreislauf
5
Rotoreinheit
6
Motorkühlsystem
7
Ölspeicher
8
Bremsstufenwahl
9
Steuerventil
10
Regelventil
11
Speiseleitung
12
Retarderpumpe
13
Getriebesumpf
14
Leckageleitung
15
Zufuhrleitung
16
Abfuhrleitung
17
Druckhalteventil
18
Statoreinheit
19
Rotorwelle
19
A Mittelachse Rotorwelle
20
Abtriebswelle
21
Hochtreiberstufe
22
Rotorschaufelrad
23
Retardergehäuse, Getriebegehäuse
24
Zwischenraum, Pumpe
25
Fluidzuführung
26
Fluidabführung
27
Laufschaufel
Claims (11)
1. Hydrodynamischer Retarder bei Kraftfahrzeugen, ins
besondere Nutzkraftfahrzeugen, mit einer Rotoreinheit und
einer Statoreinheit, wobei die Rotoreinheit mit einer Ro
torwelle und einem Rotorschaufelrad ausgebildet ist, wel
ches gegenüber einem Retardergehäuse drehbar gelagert ist,
und wobei ein Zwischenraum zwischen einer Außenkontur des
Rotorschaufelrades und dem Retardergehäuse ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischen
raum (24) als eine Pumpe mit einer Fluidzuführung (25) und
einer Fluidabführung (26) ausgebildet ist.
2. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Fluidabführung (26)
zu einem Wärmetauscher (3) eines den Retarder (1) und den
Wärmetauscher (3) umfassenden Arbeitskreislaufes (4) führt.
3. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die durch den
Zwischenraum (24) gebildete Pumpe zusätzlich zu einer wei
teren Retarderpumpe (12) vorgesehen ist.
4. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die durch den Zwischen
raum (24) gebildete Pumpe in einem aktivierten Zustand des
Retarders (1) unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes ei
ner Abtriebsdrehzahl und/oder oberhalb eines vorgegebenen
Grenzwertes einer Fluidtemperatur zuschaltbar ist.
5. Hydrodynamischer Retarder nach einem der Ansprü
che 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Zwischenraum (24) als eine Kreiselpumpe ausgebildet
ist, wobei die Fluidzuführung (25) in einem der Mittelach
se (19A) der Rotorwelle (19) zugewandten Bereich und die
Fluidabführung (26) in einem radialen Randbereich des Zwi
schenraumes (24) vorgesehen ist, und wobei an der Außen
kontur des Rotorschaufelrades (22) wenigstens eine in den
Zwischenraum (24) greifende Laufschaufel (27) angeordnet
ist.
6. Hydrodynamischer Retarder nach einem der Ansprü
che 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Rotorwelle (19) in Abhängigkeit von einer Fahrzeugge
schwindigkeit rotiert.
7. Hydrodynamischer Retarder nach einem der Ansprü
che 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Rotorwelle (19) parallel oder koaxial zu der Abtriebs
welle (20) angeordnet ist.
8. Hydrodynamischer Retarder nach einem der Ansprü
che 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die Rotorwelle (19) von einer Abtriebswelle (20) angetrie
ben ist.
9. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Rotorwelle (19) von
der Abtriebswelle (20) über eine Hochtreiberstufe (21) an
getrieben ist.
10. Hydrodynamischer Retarder nach einem der Ansprü
che 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß
das Retardergehäuse (23) Bestandteile eines Getriebegehäu
ses ist.
11. Hydrodynamischer Retarder nach einem der Ansprü
che 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß
der Retarder (1) integriert ist in ein Kreislaufsystem mit
dem Wärmetauscher als Kühler (3), der mit einem Motorkühl
system (6) in Verbindung steht, der Retarderpumpe (12) zur
Entnahme eines Getriebeöls als Betriebsfluid aus einem Ge
triebesumpf (13), mindestens einem Steuerventil (9) und/
oder einem Regelventil (10) zur Regulierung der von dem
Retarder (1) unter Ausbildung einer erforderlichen Brems
leistung benötigten Menge des Getriebeöls, und mit einem
Umschaltventil (2), das in einer Stellung, in welche der
Retarder (1) nicht bremsaktiviert ist, die Retarderpum
pe (12) mit dem Kühler (3) verbindet, so daß das Getriebeöl
aus dem Getriebesumpf (13) über den Kühler (3) in den Ge
triebesumpf (14) zurückgeführt wird, ohne den Retarder (1)
zu durchlaufen, und das in einer anderen Stellung, wenn der
Retarder (1) bremsaktiviert ist, den Kühler (3) mit dem
Retarder (1) unter Ausbildung eines geschlossenen Arbeits
kreislaufes (4) verbindet.
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