DE19942553A1 - Hydrodynamischer Retarder - Google Patents

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.

Bezugszeichen

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.