DE3722477C1 - Hydrodynamischer Retarder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Retarder gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Derartige Retarder werden, insbesondere beim Einsatz in Kraftfahrzeugen oder in Anlagen mit stark wechselndem Betrieb, durch Füllen und Entleeren ein- und ausgeschaltet. Dazu wird die Arbeitsflüssigkeit durch entsprechende Kanäle sowie einer vorgeschalteten Steuereinrich­ tung dem Arbeitsraum des Retarders zugeleitet. Die Entnahme der Arbeitsflüssigkeit aus dem Arbeitsraum folgt vorzugsweise über den Spalt zwischen dem Rotor- und dem Statorschaufelrad nach radial außen hin.

Aus der DE-PS 35 11 795 ist ein Retarder bekannt, bei dem die Arbeitsflüssigkeit durch Kanäle in den Schaufeln des Stators direkt in den sogenannten Kernring des Retarders eingeleitet wird. Dort nämlich herrscht innerhalb der Strömung der ge­ ringste Druck. In der Regel ist dort sogar während des Betriebs ein nicht von der Arbeitsflüssigkeit gefüllter Hohlraum vorhan­ den, so daß mit nur geringem Energieaufwand aus einer Füllpumpe der Retarder gefüllt werden kann. Die zur Füllung des Arbeits­ raumes erforderlichen Kanäle sind entweder direkt in die Be­ schaufelung eingegossen oder nachträglich eingeschweißt. In jedem Falle ist eine Kanalführung durch die Schaufeln mit einer empfindlichen örtlichen Verdickung der betreffenden Schaufeln verbunden, was zu einer beträchtlichen Störung der Strömung durch die Beschaufelung führt. Der Fachmann weiß nämlich, daß auch bei einem Retarder, dessen Strömung vollständig durch Ver­ wirbelung in Wärme umgesetzt wird, die Leistungsaufnahme und das entwickelte Bremsmoment dadurch gesteigert werden können, wenn die Beschaufelung zu möglichst stoßfreier und ungestörter Strömung führt. Im Falle eingegossener Kanäle bedeutet dies sorgfältige Ausrundung der Dickenunterschiede in der Schaufel, was erhöhten Materialauwand und erhöhtes Gewicht bedeutet. Im Falle eingeschweißter Kanäle ist eine strömungsgünstige Ausbil­ dung innerhalb der Schaufeldicke nur mit ganz besonders hohem Fertigungsaufwand verbunden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den bekannten Retarder in der Weise zu verbessern, daß eine noch höhere Bremsleistung entwickelt wird, verbunden mit vereinfachter Herstellungsmög­ lichkeit.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruches 1 gelöst. Zum Füllen und Entleeren sind erfindungsge­ mäß zumindest an einem der beiden Schaufelräder, vorzugsweise am Rotorschaufelrad, langgestreckte Schlitze angebracht, und zwar Füllschlitze im radial inneren Bereich und Entleerschlitze im radial äußeren Bereich des betreffenden Schaufelrades. Da­ durch sind die Schaufeln selbst frei von strömungsbeeinflussen­ den Verdickungen durch Füll- oder Entleerkanäle. Die Schaufel­ räder stehen einander mit dem vollen Querschnittsprofil gegen­ über, so daß die Strömung möglichst stoßfrei von einem zum an­ deren Schaufelrad übertreten kann.

Aus der US-PS 21 26 751 ist zwar ein Retarder bekannt, bei dem die Zufuhr der Arbeitsflüssigkeit über Platten erfolgt, die mit Schlitzen versehen und beidseitig des Statroschaufelrades dreh­ bar angeordnet sind. Die Schlitze haben unterschiedliche Weite und kommen je nach Drehlage der Platten mit Kanälen zur Deckung, die in der Beschaufelung des Statorschaufelrades ein­ gegossen sind. Es handelt sich jedoch hierbei um Steuerschlitze zur Dosierung der dem Retarder zuströmenden Arbeitsflüssig­ keitsmenge.

Aus der DE-OS 16 75 246 ist ferner ein Retarder bekannt, dessen Schaufeln ebenfalls frei sind von Kanälen zum Füllen bzw. Ent­ leeren des Arbeitsraumes. Die Arbeitsflüssigkeit tritt dabei durch einen zwischen den Schaufelrädern gebildeten ringförmigen Spalt in den Arbeitsraum ein und über einen ebensolchen radial außen angeordneten Spalt wieder aus dem Arbeitsraum aus. Das Übertreten der Strömung von einem Schaufelrad in das andere ist dabei mit einer erheblichen Störung der Strömung verbunden. Die erfindungsgemäße Lösung dagegen reduziert derartige Störungen auf ein Minimum und gewährleistet dabei die Entwicklung einer optimalen Bremsleistung. Dies rührt daher, daß die hintere to­ rusförmige Oberfläche der durch zwei Schaufeln gebildeten Kam­ mern nicht durch Spalte oder etwa kreisrunde Bohrungen unter­ brochen ist. Die schlitzartige Ausbildung der Füll- und Ent­ leeröffnungen stört die zwischen zwei Schaufeln tosende Strö­ mung nur ganz minimal, nämlich nur in einem Umfangsbereich, der der Breite der Schlitze entspricht.

In den Unteransprüchen sind konstruktive Ausgestaltungen der Erfindung angegeben. Die Füll- und Entleerschlitze werden vor­ zugsweise am Rotorschaufelrad angebracht, wobei die Füll­ schlitze, in Drehrichtung gesehen, hinter der jeweiligen Schau­ fel am radial inneren Bereich angebracht sind, während die Ent­ leerschlitze, in Drehrichtung gesehen, vor der Schaufel im ra­ dial äußeren Bereich des Arbeitsraumes angebracht sind. Die Schlitze folgen dabei jeweils der Richtung der Schaufeln und sind im wesentlichen radial gerichtet. Die Anzahl der Füll­ schlitze richtet sich vorzugsweise danach, wie schnell der Re­ tarder gefüllt werden soll, die Anzahl der Entleerschlitze richtet sich nach der entwickelten Bremsleistung, d.h. nach dem für die Abfuhr der entwickelten Bremswärme erforderlichen Flüs­ sigkeitsdurchsatz. Eine günstige Verteilung der Schlitze ergibt sich, wenn hinter bzw. vor jeder zweiten Schaufel des Rotor­ schaufelrades Füll- und Entleerschlitze angeordnet sind. In den Ansprüchen 7 bis 11 sind Angaben über bevorzugte Winkelbereiche für die Anordnung der Schlitze innerhalb des Profilquerschnittes angegeben, ferner Verhältniswerte zwischen der radialen Er­ streckung des Profilquerschnittes, der Schaufeldicke und der Schlitzbreite. Gemäß Anspruch 12 ist auf der dem Retardergehäu­ se zugewandten Rückseite des Rotorschaufelrades im Umfangsbe­ reich zwischen den Füll- und Entleerschlitzen eine gegenüber dem Retardergehäuse berührungsfreie Labyrinthdichtung vorgese­ hen. Auf diese Weise soll ein Übertreten von Arbeitsflüssigkeit vom radial inneren zum radial äußeren Bereich des Rotorschau­ felrades auf dessen Außenseite unterbunden werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Re­ tarder,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Rotorschaufelrad,

Fig. 3 einen Zylinderschnitt durch die Beschaufelung des Rotorschaufelrades entlang der Linie III in Fig. 2.

In der Fig. 1 ist ein Retardergehäuse 1 mit einem drehfest darin angeordneten Statorschaufelrad dargestellt, dem ein auf einer Retarderwelle 4 befestigtes Rotorschaufelrad 3 gegenüber­ liegt. Die Arbeitsflüssigkeit wird dem Retarder durch einen Zulaufkanal 5 über eine nicht dargestellte Steuereinrichtung zunächst in einen ringförmigen Verteilerraum 6 zugeführt und durch einen Austrittskanal 7 wieder abgeführt. Am Rotorschau­ felrad befinden sich im radial inneren Bereich nahe dem Ver­ teilerraum 6 Füllschlitze 8 sowie am radial äußeren Bereich Entleerschlitze 9, die sich jeweils über einen bestimmten Win­ kelbereich erstrecken und der Richtung der Rotorschaufeln 11 folgen. Zwischen dem Rotorschaufelrad 3 und dem Statorschaufel­ rad 2 befindet sich ein torusförmiger Arbeitsraum 10, der über die Füll- und Entleerschlitze 8 und 9 gefüllt und entleert wird.

In den Fig. 2 und 3 ist das Rotorrad in einem Längsschnitt sowie einem Zylinderschnitt gezeigt. Die Füllschlitze 8 begin­ nen bei einem etwa von der offenen Stirnseite des Rotorschau­ felrades 3 ausgehenden Winkel a zwischen 15 und 30 Grad und erstrecken sich über einen Winkel b, der zwischen 30 und 60 Grad liegt. Sinngemäß gehen die im radial äußeren Profilbereich angeordneten Entleerschlitze 9 von einem Winkel c zwischen 10 und 20 Grad aus und weisen eine Winkelerstreckung d zwischen 30 und 60 Grad auf. Die Füllschlitze 8 befinden sich hinter, die Entleerschlitze 9 dagegen jeweils vor einer Rotorschaufel 11, jeweils in Drehrichtung gesehen. Die Breite der Füll- und Ent­ leerschlitze 8 und 9 beträgt etwa das Ein- bis Dreifache der Dicke s der Rotorschaufel 11, wobei das Verhältnis der Schau­ feldicke s zur radialen Profilhöhe h zwischen 1 : 30 und 1 : 35 beträgt, vorzugsweise 1 : 32. Die radiale Profilhöhe h setzt sich zusammen aus einem radial äußeren Bogenbereich m, einem radial inneren Bogenbereich n und einem ebenen Zwischenbereich e. Das Verhältnis dieses Maßes e zur gesamten Profilhöhe h be­ trägt etwa 1 : 20.

Claims (12)

1. Hydrodynamischer Retarder, mit einem mit der zu bremsenden Welle verbundenen Rotorschaufelrad (3) und einem drehfesten Statorschaufelrad (2), die in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind und gemeinsam mindestens einen torusför­ migen Arbeitsraum (10) bilden sowie eine Einrichtung auf­ weisen zum Füllen und Entleeren des Arbeitsraumes (10) mit Arbeitsflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß zum Füllen und Entleeren des Arbeitsraumes (10) zumindest an einem der beiden Schaufelräder (2, 3) schlitzförmige Öffnungen (8, 9) vorgesehen sind.

2. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schlitze (8, 9) am Rotorschaufelrad (3) angeordnet und dauernd geöffnet sind.

3. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schlitze (8) für den Eintritt der Ar­ beitsflüssigkeit in den Arbeitsraum (10) im radial inneren Profilbereich des Arbeitsraumes (10) und in Drehrichtung hinter den jeweiligen Schaufeln (11) angebracht sind.

4. Hydrodynamischer Retarder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im radial äußeren Profilbereich Entleerschlitze (9) in Umfangsrichtung vor den jeweiligen Schaufeln (11) angebracht sind.

5. Hydrodynamischer Retarder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Füll- und Entleerschlitze (8, 9) der Richtung der Schaufeln (11) folgend im wesentli­ chen radial verlaufen.

6. Hydrodynamischer Retarder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Füll- und Entleerschlitze (8, 9) hinter bzw. vor jeder zweiten Schaufel (11) des Ro­ torschaufelrades (3) angeordnet sind.

7. Hydrodynamischer Retarder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllschlitze (8) im radial inneren Profilbereich des Arbeitsraumes (10), ausgehend von einer durch die Stirnseite des Rotorschaufelrades (3) defi­ nierten Achs-Normalebene und in einer durch die Rotordreh­ achse gelegten Bezugsebene liegenden Winkelbereich a zwi­ schen 15 und 30 Grad beginnen und sich über einen Winkelbe­ reich b von 30 bis 60 Grad erstrecken.

8. Hydrodynamischer Retarder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Entleerschlitze (9) im ra­ dial äußeren Profilbereich, ausgehend von einer durch die Stirnseite des Rotorschaufelrades (3) definierten Achs-Nor­ malebene und in einer durch die Rotordrehachse gelegten Bezugsebene liegenden Winkelbereich c zwischen 10 und 20 Grad beginnen und sich über einen Winkelbereich d von 30 bis 60 Grad erstrecken.

9. Hydrodynamischer Retarder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite f der Füll- und Ent­ leerschlitze (8, 9) etwa das Ein- bis Dreifache der Schau­ feldicke s beträgt.

10. Hydrodynamischer Retarder nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Erstreckung h des Arbeitsraumprofiles zusammengesetzt ist aus einem radial äußeren Bogenbereich (m) und einem radial inneren Bogenbe­ reich (n) sowie einem dazwischenliegenden ebenen Bereich mit der radialen Erstreckung e, wobei das Verhältnis e zu h etwa 1 : 20 beträgt.

11. Hydrodynamischer Retarder nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Schau­ feldicke s zur radialen Erstreckung h des Arbeitsraumes etwa zwischen 1 : 30 und 1 : 35, vorzugsweise 1 : 32 be­ trägt.

12. Hydrodynamischer Retarder nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Rotorschaufelrad (3) im Umfangsbereich zwischen den Füllschlitzen (8) und den Ent­ leerschlitzen (9) auf der dem Bremsengehäuse (1) zuge­ wandten Rückseite eine gegenüber dem Bremsengehäuse (1) berührungsfreie Labyrinthdichtung (12) aufweist.