DE3738745A1

DE3738745A1 - HYDRODYNAMIC RETARDER

Info

Publication number: DE3738745A1
Application number: DE19873738745
Authority: DE
Inventors: Gerhard Kahlau
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 1987-11-14
Filing date: 1987-11-14
Publication date: 1989-06-01
Also published as: GB2212594B; GB2212594A; DE3738745C2; JPH01153825A; JPH0637906B2; GB8826470D0

Abstract

In a hydrodynamic retarder having at least two mutually opposite blade wheels (12, 14), which form a chargeable and dischargeable working space (16), the blading within a wheel is subdivided by sectors (A,B, Fig 2) into regions of one and the other direction of slant, that is on the rotor blade wheel and on the stator blade wheel. In this way, during the rotation of the rotor, zones of trailing blade position and zones of leading blade position alternate. This produces an equal operation of the retarder in both directions of rotation with a single rotor blade wheel, without additional structure or control outlay. To compensate for the resulting reduced average braking torque value, the profile diameter need only be increased slightly, since the power absorption increases proportionally to the 5th power of the diameter. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Retarder, insbe sondere für den Betrieb in beiden Drehrichtungen, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Retarder für eine bevorzugte Drehrichtung werden insbesondere bei Straßenfahrzeugen einge setzt, wobei auf eine vorzugsweise bei hohen Fahrgeschwindig keiten wirksame Bremswirkung in der anderen Fahrtrichtung ver zichtet wird. Für Schienenfahrzeuge, die gleichermaßen in bei den Fahrtrichtungen betrieben werden, sind Retarder in der Re gel in Getrieben so integriert, daß sie in beiden Fahrtrichtun gen mit derselben Drehrichtung angetrieben werden. Darüber hi naus gibt es noch weitere Anwendungsfälle, bei denen ein Retar der für beide Dreh- oder Bewegungsrichtungen gefordert wird, z.B. für Waggons oder stationäre Fördereinrichtungen.The invention relates to a hydrodynamic retarder, in particular special for operation in both directions of rotation, after Preamble of claim 1. Retarders for a preferred Direction of rotation are particularly used in road vehicles sets, preferably at a high speed effective braking effect in the other direction is canceled. For rail vehicles that are equally in at the directions of travel are retarders in the Re Gel integrated in gearboxes so that they move in both directions be driven with the same direction of rotation. Hi there There are also other applications where a retar which is required for both directions of rotation or movement, e.g. for wagons or stationary conveyors.

Es ist bekannt, daß die Beschaufelung eines Retarders eine hö here Bremswirkung hervorruft, wenn die Schaufeln eine gegen die Strömungs- bzw. Drehrichtung spießende Schrägstellung aufwei sen. Dies aber bedeutet für den Retarder eine Unsymmetrie be züglich der Drehrichtung, d.h. die hohe Bremswirkung ist nur in einer bevorzugten Drehrichtung erzielbar. Um dennoch in beiden Drehrichtungen gleich hohe Bremskräfte zu erzielen, sind fol gende Lösungen bekannt geworden: It is known that the blading of a retarder has a height here braking effect when the blades against the Inclined position facing the flow or direction of rotation sen. However, this means an asymmetry for the retarder regarding the direction of rotation, i.e. the high braking effect is only in a preferred direction of rotation achievable. To nevertheless in both Direction of rotation to achieve equally high braking forces are fol The following solutions have become known:

Aus der DE-PS 16 00 191 ist eine Beschaufelung mit gemischter Profilstuktur bekannt. Den Schaufeln eines Schaufelrades stehen jeweils Schaufeln wechselnder Schrägungsrichtung am anderen Schaufelrad gegenüber, so daß jeweils eine sogenannte spießende und schleppende Anordnung abwechseln.From DE-PS 16 00 191 is a blading with mixed Profile structure known. Stand the blades of a paddle wheel in each case blades with alternating helix direction on the other Paddle wheel opposite, so that a so-called skewer and alternate sluggish arrangement.

Aus der DE-PS 35 35 494 ist ein Retarder mit zwei ineinander liegenden Beschaufelungen bekannt. Die eine Beschaufelung ist mit einer Schrägungsrichtung für die eine, die andere Beschau felung mit einer Schrägungsrichtung für die andere Drehrichtung ausgebildet. Beide Schaufelräder werden zwar gleichzeitig ge füllt, aber nur die der jeweiligen Drehrichtung zugeordnete Beschaufelung entwickelt die hohe spezifische Bremswirkung.From DE-PS 35 35 494 is a retarder with two one inside the other horizontal blades known. Which is a blading with a bevel direction for one, the other inspection with an inclined direction for the other direction of rotation educated. Both paddle wheels are ge at the same time fills, but only the one assigned to the respective direction of rotation Blading develops the high specific braking effect.

Aus der DE-PS 27 57 240 ist ein doppelflutiger Retarder be kannt, dessen Arbeitsräume mit Schaufeln unterschiedlicher Schrägungsrichtung versehen sind. Mittels ortsfester bewegli cher Einrichtungen, die von der aus dem Arbeitsraum austreten den Strömung betätigt werden, wird jeweils derjenige Arbeits raum aktiviert, der für die momentane Drehrichtung das höhere Bremsmoment entwickelt.From DE-PS 27 57 240 is a double-flow retarder be knows whose work spaces with different shovels Direction of bevel are provided. By means of stationary mov facilities that emerge from the work area the flow are actuated, whichever is working room activated, the higher one for the current direction of rotation Braking torque developed.

Bekannt ist aus der DE-PS 30 00 664 ein Retarder, bei dem die gesamte Beschaufelung drehbar ausgebildet ist, nämlich jeweils paarweise zwei benachbarte Schaufeln sind mit einem Teil der Torusrückwand zu einer becherförmigen Anordnung zusammengefaßt und nach Art einer Windhose im Bereich der Schaufelrad-Stirn wand drehbar gelagert. Nachteilig bei dieser Anordnung ist vor allem die Vielzahl der beweglichen Teile, die sehr genau gefer tigt sein müssen, ferner das zu erwartende Geräusch mit ent sprechendem Verschleiß sowie erhöhte Herstellungskosten und Gewicht.From DE-PS 30 00 664 a retarder is known in which the entire blading is rotatable, namely each pairs of two adjacent blades are part of the Torus rear wall combined into a cup-shaped arrangement and like a wind pant in the area of the paddle wheel forehead wall rotatably mounted. The disadvantage of this arrangement is before especially the multitude of moving parts that are very precise must be eliminated, furthermore the expected noise talking wear and tear and increased manufacturing costs and Weight.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Retar ders für die Entwicklung hoher Bremsmomente in beiden Drehrich tungen bei einfacher und zuverlässiger Bauart unter dem Ge sichtspunkt kostengünstiger Herstellung.The object of the invention is to create a retar especially for the development of high braking torques in both turning directions with a simple and reliable design under the Ge viewpoint of cost-effective production.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.This object is solved by the features of claim 1.

Danach ist die Beschaufelung an jedem der einander benachbarten Schaufelräder - auf die Stirnseite in Achsrichtung gesehen - in Bereiche mit jeweils unterschiedlicher Schrägungsrichtung un terteilt. An jedem Schaufelrad wechseln sich Bereiche mit rechts- bzw. linksgerichteter Schrägung der Schaufeln ab. Da durch stehen einander während der Rotation des Retarders ab wechslungsweise Schaufelbereiche mit spießender und schleppen der Schaufelstellung gegenüber. Dies trifft für beide Drehrich tungen zu. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß durch die Unterteilung der Beschaufelung in die genannten Bereiche nur ein einziges Radpaar erforderlich ist, um den gleichwerti gen Betrieb in beiden Drehrichtungen herbeizuführen. Demzufolge ist auch die Zu- und Abfuhr der Arbeitsflüssgkeit besonders einfach, weil am Retarder selbst weder Steuervorgänge mittels beweglicher Einrichtungen noch weitere aufwendige Baumaßnahmen erforderlich sind.Thereafter, the blading on each of the adjacent paddle wheels - seen on the end face in the axial direction - is subdivided into areas with different directions of inclination. On each paddle wheel, areas alternate with the blades being inclined to the right or left. As opposed to each other during rotation of the retarder from alternate blade areas with spitting and dragging the blade position. This applies to both directions of rotation. The advantage of this arrangement is that the subdivision of the blading into the aforementioned areas only requires a single pair of wheels to bring about equivalent operation in both directions of rotation. As a result, the supply and removal of the working fluid is particularly simple, because neither control processes by means of movable devices nor further complex construction measures are required on the retarder itself.

Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, insbesondere bezüglich einer vorteilhaften Untertei lung der Beschaufelung in symmetrisch gleichmäßig verteilte Bereiche. Wird beispielsweise gemäß Anspruch 4 die Beschaufe lung in vier jeweils gleichgroße Bereiche mit 90 Grad-Teilung unterteilt, so tritt beim Übertreten der Schaufelbereiche des Rotorschaufelrades gegenüber denjenigen des Statorschaufelrades ein fortwährender Auf- und Abbau des Bremsmomentes ein, wobei der Übergang vom Minimal- zum Maximalwert zügig und stoßfrei erfolgt. Das effektiv erzielte Bremsmoment liegt dabei unter dem Wert, den ein Retarder gleichen Durchmessers mit nur ein seitig schräger Beschaufelung in der bevorzugten Drehrichtung erreichen würde. Es ist ein weiterer Vorzug der Erfindung, daß diese relative Leistungsminderung des Retarders auf einfachste Weise wieder ausgeglichen werden kann. Da nämlich die Leistung des Retarders mit der 5. Potenz des Profildurchmessers steigt, genügt es, den Durchmesser um etwa 32 Prozent zu erhöhen, um auf die besagte Leistung eines nur mit einseitig schräger Be schaufelung versehenen Retarders zu kommen. Der Vorteil liegt darin, daß dazu keine weiteren Maßnahmen und Einrichtungen, d.h. erhöhter Bauaufwand erforderlich ist.The subclaims relate to advantageous developments of the Invention, in particular with regard to an advantageous sub-part Blading of the blades in symmetrically evenly distributed Areas. For example, according to claim 4, the purchases in four equally sized areas with 90 degree division divided, so occurs when crossing the blade areas Rotor blade wheel compared to that of the stator blade wheel a continuous build-up and breakdown of the braking torque, whereby the transition from minimum to maximum value quickly and smoothly he follows. The braking torque actually achieved is below the value that a retarder of the same diameter with only one side oblique blading in the preferred direction of rotation would achieve. It is a further advantage of the invention that this relative reduction in performance of the retarder in the simplest Way can be balanced again. Because the performance of the retarder increases with the 5th power of the profile diameter, it suffices to increase the diameter by about 32 percent to the said performance of one with a bevel only on one side paddled retarder to come. The advantage is in the fact that no further measures and facilities i.e. increased construction effort is required.

Die im Anspruch 8 beschriebene Maßnahme betrifft einen Retarder mit einem Rotorschaufelrad, das beidseitig von einem Stator schaufelrad umgeben ist und zwei Arbeitsräume aufweist. Die Erfindung ist ferner geeignet für Retarder, deren Statorschau felrad gegensinnig zum Rotorschaufelrad drehbar ist.The measure described in claim 8 relates to a retarder with a rotor paddle wheel on both sides of a stator paddle wheel is surrounded and has two work rooms. The The invention is also suitable for retarders whose stator show is rotatable in the opposite direction to the rotor blade wheel.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung, die Aus führungsbeispiele zeigt, näher beschrieben. Es zeigtThe invention is described below with reference to the drawing shows examples of management, described in more detail. It shows

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen ein flutigen Retarder; Figure 1 is a schematic longitudinal section through a flood retarder.

Fig. 2 eine Stirnansicht in Richtung der Drehachse auf ein Statorschaufelrad; Figure 2 is an end view in the direction of the axis of rotation to a stator blade.

Fig. 3 einen Zylinderschnitt durch die Beschaufelung eines zweiflutigen Retarders, ähnlich der Schnittlinie III-III in Fig. 1. Fig. 3 a cylinder section through the blading of a double-flow retarder, similar to the sectional line III-III in FIG. 1.

Der in Fig. 1 dargestellte Retarder weist eine Antriebswelle 1 auf, die in einem Gehäuse 7 drehbar gelagert und auf der ein Rotorschaufelrad 2 mit Schaufeln 3 drehfest angeordnet ist. Dem Rotorschaufelrad 3 steht in einem Gehäuse 7 ein Statorschaufel rad 4 mit Schaufeln 5 gegenüber. Beide Räder 2, 4 und deren Beschaufelung 3, 5 bilden einen torusförmigen Arbeitsraum 6, der über einen Einlaßkanal 8 mit Arbeitsflüssigkeit füllbar und über einen Auslaßkanal 9 entleerbar ist. The retarder shown in FIG. 1 has a drive shaft 1 which is rotatably mounted in a housing 7 and on which a rotor blade wheel 2 with blades 3 is arranged in a rotationally fixed manner. The rotor blade wheel 3 is in a housing 7, a stator blade wheel 4 with blades 5 opposite. Both wheels 2 , 4 and their blading 3 , 5 form a toroidal working space 6 which can be filled with working fluid via an inlet channel 8 and emptied via an outlet channel 9 .

Die Fig. 2 zeigt eine Stirnansicht auf das Statorschaufelrad 4 in Richtung der Drehachse 10 gemäß Pfeilrichtung II in Fig. 1. Zu erkennen ist die Statorbeschaufelung 5. Diese ist in paar weise vorhandene Sektoren A und B unterteilt, wobei im Sektor A die Schaufeln 5 a in der einen, im Sektor B die Schaufeln 5 b in der anderen Umfangsrichtung schräggestellt sind. Die Schrä gungsrichtung wird in beiden Richtungen zweckmäßigerweise gleich groß gewählt. Dargestellt ist eine Unterteilung in je weils zwei gleich große Sektoren A und B, wobei sich die Schrä gungsrichtung nach jeweils 90 Grad Verdrehwinkel ändert. Wäh rend des Umlaufes des Rotorschaufelrades 2, das im wesentlichen eine gleichartige Beschaufelungsunterteilung in Schaufeln 3 a und 3 b aufweist, ist mit einer pulsierenden Bremsmomententwick lung zu rechnen, weil sich Bereiche mit schleppender und spie ßender Schaufelstellung abwechseln. Die Übergänge jedoch erfol gen stetig und stoßfrei während eines Umlaufes. Es hat daher auch wenig Sinn, die Sektoren unterschiedlicher Schrägungsrich tung deutlich kleiner zu wählen, weil sonst die Wirkung beein trächtigt ist. Fig. 2 shows an end view of the stator 4 in the direction of the rotational axis 10 according to arrow II in Fig. 1. Evident is the stator vanes. 5 This is divided into a few existing sectors A and B , wherein in sector A the blades 5 a are inclined in sector B, the blades 5 b in the other circumferential direction. The direction of inclination is expediently chosen to be the same size in both directions. A division into two sectors A and B of equal size is shown, with the direction of inclination changing after every 90 degrees of rotation. During the rotation of the rotor blade wheel 2 , which essentially has a similar blade subdivision in blades 3 a and 3 b , a pulsating braking torque development is to be expected because areas alternating with sluggish and spitting blade position. However, the transitions take place continuously and smoothly during one cycle. It therefore makes little sense to choose the sectors of different inclination direction significantly smaller, because otherwise the effect is impaired.

Dargestellt sind ferner die Einlaß- und Auslaßkanäle 8 und 9, die in Bereichen münden, in denen Schaufeln unterschiedlicher Schrägungsrichtung aneinanderstoßen. Dabei ist von Vorteil, die Einlaßkanäle 8 bis ins Zentrum des Arbeitsraumes 6 zu führen, also in solchen Schaufeln 5 a, 5 b, die sich an der Spitze nahe dem anderen Schaufelrad berühren. Die Auslaßkanäle 9 werden vorzugsweise an der Rückseite der Toruswand angeordnet, wo zwei unterschiedlich gerichtete Schaufeln 5 a, 5 b gemeinsam in die Rückwand einmünden.Also shown are the inlet and outlet channels 8 and 9 , which open into areas in which blades of different inclined directions meet. It is advantageous to lead the inlet channels 8 to the center of the working space 6 , that is, in such blades 5 a , 5 b that touch at the tip near the other blade wheel. The outlet channels 9 are preferably arranged on the back of the torus wall, where two differently directed blades 5 a , 5 b open together in the rear wall.

Die Fig. 3 zeigt einen Zylinderschnitt ähnlich der Schnittli nie III-III in Fig. 1, jedoch im Gegensatz zu dem bisherigen Ausführungsbeispiel bei einem Retarder in sogenannter doppel flutiger Anordnung. Dargestellt ist ein Rotorschaufelrad 12 mit Rotorschaufeln 13 und jeweils gegenüberliegenden Statorschau felkränzen 14 mit Statorschaufeln 15, die Arbeitsräume 16 bil den. Auch diese Beschaufelungen sind in Sektoren A und B, also Schaufeln 13 a, 13 b und 15 a, 15 b unterteilt. Dabei ergibt sich die Möglichkeit, den während der Rotordrehung pulsierenden Bremsmomentenverlauf dadurch zu egalisieren, daß sich bei einer bestimmten Stellung des Rotors 12 die Schaufeln 13 a, 15 a im einen Arbeitsraum 16 in spießender, im anderen Arbeitsraum in schleppender Stellung befinden und umgekehrt. Die Zu- und Ab fuhr der Arbeitsflüssigkeit kann wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 über Kanäle in den Statorschaufelrädern er folgen. Fig. 3 shows a cylindrical section similar to the Schnittli never III-III in Fig. 1, but in contrast to the previous embodiment with a retarder in a so-called double-flow arrangement. Shown is a rotor blade wheel 12 with rotor blades 13 and opposite stator fins 14 with stator blades 15 , the working spaces 16 bil. These blades are also divided into sectors A and B , ie blades 13 a , 13 b and 15 a , 15 b . This results in the possibility of equalizing the braking torque curve pulsating during the rotor rotation in that, for a specific position of the rotor 12, the blades 13 a , 15 a are in a working space 16 in a spitting position, in the other working space in a dragging position and vice versa. The supply and discharge of the working fluid can, as in the exemplary embodiment according to FIGS. 1 and 2, follow channels in the stator blade wheels.

Es versteht sich von selbst, daß auch Retarder gemäß der Erfin dung mit Einrichtungen bekannter Art zur Reduktion der Luftven tilationsverluste im entleerten Zustand ausgerüstet werden kön nen.It goes without saying that retarders according to the Erfin dung with facilities of known type for reducing the Luftven Tilation losses can be equipped in the emptied state nen.

Claims

1. Hydrodynamischer Retarder mit mindestens zwei einander ge genüberliegenden Schaufelrädern, nämlich je einem Rotor- und Statorrad, die gemeinsam mindestens einen füll- und entleerbaren torusförmigen Arbeitsraum bilden, wobei die Schaufeln der Schaufelräder unterschiedliche Richtung auf weisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschaufelung (3, 5, 13, 15) an jedem der einander gegenüberliegenden Schaufelräder (2, 4, 12, 14) in Bereiche (A, B) unterschiedlicher Schrä gungsrichtung unterteilt ist.1. Hydrodynamic retarder with at least two mutually opposite impeller wheels, namely one rotor and one stator wheel, which together form at least one toroidal work space that can be filled and emptied, the blades of the impeller wheels pointing in different directions, characterized in that the blading ( 3 , 5, 13, 15 ) on each of the opposing blade wheels ( 2 , 4 , 12 , 14 ) is divided into areas ( A , B ) of different inclined direction.

2. Retarder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschaufelung an jedem Rad in paarweise symmetrisch über den Umfang verteilte gleich große Bereiche (A, B) unter teilt ist.2. Retarder according to claim 1, characterized in that the blading on each wheel in pairs symmetrically distributed over the circumference equally large areas ( A , B ) is divided under.

3. Retarder nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schaufeln (3, 5, 13, 15) in den jeweili gen Bereichen (A, B) symmetrisch in beide Umfangsrichtungen um denselben Winkel gegen die Rotordrehachse (10) schrägge stellt sind.3. Retarder according to one of claims 1 and 2, characterized in that the blades ( 3 , 5 , 13 , 15 ) in the respective areas ( A , B ) symmetrically in both circumferential directions by the same angle against the rotor axis of rotation ( 10 ) are inclined.

4. Retarder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Beschaufelung an einem Rotor- und/oder Statorschaufelrad (2, 4, 12, 14) in vier gleiche quadran tenförmige Bereiche (A, B) unterteilt ist, wobei sich Schaufelbereiche - in Umfangsrichtung gesehen - mit linker und rechter Schrägungsrichtung abwechseln. 4. Retarder according to one of claims 1 to 3, characterized in that the blading on a rotor and / or stator vane wheel ( 2 , 4 , 12 , 14 ) is divided into four equal quadrant-shaped areas ( A , B ), wherein blade areas - seen in the circumferential direction - alternate with the left and right oblique direction.

5. Retarder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß der Zulaufkanal (8) für die Arbeitsflüssig keit in den Arbeitsraum (6) sich in einem Umfangsbereich befindet, in dem die zwei äußersten Schaufeln zweier be nachbarter Bereiche unterschiedlicher Schrägungsrichtung in der Nähe der zum anderen Schaufelrad zugewandten Stirnseite zusammenstoßen.5. Retarder according to one of claims 1 to 4, characterized in that the inlet channel ( 8 ) for the working fluid speed in the working space ( 6 ) is in a circumferential area in which the two outermost blades of two adjacent areas of different inclination direction in collide near the end facing the other impeller.

6. Retarder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß sich der Entleerkanal (9) für die Arbeits flüssigkeit in dem Raum befindet, in dem die zwei äußersten Schaufeln zweier benachbarter Bereiche unterschiedlicher Schrägungsrichtung in der Nähe der hinteren Toruswand in einander münden.6. Retarder according to one of claims 1 to 5, characterized in that the emptying channel ( 9 ) for the working liquid is in the space in which the two outermost blades of two adjacent areas of different slope direction in the vicinity of the rear torus wall in each other flow out.

7. Retarder nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekenn zeichnet, daß sich der Zulauf- und Entleerkanal (9) für die Arbeitsflüssigkeit in der Beschaufelung des Statorschaufel rades (2, 12) befindet.7. Retarder according to one of claims 5 and 6, characterized in that the inlet and discharge channel ( 9 ) for the working fluid in the blading of the stator blade wheel ( 2 , 12 ).

8. Retarder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch zwei Rücken an Rücken angeordnete und gemeinsam dreh bare Rotorschaufelräder (12), die mit zwei Statorschaufel rädern (14) zwei gleichzeitig füllbare Arbeitsräume (16) bilden, wobei sich - in Umfangsrichtung gesehen - die Be reiche (A, B) gleicher Schaufel-Steigungsrichtung in den beiden Arbeitsräumen (16) in axialer Richtung derartig ge genüberliegen, daß die Schaufeln (13 a, 15 a) im einen Ar beitsraum spießende, die Schaufeln (13 a, 15 a) im anderen Arbeitsraum schleppende Stellung aufweisen.8. Retarder according to one of claims 1 to 7, characterized by two back-to-back arranged and jointly rotatable rotor blade wheels ( 12 ), the wheels with two stator blades ( 14 ) form two simultaneously fillable working spaces ( 16 ), whereby - seen in the circumferential direction - Be the rich ( A , B ) same blade slope direction in the two working spaces ( 16 ) in the axial direction ge such that the blades ( 13 a , 15 a ) in a working area spitting, the blades ( 13 a , 15 a ) have a trailing position in the other work area.