DE3545657A1 - Hydrodynamischer retarder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Retarder mit zwei Schaufelrädern, nämlich einem Primär-Schaufelrad und einem Se­ kundär-Schaufelrad, die mehrere Schaufelkränze aufweisen und miteinander mehrere torusförmige Arbeitsräume bilden, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Jedes Schaufelrad des in der Hauptanmeldung beschriebenen Re­ tarders weist zwei Schaufelkränze auf, die, bezogen auf die Drehachse, konzentrisch zueinander angeordnet sind, und zwar einen ersten Arbeitsraum mit großem Profildurchmesser und einen zweiten Arbeitsraum mit kleinem Profildurchmesser, der innerhalb des größeren angeordnet ist. Der Retarder besteht also aus ei­ nem innenliegenden Kernarbeitsraum und einem diesen umschlie­ ßenden Ringarbeitsraum, und beide torusförmigen Arbeitsräume sind durch eine gemeinsame zur Retarderdrehachse senkrecht ste­ henden Ebene in zwei Hälften geteilt, welche jeweils paarweise in den beiden Schaufelrädern untergebracht sind. Beide Arbeits­ räume sind mit schräger Beschaufelung ausgerüstet, und jedem Arbeitsraum ist eine bevorzugte Drehrichtung zugeordnet. Jeder Arbeitsraum weist hierfür die dazu erforderliche Schrägungs­ richtung in der Beschaufelung auf.

Im Inneren des Kernarbeitsraumes kann sich die Arbeitsflüssigkeit unter der Wirkung der Fliehkraft und der in den Schaufelkanälen auf die Flüssigkeit ausgeübten Kräfte so an die inneren Ober­ flächen anlegen, daß in jedem Augenblick eine im wesentlichen kontinuierliche geschlossene Strömung zustande kommt. Beim äu­ ßeren Ringarbeitsraum hingegen kann die Strömung nicht ohne weiteres in vergleichbarer Weise den dargebotenen Raum in den Schaufelkanälen einnehmen und ausfüllen. Insbesondere kann es dazu kommen, daß die Schaufelkanäle zwischen dem Eintritt und Austritt innerhalb eines Schaufelrades nicht restlos mit Flüs­ sigkeit ausgefüllt sind. Dies führt zu Stoßverlusten, verrin­ gerter Bremsmomententwicklung, erhöhter Kavitation, Geräusch­ und Schaumbildung.

Die Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung für Retarders mit zwei ineinanderliegend angeordneten Arbeitsräumen, bei dessen ringförmigem Arbeitsraum die obengenannten Nachteile vermieden sind, und bei dem sich eine stoßfreie Strömung in den Schaufel­ kanälen sowie ungehindertes Übertreten der Strömung von einem Schaufelrad zum anderen einstellen kann.

Diese Aufgabe wird durch Anwendung der kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Danach wird die Beschaufelung des in­ nenliegenden Kernarbeitsraumes so innerhalb der vom Außendurch­ messer des Ringarbeitsraumes gebildeten Fläche angeordnet, daß der stirnseitige radial außenliegende Ringquerschnitt gleich dem radial innenliegenden wellennahen Ringquerschnitt ist. Mit anderen Worten: Die von den Außendurchmessern des Ring- und Kernarbeitsraumes begrenzte Ringquerschnittsfläche wird gleich groß ausgeführt wie die Ringquerschnittsfläche, die von den Innendurchmessern des Kern- und Ringarbeitsraumes festgelegt ist. Das bedeutet, daß der Kernarbeitsraum radial unsymmetrisch nach außen verlagert ist, d.h. der radiale Unterschied zwischen den Außendurchmessern der beiden Arbeitsräume ist kleiner als der radiale Unterschied der Innendurchmesser. Dies bewirkt, daß die Strömung beim Eintritt in das Schaufelrad und beim Austritt wenigstens annähernd dieselbe Geschwindigkeit annimmt. Es wird ferner verhindert, daß eine Einbuße an Brems­ leistung dadurch eintritt, daß die Strömung während der Rota­ tion und dem ständigen Wechsel von einem Schaufelrad zum ande­ ren auch fortwährend verzögert und wieder beschleunigt werden muß. Wird gemäß den Ansprüchen 2 und 3 der Übergang vom Ein­ trittsquerschnitt in das Schaufelrad zum Austrittsquerschnitt so gestaltet, daß der von der Strömung ausgefüllte Raum entlang einem Stromfaden stets konstante Querschnittsfläche aufweist, so ergibt sich die für eine maximale Bremsleistungsentwicklung vorteilhafte Stoßfreiheit. Dasselbe trifft auch zu, wenn die Austrittsquerschnittsfläche an dem einen Schaufelrad gleich groß ausgeführt ist wie die Eintrittsquerschnittsfläche in die Beschaufelung des direkt gegenüberliegenden Rades.

Die Erfindung ist in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Retarder

Fig. 2 eine Stirnansicht eines Schaufelrades

Fig. 3 einen Zylinderschnitt durch die Beschaufelung

Fig. 1 stellt einen Retarder dar mit einer Antriebswelle 1 und einem drehfest darauf befestigten Schaufelrad 2 sowie ein zwei­ tes Schaufelrad 3 mit einer Nabe 4. Das Schaufelrad 2 wird als Rotor bezeichnet und weist zwei Beschaufelungen 5 a und 6 a auf, die durch eine Trennwand 7 voneinander getrennt sind. Die Be­ schaufelung 5 a weist eine gegenüber der Beschaufelung 6 a entge­ gengesetzt gerichtete Beschaufelungsrichtung auf. In entspre­ chender Weise ist auch die Beschaufelung des als Stator zu be­ zeichnenden Schaufelrades 3 ausgebildet, so daß die Beschaufe­ lung 6 a, 6 b der einen Drehrichtung und die Beschaufelung 5 a, 5 b der entgegengesetzten Drehrichtung zugeordnet ist. Der Stator 3 kann über die Nabe 4 entweder über ein nicht dargestelltes Ge­ häuse verbunden sein oder in der Art eines Gegenlaufretarders gegenüber dem Rotor gegensinnig rotieren, z.B. mit Hilfe eines aus der Hauptanmeldung bekannten Umkehrgetriebes.

Der lichte Außendurchmesser des Ringkreislauf-Profils ist mit D _a , der lichte Innendurchmesser mit D _i bezeichnet, desglei­ chen der Außendurchmesser des Kernkreislaufs, über die Wand 7 gemessen, mit d _a und der entsprechende Innendurchmesser mit d _i . Die radiale Lage des Kernkreislaufs 5 ist so gewählt, daß die von den Außendurchmessern D _a und d _a definierte stirn­ seitige Ringfläche 10 am Aus- oder Eintritt in das Schaufelrad so groß ist wie die Stirnfläche 11, definiert durch die Innen­ durchmesser D _i und d _i am radial inneren Ein- bzw. Austritt in das Schaufelrad. Dadurch ist sichergestellt, daß die Strö­ mungsgeschwindigkeit der Arbeitsflüssigkeit beim Eintritt und Austritt aus dem Schaufelrad gleich ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß entlang einem Stromfaden 8, also einer ideellen Achse der Strömung durch den Schaufelkanal, die Strömungsquerschnitte konstant ausgeführt sind, so daß die Arbeitsflüssigkeit auf dem Weg zwischen Ein­ tritt in die Beschaufelung und Austritt weder eine Verzögerung noch Beschleunigung erfährt. Dadurch werden Stoßverluste ver­ mieden, was zu einer Steigerung der entwickelten Bremsleistung führen kann. Dies gilt insbesondere dann, wenn beim Übertritt der Strömung von einem Rad in die Beschaufelung des gegenüber­ liegenden Rades ebenfalls keine Querschnittsänderung vorliegt.

Die Fig. 2 und 3 zeigen in einer Stirnansicht eines der Schaufelräder und einen Zylinderschnitt durch die Beschaufelung. Man erkennt daraus die Anordnung der Beschaufelungen für die beiden Drehrichtungen und die dafür vorgesehenen Schrägungsrichtungen.

Auch bei einem Retarder der oben beschriebenen Art können be­ kannte Maßnahmen zur Reduktion der Leerlaufverluste getroffen sein. Diese können auch darin bestehen, daß das Statorrad 3 im entleerten Zustand des Retarders nicht drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist oder über ein Umkehrgetriebe gegensinnig zum Ro­ tor angetrieben wird, sondern es kann drehbar angeordnet und mit einer Kupplungseinrichtung versehen sein, die ein freies Mitdrehen des Statorrades ermöglicht. Durch Luftventilation kann dadurch das Statorrad praktisch verlustfrei der Drehbewe­ gung des Rotors folgen.

Claims (3)

1. Hydrodynamischer Retarder, bestehend aus zwei Schaufelrä­ dern, die jeweils mehrere Schaufelkränze aufweisen und to­ rusförmige Arbeitsräume bilden, nämlich einem mit der An­ triebswelle verbundenen Rotorschaufelrad und einem Stator­ schaufelrad, mit folgenden Merkmalen:

• a) jedes der beiden Schaufelräder weist zwei Schaufel­ kränze auf, die gemeinsam zwei Arbeitskreisläufe bil­ den;
• b) die beiden Schaufelkränze jedes Schaufelrades besitzen gegenüber der Drehachse schräge Beschaufelung, wobei die Schaufeln des einen Schaufelkranzes im Uhrzeiger­ sinn, die Schaufeln des anderen Schaufelkranzes gegen den Uhrzeigersinn gerichtet sind;
• c) die Arbeitsräume der beiden Schaufelräder liegen we­ nigstens annähernd in derselben Achsnormalebene einan­ der gegenüber;
• d) die von den Schaufelkränzen des Primär- und Sekundär­ rades gebildeten torusförmigen Arbeitskreisläufe haben unterschiedliche Querschnittsfläche;
• e) die beiden Arbeitsräume sind so angeordnet, daß, in Richtung der Drehachse gesehen, der Querschnitt des einen Arbeitsraumes innerhalb des Querschnitts des anderen Arbeitsraumes liegt, wodurch ein kleinerer innenliegender Kernarbeitsraum und ein diesen konzen­ trisch umschließender größerer Ringarbeitsraum gebil­ det ist;
• f) die einander jeweils gegenüberliegenden Schaufeln der beiden Arbeitskreisläufe weisen gleiche Größe und Schrägungsrichtung auf;
• g) die stirnseitige Ringfläche jedes Schaufelkranzes ist so gewählt, daß die Leistungsaufnahme beider Arbeits­ kreisläufe wenigstens annähernd gleich ist;
• h) die Schrägungsrichtung der Schaufeln beider Schaufel­ kränze jedes Schaufelrades ist so gewählt, daß die Leistungsaufnahme des Retarders in beiden Drehrichtun­ gen wenigstens annähernd gleich ist; nach Patentanmel­ dung P 35 35 494.1
• i) dadurch gekennzeichnet, daß die von den Außendurchmes­ sern (D _a ) und (d _a ) des Ringkreislaufs (6) und des Kernkreislaufs (5) gebildete radial außenliegende stirnseitige Querschnittsfläche (10) zum Flüssigkeits­ durchtritt genauso groß ist wie die radial innenlie­ gende stirnseitige Querschnittsfläche (11), die von den Innendurchmessern (D _i) und (d _i) des Ringkreis­ laufs (6) und des Kernkreislaufs (5) definiert ist.

2. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Übergang von der radial äußeren stirnsei­ tigen Querschnittsfläche (10) zur radial innenliegenden Querschnittsfläche (11) und umgekehrt entlang einem Strom­ faden (8) stetig verläuft.

3. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radial außenliegenden Querschnitts­ flächen (10) und radial innenliegenden Querschnittsflächen (11) an beiden Schaufelrädern gleich groß sind.