DE3738745A1 - Hydrodynamischer retarder - Google Patents

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.

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:

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.

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.

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.

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.

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.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

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.

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.

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.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung, die Aus­ führungsbeispiele zeigt, näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen ein­ flutigen Retarder;

Fig. 2 eine Stirnansicht in Richtung der Drehachse auf ein Statorschaufelrad;

Fig. 3 einen Zylinderschnitt durch die Beschaufelung eines zweiflutigen Retarders, ähnlich der Schnittlinie 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.

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.

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.

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.

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.

Claims (8)

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.