DE3943708C2 - Hydrodynamischer Retarder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Retarder, insbesondere zum Einbau in Nutzfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein Retarder dieser Gattung ist aus der DE-AS 22 38 726 bekannt. Dort ist ein Retarder in kompakter Bauweise mit einem Wärmetauscher und einem Sammelbehälter für die Arbeitsflüssigkeit in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengebaut. Der Wärmetauscher und der Sammelbehälter befinden sich unterhalb des Arbeitsraumes, ein weiterer Behälter zur Aufnahme von Lecköl aus dem Arbeitsraum und den Lagern befindet sich innerhalb des Gehäuses. Es handelt sich um einen Retarder ohne Pumpe zum Füllen des Arbeitsraumes. Das Füllen des Retarders erfolgt dadurch, daß der Sammelbehälter unter Luftdruck gesetzt wird, so daß sich das ganze Leitungssystem mit Arbeitsflüssigkeit füllt, wobei dann der Rotor die Umwälzung übernimmt. Nach Beendigung eines Bremsvorganges entleert sich das System wieder, wobei der Rotor die Arbeitsflüssigkeit zurück in den Wärmetauscher und in den Sammelbehälter verdrängt.

Aus der DE 35 45 660 C1 (Fig. 5) ist ein Retarder bekannt, bei dem die Arbeitsflüssigkeit ebenfalls ohne Pumpe nur durch die Blaswirkung des Rotors umgewälzt wird. Vom Austritt am Retarder führt eine Leitung zu einem separat angeordneten Wärmetauscher und von dort wieder zurück zum Retarder. Zur Einleitung eines Bremsvorganges wird Arbeitsflüssigkeit aus einem separaten Sammelbehälter der Kreislaufleitung zugeführt.

Die Besonderheiten dieses bekannten Retarders liegen insbesondere in den vielfältigen Möglichkeiten zur Reduktion der Luftventilationsverluste durch Einblasen eines Flüssigkeitsstrahls in den Arbeitsraum zur Bildung eines blendenartigen Schleiers, der einen energieverzehrenden Toruswirbel aus Luft, insbesondere im radial äußeren Teil des Arbeitsraumes verhindert. Die Besonderheit der Ausbildung gemäß Fig. 5 besteht darin, daß von der Flüssigkeitsoberfläche im Wärmetauscher durch das zirkulierende Gemisch aus Luft und Arbeitsflüssigkeit gerade so viel Flüssigkeit mitgerissen wird, daß sich im Arbeitsraum ein Flüssigkeitsschleier bilden kann.

Nachteilig ist bei dieser Ausbildung der Umstand, daß bei einem Füllvorgang zwar zunächst der Arbeitsraum des Retarders gefüllt wird, danach aber sich erst die Leitungen zum Wärmetauscher, der Wärmetauscher selbst und die Rückleitung füllen müssen. Bis zur Herstellung eines bremsenwirksamen Überlagerungsdruckes innerhalb des Retarders vergeht daher viel kostbare Zeit.

Auch bei dem zuerstgenannten Retarder nach DE-AS 22 38 726 muß erst das gesamte Leitungssystem gefüllt und unter Überlagerungsdruck gesetzt werden, bevor die Bremswirkung voll einsetzt. Dies kann bei dem bekannten Retarder bei der kompakten Bauweise vielleicht noch in Kauf genommen werden. Ist der Retarder jedoch derart im Antriebssystem des Fahrzeuges untergebracht, daß zwischen dem Arbeitsraum selbst und dem Wärmetauscher bzw. dem Sammelbehälter für Arbeitsflüssigkeit größere Entfernungen liegen, so wäre verzögertes und nur allmähliches Einsetzen der Bremskraft der Retarders ein schwerwiegender betrieblicher Nachteil.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Steuersystem für einen Retarder zu schaffen, welches auch bei räumlicher Trennung des Retarders von dessen Wärmetauscher ohne Umwälzpumpe eine rasche Verfügbarkeit der Bremswirkung und sichere Betriebsweise in den Bremspausen bei minimalem Bauaufwand gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Dadurch werden folgende Vorteile erzielt: Der Arbeitsraum des Retarders wird wie bekannt dadurch gefüllt, daß in den Sammelbehälter für Arbeitsflüssigkeit Druckluft eingeleitet wird, wodurch das ganze Leitungssystem unter Druck gesetzt wird. Nach Beendigung des Bremsvorganges, wenn also durch ein vom Fahrzeugführer ausgehendes Signal der Luftdruck im Sammelbehälter abgebaut wird, füllt sich dieser wieder mit Arbeitsflüssigkeit durch den Blasdruck des Bremsrotors. Aufgrund der Teilung der Kühlkreislaufleitung wird jedoch nicht die gesamte Arbeitsflüssigkeitsmenge des Leitungssystems in den Sammelbehälter gedrückt. Durch die Aufteilung der Kühlkreislaufleitung in zwei Leitungen unterschiedlichen Querschnittes wird nämlich auch nach Abschluß eines Bremsvorganges eine fortwährende Zirkulation einer Teilmenge von Arbeitsflüssigkeit durch die im Querschnitt kleinere Leitung aufrechterhalten. Durch die Anordnung von Rückschlagventilen in der Leitung für den größeren Teilstrom hinter der Trennstelle am Austritt des Retarders und vor dem Wärmetauscher und vor der Mündungsstelle am Eintritt des Retarders hinter dem Wärmetauscher jeweils in naher Anordnung wird sichergestellt, daß diese Leitung mit größerem Querschnitt nach Beendigung eines Bremsvorganges gefüllt bleibt, so daß bei erneutem Bremsbefehl ein rascheres Reagieren des Retarders möglich ist. Die Leitung mit dem kleineren Querschnitt hingegen unterliegt auch in Bremspausen dem vom Bremsrotor erzeugten Blasdruck, so daß durch die Leitung fortwährend eine Zirkulation stattfindet.

Da ein großer Teil der Arbeitsflüssigkeit in den erwähnten Sammelbehälter gedrängt wurde, ist durch ein aus der DE-AS 22 38 726 bekanntes Belüftungsventil Außenluft in den Arbeitsraum des Retarders nachgeströmt. Demzufolge zirkuliert in der Leitung durch den kleineren Teilstrom in aller Regel ein Flüssigkeits-Luft-Gemisch, das wie während eines Bremsvorganges fortwährend durch eine Kühleinrichtung, vorzugsweise durch den bereits vorhandenen Wärmetauscher, gekühlt wird. Dies hat den Vorzug, daß der Retarder auch in Bremspausen einer Nachkühlung unterliegt und es nicht zu einem Wärmestau im Retarder kommen kann. Dadurch ist auch ein Abtransport von Wärme gewährleistet, die z. B. aus benachbarten Aggregaten, wie Schaltgetrieben, den Retarderteilen zuströmt. Auch Wärme, die von außen auf das Retardergehäuse einwirkt, z. B. durch den Verbrennungsmotor, wenn dieser eine Lärmschutzkapselung aufweist, wird auf diese Weise laufend abgeführt. Das Einführen des in Bremspausen umgewälzten Teilölstromes in den Arbeitsraum des Retarders hinein kann in einer aus der DE 35 45 660 C1 beschriebenen Weise erfolgen.

Es besteht die Möglichkeit, die Rückschlagventile in der größeren Teilstrom- Leitung auf unterschiedliche Öffnungsdrücke einzustellen. Die unterschiedliche Wahl der Öffnungsdrücke an den Rückschlagventilen gewährleistet die richtige Zirkulationsrichtung, so daß sich der Retarder nicht über den Retarderauslaß füllen kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Danach ist vorgesehen, daß die Teilströme in den entsprechenden Kühlkreislaufleitungen im Verhältnis 20 : 80 aufgeteilt sind, wobei beide Teilströme durch einen gemeinsamen Wärmetauscher geleitet werden können, der seinerseits verschieden große getrennte Kammern aufweist und mit den jeweiligen Leitungen für die Teilströme der Arbeitsflüssigkeit verbunden ist.

Es ist ferner vorgesehen, den mit Druck beaufschlagbaren Sammelbehälter für Arbeitsflüssigkeit am strömungsseitigen Ausgang des Wärmetauschers mit der Leitung für den größeren Teilstrom zu verbinden. Mit dem Merkmal des Gegenstandes nach Anspruch 5 wird erreicht, daß die Luft, die zur Einleitung eines Bremsvorganges die Arbeitsflüssigkeit aus dem Sammelbehälter in die Kühlkreislaufleitung gedrängt hat, nicht unmittelbar ins Freie entspannt wird. In dieser Luft nämlich befinden sich feine Partikel von Arbeitsflüssigkeit, die nach jedem Ende eines Bremsvorganges ins Freie getragen würden. Dies hätte eine Umweltbelastung zur Folge sowie einen raschen Verlust an Arbeitsflüssigkeit. Statt dessen wird die Luft aus dem Sammelbehälter bei Druckentlastung über eine separate Leitung dem Retarder wieder zugeführt und erst dort über eine Einrichtung zur Profilentlüftung ins Freie geleitet.

Bei Stillstand des Rotors, also bei Fahrzeugstillstand, kann aufgrund der Anordnung von Wärmetauscher und Sammelbehälter auch aus der Leitung für den kleineren Teilstrom keine Arbeitsflüssigkeit in den Arbeitsraum des Retarders strömen. Dreht sich der Bremsrotor und erzeugt dieser einen genügend hohen Blasdruck am Austritt des Retarders, zirkuliert ein Teil der Arbeitsflüssigkeit in der Leitung mit kleinerem Querschnitt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung mit einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Diese zeigt einen Retarder mit tiefer gelegenem Wärmetauscher und Sammelbehälter.

In der Figur ist ein Retarder 1 dargestellt, der mit einer nicht dargestellten Antriebsanlage, z. B. eines Nutzfahrzeuges, verbunden ist, ein Rotorschaufelrad 2 und ein Statorschaufelrad 3 aufweist, die in einem gemeinsamen Gehäuse 4 angeordnet sind und einen gemeinsamen torusförmigen Arbeitsraum 5 bilden. Im radial äußeren Bereich des Statorschaufelrades 3 befindet sich ein Anschluß 6 für eine Kühlkreislaufleitung, die sich kurz hinter dem Retarder an einer Trennstelle 8 in zwei Leitungen 10 und 11 teilt. Die beiden Leitungen 10 und 11 haben unterschiedlichen Querschnitt, wobei die Leitung 10 etwa 80% und die Leitung 11 etwa 20% des maximal umlaufenden Arbeitsmittelstromes aufnimmt. Beide Leitungen 10 und 11 münden in einen Wärmetauscher 12, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel in einiger Entfernung vom Retarder selbst angeordnet ist. Wärmetauscher 12, Sammelbehälter 16 für Arbeitsflüssigkeit sowie Druckluftregelventil 17 sind tiefer als der Retarder 1 angeordnet. Der Wärmetauscher 12 weist zwei Kammern 13 und 14 auf, die mit den Leitungen 10 bzw. 11 verbunden sind und deren Wärmekapazität auf die jeweils angeschlossenen Leitungen und die darin fließenden Flüssigkeitsmengen ausgelegt sind. Beide Kammern 13 und 14 des Wärmetauschers 12 werden von demselben Medium umspült, in der Regel ist dies das Kühlwasser des Antriebsmotors. Die wasserdurchflossene Kammer des Wärmetauschers ist mit 15 bezeichnet. Die Leitung 10 führt vom Austritt am Wärmetauscher 12 wieder zurück zum Retarder 1, passiert dabei eine Mündungsstelle 9, bei der eine Zusammenführung mit der vom Wärmetauscher 12 ebenfalls austretenden Leitung 11 erfolgt, bevor die gemeinsame Kühlmittelleitung wieder in eine Eintrittsöffnung 7 am Retarder mündet.

Mit der Leitung 10, also derjenigen mit dem größeren Querschnitt, ist am Austritt aus der größeren Kammer 14 des Wärmetauschers 12 ein Sammelbehälter 16 für Arbeitsflüssigkeit dauernd verbunden. In diesen Sammelbehälter mündet eine Druckluftleitung 19, die über ein Druckluftregelventil 17 und eine Verbindungsleitung 20 den Sammelbehälter unter Überdruck setzen kann. Die Steuerung des Druckluftregelventils erfolgt über ein Steuergerät 18, welches die Bremsbefehle z. B. des Fahrers oder weitere Signale in einen variablen Druck umsetzt.

Mit dem Inneren des Arbeitsraumes 5 ist über eine Entlüftungsleitung 28 ein für sich allein bekanntes Entlüftungsventil 27 verbunden, das einen Schwimmer 29 aufweist sowie eine ins Freie führende Druckentlastung 30. In dieses Entlüftungsventil mündet ferner eine hier nicht dargestellte Entlüftungsleitung, die zum Druckregelventil 17 führt und in Ruhestellung dieses Druckregelventiles 17 die Verbindung zum Sammelbehälter 16 für Arbeitsflüssigkeit bildet.

In der Leitung 10 mit dem größeren Querschnitt ist in Durchflußrichtung hinter der Trennstelle 8 vor dem Wärmetauscher 12 ein federbelastetes Rückschlagventil 31 angeordnet; ein weiteres Rückschlagventil 32 befindet sich in derselben Leitung 10 in Durchflußrichtung hinter dem Wärmetauscher. Die Rückschlagventile 31 und 32 sind jeweils in naher Anordnung des Eintritts bzw. Austritts der Leitung 10 in die bzw. aus der Kammer 14 des Wärmetauschers 12 angeordnet. Durch diese Anordnung wird sichergestellt, daß die Leitung 10 zwischen der Trennstelle 8 und der Mündungsstelle 9 in den Bremspausen voll gefüllt bleibt. Beide Rückschlagventile sind so angeordnet, daß nur eine Flußrichtung von der Austrittsöffnung 6 zum Wärmetauscher bzw. vom Wärmetauscher zur Eintrittsöffnung 7 möglich ist.

Ein Bremsvorgang läuft wie folgt ab: Ein Bremsbefehl kommt vom Steuergerät 18, so daß Druckluft aus der Leitung 19 zum Sammelbehälter 16 gelangt. Dadurch wird die Arbeitsflüssigkeit aus dem Sammelbehälter 16 in die Leitung 10 gedrückt und von dort über die Eintrittsöffnung 7 in den Arbeitsraum 5 des Retarders 1. Das Rotorschaufelrad 2 fördert nun während des nunmehr eingeleiteten Bremsvorganges Arbeitsflüssigkeit zur Austrittsöffnung 6 und von dort in die beiden Leitungen 10 und 11 jeweils zum Wärmetauscher 12. Der Sammelbehälter 16 steht dabei während des gesamten Bremsvorganges unter Luftdruck, so daß das ganze Kreislaufsystem mit Arbeitsflüssigkeit gefüllt ist. Durch die beiden Leitungen 10 und 11 strömt dabei die gesamte umgewälzte Menge an Arbeitsflüssigkeit, die zwar in einem gemeinsamen vom Kühlwasser der Antriebsmaschine durchströmten Wärmetauscher, jedoch in voneinander getrennten Kammern gekühlt und wieder zurückgeleitet wird. Der vom Rotorschaufelrad 2 entwickelte Flüssigkeitsdruck ist dabei so hoch daß das Rückschlagventil 31 in der größeren Leitung zum Wärmetauscher geöffnet ist.

Soll während eines Bremsvorganges die erforderliche Bremskraft reduziert werden, so erfolgt durch das Steuergerät 18 eine Reduktion des Luftdruckes im Sammelbehälter 16. Dadurch kann das Rotorschaufelrad mittels des von ihm entwickelten Blasdruckes über die Leitung 10 einen Teil der umlaufenden Arbeitsflüssigkeit in den Behälter 16 zurückdrängen. Dabei vermag der Blasdruck das Rückschlagventil 31 in der größeren Leitung offenzuhalten. Bei abgeschlossenem Bremsvorgang, wenn also die Luftzufuhr zum Sammelbehälter 16 unterbrochen ist, wird so lange Arbeitsflüssigkeit durch die größere Leitung 10 sowie durch die Kammer 14 im Wärmetauscher 12 in den Sammelbehälter 16 gefördert, bis zum Schließdruck des Rückschlagventils 31. Die dabei noch im System vorhandene Flüssigkeitsmenge wird sodann ständig durch die kleinere Leitung 11, die zugehörige Kammer 13 im Wärmetauscher 12 in den Retarder gefördert. Bei diesem weitgehenden Entleervorgang entsteht im Inneren des Arbeitsraumes 5 ein Teilvakuum. Dadurch entsteht in der Leitung 11 auch in den Bremspausen ein ständiger Kreislauf an Gemisch, so daß nach einem Bremsvorgang eine Nachkühlung des Retarders und der Arbeitsflüssigkeit selbst stattfindet. Die aus dem Sammelbehälter 16 verdrängte Luft wird dabei in das Entlüftungsventil 27 verdrängt, und von dort zurück in das Innere des Arbeitsraumes. Das Entlüftungsventil 27 ist ferner dazu geeignet, Flüssigkeitspartikel, die über eine hier nicht dargestellte Leitung aus dem Sammelbehälter in die Luft gelangt sind, auszuscheiden, so daß die überschüssige Luft über den Auslaß 30 entfeuchtet entweichen kann. Wesentlich ist bei dieser Anordnung der Rückschlagventile 31 und 32, daß die Leitung 10 mit dem größeren Querschnitt in Bremspausen gefüllt bleibt, so daß bei einem Bremsvorgang aus dem Sammelbehälter 16 nur die Flüssigkeitsmenge neu eingespeist werden muß, um den Retarder selbst und die Leitung 11 wieder vollständig zu füllen. Nach Abschluß eines Bremsvorganges kann die Luft, die sich erfahrungsgemäß bei hohem Druck in der Arbeitsflüssigkeit löst, aus der in Bremspausen ja gefüllten Leitung 10 wieder in den Sammelbehälter 16 hinein entweichen, von wo aus sie über die nicht dargestellte, oben erwähnte Entlüftungsleistung wieder in das Entlüftungsventil 27 gelangen kann. Ein weiterer Vorteil der auch in Bremspausen fortwährenden Umwälzung eines Flüssigkeits-Luftgemisches ist nicht nur der fortwährende Abtransport von einströmender Wärme von außen her, sondern auch eine - wie für sich allein bekannt - reduzierte Verlustleistung durch Luftventilation sowie vor allem auch deren Stabilisierung.

In der dargestellten Ausführungsform können die Leitungen 10 und 11, wenn der Wärmetauscher und der Sammelbehälter vom Retarder selbst weit entfernt liegen, mittels nachgiebiger Leitungsverbindungen 33, z. B. Schlauchverbindungen, unterbrochen sein, wenn es die Einbauverhältnisse erfordern. Mit 34 ist ein Temperaturgeber bezeichnet, der an einer oder mehreren Stellen des gesamten Systems angeordnet sein kann (wie auch weitere, nicht dargestellte Sensoren), deren Signale im Steuergerät 18 weiter verarbeitet werden können.

Claims (5)

1. Hydrodynamischer Retarder (1), insbesondere für den Einsatz in Nutzfahrzeugen, mit mindestens je einem Rotor- und einem Statorschaufelrad (2, 3), die in einem gemeinsamen Gehäuse (4) angeordnet sind und miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum (5) bilden, der zum Ein- und Ausschalten des Retarders mit Arbeitsflüssigkeit füll- und entleerbar ist, und mit einer vom Arbeitsraum (5) zu einem Kühler (12) und von dort wieder zurück führenden äußeren Kühlkreislaufleitung sowie einem Behälter (16) für Arbeitsflüssigkeit, an den eine zur Kühlkreislaufleitung führende Füll- und Entleerleitung (10 und 11) angeschlossen ist und der zum Füllen des Arbeitsraumes (5) mit Druckluft beaufschlagbar ist, wobei der Umlauf der Arbeitsflüssigkeit durch das Rotorschaufelrad (2) bewirkt wird, gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale:

• a) die vom Retarder herausgehende äußere Kühlkreislaufleitung ist in zwei Leitungen (10 und 11) unterschiedlichen Durchflußquerschnittes unterteilt;
• b) die Aufteilung (Trennstelle 8) des aus dem Retarder austretenden Stromes an Arbeitsflüssigkeit in zwei Teilströme und deren Zusammenführung (Mündungsstelle 9) erfolgt nahe der Austritts- bzw. Eintrittsöffnung (6 bzw. 7) am Retarder;
• c) die durch die beiden Leitungen (10 und 11) fließenden Teilmengen von Arbeitsflüssigkeit werden jeweils getrennt voneinander gekühlt;
• d) der Behälter (16) für Arbeitsflüssigkeit und der Kühler (12) sind unterhalb des Retarderarbeitsraumes (5) angeordnet;
• e) in der Leitung mit dem größeren Querschnitt (10) ist hinter der Trennstelle (8) vor dem Behälter (16) und hinter dem Behälter (16) vor der Mündungsstelle (9) in naher Anordnung jeweils ein federbelastetes Rückschlagventil (31 und 32) vorgesehen.

2. Retarder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Retarder im Bremsbetrieb austretende Strom von Arbeitsflüssigkeit im Verhältnis 80 zu 20 in den beiden Leitungen (10, 11) unterteilt ist.

3. Retarder nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung der Arbeitsflüssigkeit ein gemeinsamer Wärmetauscher (Kühler 12) vorgesehen ist, dessen von Arbeitsflüssigkeit durchflossener Teil in zwei verschieden große getrennte Kammern (13, 14) unterteilt und mit den jeweiligen Leitungen (10, 11) für die Teilströme verbunden ist.

4. Retarder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Druckluft beaufschlagbare Behälter (16) am strömungsseitigen Ausgang des Wärmetauschers (12) mit der Leitung (10) für den größeren Teilstrom verbunden ist.

5. Retarder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Druckbeaufschlagung des Behälters (16) für Arbeitsflüssigkeit ein Druckregelventil (17) vorgesehen ist und die Luft bei Druckentlastung des Behälters (16) über eine Leitung zum Retarder (1, 27) zurückgeführt wird.