DE19860707A1

DE19860707A1 - Hydrodynamischer Retarder mit Mitteln zur optimalen Einstellung des Füllungsgrades

Info

Publication number: DE19860707A1
Application number: DE19860707A
Authority: DE
Inventors: Werner Adams; Karl Mondorf
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 1998-12-30
Filing date: 1998-12-30
Publication date: 2000-07-13

Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Retarder mit DOLLAR A einem Gehäuse; DOLLAR A einem Stator in einem Statorgehäuse und DOLLAR A einem Rotor in einem Rotorgehäuse, wobei DOLLAR A wenigstens Stator- und Rotorgehäuse einen hydrodynamischen Retarderarbeitsraum ausbilden; DOLLAR A einem Auslaß zum Entleeren des Retarders. DOLLAR A Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß DOLLAR A der Retarder des weiteren Mittel zum Einstellen eines optimalen Füllungsgrades zur Verlustleistungsminderung im Nicht-Brems-Betrieb umfaßt.

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Retarder gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Hydrodynamische Retarder sind beispielsweise aus VDI Handbuch Getriebetechnik II, VDI-Richtlinien VDI 2153, Hydrodynamische Leistungsübertragung Begriffe - Bauformen - Wirkungsweisen, Kapitel 7, Bremsen oder Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 18. Auflage, Seiten R49 bis R53 bekannt, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die Anmeldung mit einbezogen. Derartige Retarder werden, insbesondere beim Einsatz in Kraftfahrzeugen oder in Anlagen mit stark wechselndem Betrieb, durch Füllen und Entleeren des beschaufelten Arbeitskreislaufs mit einem Betriebsfluid ein- oder ausgeschaltet. Auch bei ausgeschaltetem Retarder ist noch ein Restmoment vorhanden, beispielsweise aufgrund einer umlaufenden Restölmenge. Das durch das Restmoment bedingte Bremsmoment ist zwar sehr gering, kann sich jedoch bei hohen Drehzahlen sehr störend auswirken und zu einer unzulässig hohen Erwärmung des Retarders führen. Zur Vermeidung der Ventilationsverluste sind bereits eine Reihe von Lösungen bekannt. Dazu gehören u. a. die Verwendung von Statorbolzen sowie die Möglichkeit einer vollständigen Kreislaufevakuierung.

Wesentliche Nachteile bei der Verwendung von Statorbolzen sind darin zu sehen, daß diese aufgrund ihrer Anordnung im Profilgrund des Stators auch im Bremsbetrieb in den Arbeitskreislauf hineinreichen und diesen damit stören.

Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung der Leerlaufverluste besteht im Verschwenken der Statorschaufelrades gegenüber dem Rotorschaufelrad.

Möglichkeiten zur Lageänderung des Statorschaufelrades gegenüber dem Rotorschaufelrad sind bereits aus den folgenden Druckschriften bekannt:
1. DE 31 13 408 C1
2. DE 40 10 970 A1
3. DE 44 20 204 A1
4. DE 15 25 396 A1
5. DE 16 00 148 A1
6. WO 98/35 170
7. WO 98/35 171

Die DE 31 13 408 C1 offenbart Möglichkeiten einer Statorschaufelradverstellung eines Retarders für den Einsatz in stationären Anlagen, beispielsweise in Windkraftanlagen zur Umsetzung der Windenergie in Wärme. Die Verstellung erfolgt manuell oder mittels entsprechender Hilfsmittel. Die Feststellung des Statorschaufelrades in der ausgeschwenkten Lage erfolgt mittels mechanischer Hilfsmittel, beispielsweise in Form von Schrauben.

Der in der Druckschrift DE 40 10 970 A1 offenbarte Retarder weist analog zu der erstgenannten Druckschrift ein Statorschaufelrad auf, das in seiner Lage veränderbar ist. Jedoch erfolgt hier eine Lageveränderung durch eine zusätzlich zum Bremsmoment erzeugte Reaktionskraft, die dem Bremsmoment proportional ist.

Aus der DE 44 20 204 A1 ist ein Retarder mit einem selbsttätigen Schwenkstator bekannt geworden, der aufgrund seiner exzentrischen Lagerung im Leerlaufbetrieb selbsttätig in eine Lage gebracht wird, in der keine oder nur ein geringer Teil an Luftmassen zwischen dem Rotorschaufelrad und dem Statorschaufelrad bewegt wird.

Eine andere Möglichkeit der Minimierung von Leerlaufverlusten besteht gemäß der DE 15 25 396 A1 und der DE 16 00 148 A1 darin, mit Hilfe eines Kupplungssystems die Rotoren im Leerlauf von der Bremswelle zu lösen und im Bremsbetrieb mit der Bremswelle zu kuppeln, um so die Leerlaufleistung möglichst gering zu halten.

Aus der WO 98/35 170 sowie der WO 98/35 171 sind Lösungen zur Reduzierung der Leerlaufverluste bekanntgeworden, bei denen im Nicht- Bremsbetrieb Stator und/oder Rotor axial gegeneinander verschoben wurden, um die Leerlaufverluste zu minimieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Retarderanordnung anzugeben, bei der gegenüber den zuvor beschriebenen, bekannten Anordnungen die Verlustleistungen noch weiter vermindert werden können.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß im Retarder Mittel zum Einstellen eines optimalen Füllungsgrades in Bezug auf die Verlustleistungsminimierung im Nicht-Bremsbetrieb vorgesehen sind.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, daß die Mittel zum Einstellen des optimalen Füllgrades einen Auslaß umfassen, der an einem geodätisch erhöhten Ort und/oder radial innenliegend und damit der Fliehkraft entgegenstehend im Arbeitsraum angeordnet ist, so daß bei sich entleerender Bremse ab einem vorbestimmten optimalen Füllungsgrad keine Arbeitsflüssigkeit mehr aus dem Arbeitsraum abfließen kann.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Auslaßkanal zur Einstellung des optimalen Füllgrades waagrecht in einer Höhe h angeordnet ist, so daß der Retarder nicht vollständig entleert wird, sondern stets auch im Nicht-Bremsbetrieb eine gewisse Menge Retarderarbeitsflüssigkeit im Retarder verbleibt.

In einer alternativen Ausführungsform zu einer waagrechten Anordnung des Auslaßkanals in einer Höhe h kann vorgesehen sein, daß der Auslaßkanal ein senkrecht in den Arbeitsraum mit der Höhe h hineinreichendes Rohr ist.

In einer fortgebildeten Ausführungsform umfaßt der Retarder hinter dem Stator einen Auslaßraum, der den Arbeitsraum erweitert.

Besonders bevorzugt ist es, wenn der waagrecht angeordnete Auslaßkanal oder das senkrecht in den Arbeitsraum hineinragende Rohr in den hinter dem Stator angeordneten Auslaßraum mündet.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Stator und der Rotor axial feststehend ausgebildet sind und ein vorbestimmter Arbeitsabstand ausgebildet wird.

Um die Verluste insbesondere bei hohen Leerlaufdrehzahlen zu minimieren, ist mit Vorteil vorgesehen, wenn Rotor und/oder Stator axial verschiebbar ausgebildet sind, wie beispielsweise in der WO 98/35 171 gezeigt, wobei der Offenbarungsgehalt dieser Schrift vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen wird.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 den Verlauf des Lambda-Wertes bzw. des Restmomentes bei Leerlaufdrehzahl in Abhängigkeit vom Füllungsgrad q des Retarderarbeitsraumes;

Fig. 2 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Retarders mit waagrechtem Auslaß;

Fig. 3 eine alternative Ausführungsform der Erfindung mit senkrecht in den Arbeitsraum hineinreichendem Auslaß.

In Fig. 1 ist der Verlauf des Lambda-Wertes, der beispielsweise in VDI- Handbuch, Getriebetechnik 2, VDI-Richtlinien VDI 2153, Hydrodynamische Leistungsübertragung Begriffe Bauformen - Wirkungsweisen, Kapitel 7, definiert ist, auf die vorliegend vollumfänglich verwiesen wird, der ein Maß für die Leerlaufverluste ist, gegenüber dem Füllgrad q des Retarders aufgetragen.

Wie deutlich in Fig. 1 zu erkennen, besitzt der Lambda-Wert und damit die Leerlaufverluste ein deutliches Minimum im Bereich eines Füllgrades von 0,01 q bis 0,1 q. Die Lage des Minimums und der Verlauf der Kurve ist von der Leerlaufdrehzahl und der Form des Arbeitsraumes und des Umfeldes abhängig, in vorliegendem Ausführungsbeispiel wurde eine Leerlaufdrehzahl von 5.000 Umdrehungen/Minute angenommen. Das Minimum des Lambda- Wertes bei einem von Null verschiedenen geringen Füllungsgrad kann dadurch erklärt werden, daß aufgrund einer geringen, in einen im Nicht- Bremsbetrieb fast vollständig entleerten Retarder eingebrachten Menge an Arbeitsmedium eine Verwirbelung auftritt, hierdurch eine Störung der Luftströmung verursacht wird, so daß die Leerlaufverluste minimiert werden. Ein derartiger Effekt stellt sich immer dann ein, wenn das Medium, das in die Luftströmung eingebracht wird, eine andere spezifische Masse als die in der Hauptsache im entleerten Retarder vorhandene Luft aufweist.

In Fig. 2 ist eine erste Ausführungsform der Erfindung im Schnitt dargestellt. Der Retarder 1 mit Retardergehäuse 3 weist einen Stator 5 sowie einen Rotor 7 auf. An der Rückwand des Statorgehäuses 9 befindet sich ein Auslaß 11, der in den hinter dem Stator angeordneten Auslaßraum 13 mündet.

Der hinter dem Stator 5 angeordnete Auslaßraum 13 umfaßt wiederum einen Auslaß 15, der vorliegend waagrecht angeordnet ist. Der waagrecht angeordnete Auslaß 15 befindet sich in einer Höhe h. Im Gegensatz zu herkömmlichen Retardern, bei denen der Auslaß am Boden des Auslaßraumes angeordnet ist, wird auf diese Art und Weise sichergestellt, daß der Retarder auch im Nicht-Bremsbetrieb nie vollständig entleert werden kann und immer eine gewisse Restölmenge im Retarderarbeitsraum 17, das ist der Raum zwischen Rotor und Stator, umläuft. Durch entsprechende Wahl der Höhe h kann die Menge an Arbeitsmedium, das im Nicht-Bremsbetrieb im Retarderarbeitsraum zusammen mit dem gasförmigen Medium verbleibt, genau eingestellt werden. Auf diese Art und Weise ist es möglich, im Nicht- Bremsbetrieb eine vorbestimmte Füllung und damit Störung der Luftströmung einzustellen, die so gewählt werden kann, daß sich bei einer vorbestimmten Drehzahl ein minimaler Lambda-Wert und damit ein Optimum in Bezug auf die Leerlaufverluste ergibt. In der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform weisen Stator und Rotor einen vorbestimmten Abstand d zueinander auf. Um die Leerlaufverluste noch weiter zu minimieren, kann vorgesehen sein, daß entweder der Stator oder der Rotor oder beide Bauteile axial bewegbar ausgebildet sind und der Spalt zwischen Stator und Retarder je nach Betriebsstellung des Retarders (Bremsbetrieb oder Leerlaufbetrieb) eingestellt werden kann. Im Bremsbetrieb sind Stator und Rotor nahe beieinander angeordnet, wohingegen sie im Nicht-Bremsbetrieb weiter voneinander entfernt sind. Diesbezüglich wird beispielsweise auf die WO 98/35 171 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt in die vorliegende Anmeldung vollumfänglich mitaufgenommen wird.

In Fig. 3 ist eine alternative Ausgestaltung der Erfindung dargestellt. Gleiche Bauteile wie in Fig. 2 sind mit denselben Bezugsziffern belegt. Im Gegensatz zu Fig. 2 ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 der Auslaß 15 aus dem Auslaßraum 13 nicht waagrecht sondern senkrecht angeordnet. Um im Retarder selbst eine vorbestimmte Menge an Arbeitsflüssigkeit auch im entleerten Zustand zu halten, ist das senkrecht in den Auslaßraum mündende Auslaßrohr 15 mit seinem Einlauf in der Höhe h über dem Grund 19 des Auslaßraumes angeordnet. Auf diese Art und Weise ist es wiederum sichergestellt, daß auch im Nicht-Bremsbetrieb stets eine bestimmte Restmenge an Arbeitsmedium im Retarder verbleibt und so der vorbestimmte Füllgrad mit minimalen Leerlaufverlusten eingestellt werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung eines Retarders mit einem waagrecht bzw. senkrecht in einer geordätischen Höhe h angeordnetem Auslaß gibt somit erstmals eine Retarderanordnung an, bei der gegenüber herkömmlichen Ausgestaltungen mit Auslaß am Boden des Retarders Leerlaufverluste minimiert werden können.

Claims

1. Hydrodynamischer Retarder mit

1. 1.1 einem Gehäuse;
2. 1.2 einem Stator in einem Statorgehäuse und
3. 1.3 einem Rotor in einem Rotorgehäuse, wobei
4. 1.4 wenigstens Stator- und Rotorgehäuse einen hydrodynamischen Retarderarbeitsraum ausbilden;
5. 1.5 einem Auslaß zum Entleeren des Retarders,

dadurch gekennzeichnet, daß

1. 1.6 der Retarder des weiteren Mittel zum Einstellen eines optimalen Füllungsgrades zur Verlustleistungsminimierung im Nicht-Brems-Betrieb umfaßt.

2. Hydrodynamischer Retarder gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Einstellen des optimalen Füllungsgrades einen Auslaß umfassen, der an einem geodätisch erhöhten Ort und/oder radial innenliegend und damit der Fliehkraft entgegenstehend im Arbeitsraum angeordnet ist, so daß bei sich entleerender Bremse ab einem vorbestimmten optimalen Füllungsgrad keine Arbeitsflüssigkeit mehr ansteht.

3. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßkanal waagrecht in einer Höhe h angeordnet ist.

4. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßkanal ein senkrecht in den Arbeitsraum mit der Höhe h hineinreichendes Rohr umfaßt.

5. Hydrodynamischer Retarder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Retarder einen hinter dem Stator angeordneten Auslaßraum umfaßt, der den Arbeitsraum erweitert.

6. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der waagrecht angeordnete Auslaßkanal oder das senkrecht in den Arbeitsraum hineinragende Rohr in den hinter dem Stator angeordneten Auslaßraum mündet.

7. Hydrodynamischer Retarder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator und der Rotor axial feststehend ausgebildet sind, so daß ein vorbestimmter Arbeitsabstand ausgebildet wird.

8. Hydrodynamischer Retarder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator axial feststehend und der Rotor axial verschiebbar ausgebildet ist.

9. Hydrodynamischer Retarder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor axial feststehend und der Stator axial verschiebbar ausgebildet ist.

10. Hydrodynamischer Retarder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl Stator wie Rotor axial verschiebbar ausgebildet sind.