Hydrodynamischer Retarder

(Beschreibung)

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Retarder gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Stand der Technik

Durch die EP 1 305 535 B1 ist ein hydrodynamischer Retarder mit einem ersten Schaufelrad, wirksam als Rotorschaufelrad, und mit einem hierzu konzentrischen zweiten Schaufelrad, wirksam als Statorschaufelrad, bekannt. Diese beiden Schaufelräder bilden gemeinsam einen hydrodynamischen Kreis und sind um eine gemeinsame Drehachse gruppiert, wobei jedes Schaufelrad aus jeweils einem Grundkörper und einer an diesem festen Beschaufelung mit einer Mehrzahl von Schaufeln besteht, die jeweils über Schaufellappen mit Aufnahmen des Grundkörpers in Verbindung stehen.

Grundsätzlich stellt sich bei derartigen Retardern das Problem, dass aufgrund einer mit hoher Geschwindigkeit erfolgenden Einführung frischen Fluides in den hydrodynamischen Kreis Kavitation auftreten kann, was insbesondere an der Beschaufelung des Statorschaufelrades Schäden bewirken kann, und zwar bevorzugt im radial äußeren Bereich der Schaufeln. Aus diesem Grund sind am Statorschaufelrad ausschließlich Schaufeln vorgesehen, die im radial äußeren Bereich gegenüber der dem Rotorschaufelrad zugewandten Strömungskante über eine Anschrägung verfügen. Bei einer derartigen Ausgestaltung der Schaufeln wird allerdings im wesentlichen nur das radial äußerste Ende der Schaufeln vor Kavitation geschützt, nicht aber der am stärksten hiervon betroffene Teil der Schaufeln radial innerhalb dieses radial äußersten Endes. Außerdem kommen derart bearbeitete Schaufeln, die gegenüber konventionellen Schaufeln nicht nur kostspieliger sind, sondern auch radial außen wegen reduzierter Einpasslänge mit geringerer Stabilität im Grundkörper des Schaufelrades sitzen, entlang des gesamten Umfangs des Statorschaufelrades zur Anwendung, auch wenn das

Problem der Kavitation hauptsächlich auf den Bereich der Zuströmung frischen Fluids in den hydrodynamischen Kreis oder dicht benachbart zu dieser Zuströmung begrenzt ist.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Beschaufelung eines Schaufelrades, insbesondere eines Statorschaufelrades, bei einem hydrodynamischen Retarder derart auszubilden, dass sich trotz minimalen Kostenaufwandes für die Beschaufelung und hoher Festigkeit der Beschaufelung innerhalb eines Grundkörpers des Schaufelrades ein minimales Risiko unter der Einwirkung von Kavitation ergibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bedingt durch die Ausbildung wenigstens eines Schaufelrades, insbesondere hierbei des Statorschaufelrades, mit zwei Ringsegmenten kann die Verwendung derjenigen Schaufeln, die zur Vermeidung von Kavitaton mit einer Rücknahme ausgebildet sind, auf dasjenige Ringsegment eingeschränkt werden, in welchem zur Versorgung des hydrodynamischen Kreises mit frischem Fluid eine Fluidzufuhr erfolgt, und somit das Risiko einer auf die Schaufeln einwirkenden Kavitation besteht. Dieses Ringsegment wird sich also bevorzugt zwischen einem der Fluidzufuhr zugeordneten Auslaßbereich des entsprechenden Schaufelrades und einem Regelbereich desselben erstrecken. Dem restlichen Umfang dieses Schaufelrades wird indes ein anderes Ringsegment zugewiesen, das anspruchsgemäß Schaufeln mit einer Strömungskante umfasst, die sich zwischen ihrem radial inneren Ende und ihrem radial äußeren Ende zumindest im wesentlichen geradlinig erstrecken, und damit konventionell ausgebildet sind. Das Ringsegment mit den konventionellen Schaufeln soll kurz als erstes Ringsegment bezeichnet werden, und die konventionellen Schaufeln als erste Schaufeln, während die mit einer Rücknahme ausgebildeten Schaufeln als zweite Schaufeln

und das diese Schaufeln aufnehmende Ringsegment als zweites Ringsegment benannt ist.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird also die Beschaufelung dieses Schaufelrades so ausgelegt, dass in durch Kavitation gefährdeten Bereichen des betreffenden Schaufelrades ausschließlich die gegen Kavitation unempfindlichen zweiten Schaufeln eingesetzt werden, während im restlichen Bereich des

Laufrades, in welchem sich Kavitation kaum auswirkt, konstengünstigere und aufgrund erhöhter Tragfläche insbesondere im radial äußeren Bereich einfache montierbare erste Schaufeln, mithin also konventionelle Schaufeln, zur Anwendung kommen.

Die zweiten Schaufeln sind aufgrund der Platzierung der Rücknahme jeweils radial zwischen der Schaufelkante und einem radial äußeren Vorsprung, welcher eine stabile Aufnahme der Schaufeln im Grundkörper des Schaufelrades begünstigt, sowie aufgrund der konkreten geometrischen Ausbildung der Rücknahme mit im wesentlichen bogenförmigem Verlauf sowie aufgrund der kontinuierlichen Ausbildung der übergänge zwischen Rücknahme und Schaufelkante zum einen sowie zwischen Rücknahme und Vorsprung zum anderen optimal an eine Belastung durch Kavitation angepasst, da Angriffsstellen für die Kavitation soweit als möglich vermieden werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 Die obere Hälfte eines Längsschnittes durch einen hydrodynamischen Retarder mit einem Rotor- und einem Statorschaufelrad;

Fig. 2 eine Draufsicht auf das herausgezeichnete Statorschaufelrad gemäß der Blickrichtung M-Il in Fig. 1 ;

Fig. 3 einen Schnitt durch das Statorschaufelrad gemäß der Schnittlinie 111-111 in Fig. 2;

Fig. 4 einen Schnitt durch das Statorschaufelrad gemäß der Schnittlinie IV-IV in Fig. 2.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Fig. 1 zeigt einen hydrodynamischen Retarder. Hierzu ist ein mit einem nicht gezeigten Getriebegehäuse drehfester Retarderträge r 1 vorgesehen, der ein ebenfalls drehfestes Stützelement 3 radial umschließt. Das Stützelement 3 ist, unter Zwischenschaltung einer Radiallagerung 11 , ebenfalls umschlossen, und zwar von einer Kupplungsnabe 5 einer Kupplungseinheit 7, die über ein Kupplungsgehäuse 9 verfügt und in nicht gezeigter Weise mit einer ebenfalls nicht gezeigten Getriebeeingangswelle in drehfester Verbindung steht. Aufgrund dieser Verbindung nimmt die Kupplungseinheit 7 und damit das Kupplungsgehäuse 9 an einer Drehbewegung der Getriebeeingangswelle teil.

Zurückkommend auf die Kupplungsnabe 5 der Kupplungseinheit 7, steht diese über eine Verzahnung 13 mit einer Rotornabe 15 des Retarders in Eingriff, wobei sich die Rotornabe 15 an ihrer der Kupplungseinheit 7 abgewandten Seite über eine Axiallagerung 17 am Stützelement 3 axial abstützt. Die Rotornabe 15 ist an einem als Rotorschale 20 dienenden Grundkörper 19 befestigt, der sich, ausgehend von der Rotornabe 15, nach radial außen erstreckt und im radial äußeren Bereich eine Beschaufelung 21 mit einer Mehrzahl von Schaufeln 23 zur Bildung eines ersten Schaufelrades in Form eines Rotorschaufelrades 25 aufnimmt. Das Rotorschaufelrad 25 wirkt mit einem zweiten Schaufelrad in Form eines Statorschaufelrades 27 des Retarders zusammen, das ebenfalls über einen Grundkörper 29 verfügt, der als Statorschale 31 wirksam ist und zur Aufnahme einer Beschaufelung 33 mit ersten Schaufeln 35 und zweiten Schaufeln 128 (Fig. 2) dient. An der Statorschale 31 sind an deren vom Rotorschaufelrad 25 abgewandten Seite über den Umfang verteilt Gewindehülsen 39 vorgesehen, in die jeweils ein Befestigungselement 37 einbringbar ist, wobei durch die

Befestigungselemente 37 in Verbindung mit den Gewindehülsen 39 das Statorschaufelrad 27 am Retarderträge r 1 befestigt ist.

Das Rotorschaufelrad 25 bildet zusammen mit dem Statorschaufelrad 27 einen hydrodynamischen Kreis 41 , der mit viskosem Medium zumindest teilweise befüllt ist. Der Füllungsgrad des hydrodynamischen Kreises 41 kann mittels einer

Fluidzufuhr 43 erhöht werden, während über einen Fluidauslass 45 viskoses

Medium aus dem hydrodynamischen Kreis 41 entzogen werden kann. In bekannter

Weise kann über den Befüllungsgrad des hydrodynamischen Kreises 41 dessen Momentenübertragbarkeit und damit die durch den Retarder ausgelöste

Bremswirkung eingestellt werden. Die Fluidzufuhr 43 dient somit im

Zusammenhang mit dem Fluidauslass 45 zur Regelung des Retarders.

Zurückkommend auf den Grundkörper 19 des Rotorschaufelrades 25, ist in diesem ein Druckausgleich 47 in Form zumindest einer Durchgangsbohrung ausgebildet.

Durch diesen Druckausgleich 47 wird der hydrodynamische Kreis 41 mit einem

Ausgleichsraum 49 verbunden, der sich axial zwischen dem Grundkörper 19 des

Rotorschaufelrades 25 und einem Dichtflansch 51 befindet, der über

Befestigungselemente 53 am Retarderträger 1 befestigt ist. Bevor eingehend auf die konstruktive Ausführung dieses Dichtflansches 51 hingewiesen wird, sei kurz die Funktion des Ausgleichsraumes 49 erläutert, der aufgrund des

Druckausgleiches 47 über ähnliche Druckbedingungen wie der hydrodynamische

Kreis 41 verfügt und somit eine starke einseitige Belastung des Grundkörpers 19 des Rotorschaufelrades 25 von der Seite des hydrodynamischen Kreises 41 aus verhindert.

Der Dichtflansch 51 weist im radial inneren Bereich einen im Wesentlichen auf das Rotorschaufelrad 25 zugerichteten, sich axial erstreckenden Aufnahmevorsprung 55 auf, an welchem eine Ringfederdichtung 57 vorgesehen ist. Diese hintergreift mit einem ersten Schenkel 59 eine am Aufnahmevorsprung 55 vorgesehene Radialnase 63 und umgreift mit einem zweiten Schenkel 61 die radiale Gegenseite des Aufnahmevorsprunges 55. Derart sowohl axial als auch radial am Dichtflansch

51 aufgenommen, belastet die Ringfederdichtung 57 mit einer Bodenfläche 65 die Kupplungsnabe 5. Um an dieser Kontaktstelle zwischen dem ortsfesten Dichtflansch 51 und der rotierenden Kupplungseinheit 7 eine hinreichende Dichtung zu gewährleisten, ist in einer Nutung 69 der Kupplungsnabe 5 ein Dichtring 67 eingesetzt, der vorzugsweise ebenso wie die Nutung 69 von rechteckigem Querschnitt ist. Der Dichtring 67 besteht bevorzugt aus Grauguss, ist aber alternativ auch aus einem elastomeren Werkstoff herstellbar. Dem Dichtring ist eine in der Kupplungsnabe 5 ausgebildete, im Wesentlichen radial verlaufende Schmierbohrung 71 zugeordnet.

Wie aus Fig. 1 entnehmbar, ist der Retarder gegenüber einer Achse 90 zentriert. Diese Achse ist ebenso in Fig. 2 und 3 erkennbar, wobei insbesondere die Fig. 2 zur Darstellung der Beschaufelung 33 im Grundkörper 29 des Statorschaufelrades 27 dient. Fig. 2 lässt weiterhin zwei Ringsegmente 130 und 132 erkennen, wobei das erste Ringsegment 130 sich über die überwiegende Umfangserstreckung des Grundkörpers 29 ausdehnt und erste Schaufeln 35 aufweist, während das zweite Ringsegment 132 sich über die restliche Umfangserstreckung des Grundkörpers 29 ausdehnt und zweite Schaufeln 128 aufweist. Das zweite Ringsegment 132 erstreckt sich zwischen einem der Fluidzufuhr 43 zugeordneten Auslaßbereich 134 und einem demselben in Strömungsrichtung folgenden Regelbereich 136. Während die ersten Schaufeln 35 der Beschaufelung 33 in konventioneller Weise ausgebildet sind und somit nicht mehr behandelt werden müssen, sind die zweiten Schaufeln 128 in nachfolgend beschriebener erfindungsgemäßer Weise ausgebildet. Zur Gestaltung der ersten Schaufeln 35 sowie im Hinblick auf deren Befestigung im Grundkörper 29 des Statorschaufelrades 27 wird auf die DE 103 43 425 A1 verwiesen, so dass dieser Sachverhalt nicht nochmals beschrieben werden soll.

Fig. 4 zeigt einen Umfangsausschnitt des zweiten Ringsegmentes 132 mit zwei in Umfangsrichtung nebeneinander liegenden zweiten Schaufeln 128 des

Statorschaufelrads 27. Wie auch für die Aufnahme der ersten Schaufeln 35 der

Beschaufelung 33 weist der Grundkörper 29 für die Aufnahme der zweiten

Schaufeln 128 eine Mehrzahl an Aufnahmen 73, 75, 77 auf, von denen eine radial äußere Aufnahme 73 und eine radial innere Aufnahme 75 sich gegenüber einer inneren Grundkörperwand 30 mit einer überwiegenden Komponente in Radialrichtung erstrecken, weshalb diese beiden Aufnahmen 73, 75 als Radialaufnahmen bezeichnet werden können. Die Radialaufnahme 73 erstreckt sich hierbei, ausgehend von der inneren Grundköperwand 30, nach radial außen, die Radialaufnahme 75 dagegen nach radial innen. Im Wesentlichen in radialer Mitte eines Schaufelraumes 34 im Grundkörper 29 ist die weitere Aufnahme 77 vorgesehen, die, ausgehend von der inneren Grundkörperwand 30, sich mit einer überwiegenden Komponente in Axialrichtung erstreckt, weshalb diese Aufnahme 77 als Axialaufnahme bezeichnet werden kann.

Wie aus Fig. 4 weiterhin erkennbar ist, verfügen die zweiten Schaufeln 128 jeweils über Schaufellappen 80, 82, die sich, ausgehend von einem grundkörperseitigen Schaufelrand 94, mit einer überwiegenden Komponente in Radialrichtung erstrecken und daher als Radialschaufellappen bezeichnet werden können. Des Weiteren ist etwa in radialer Schaufelmitte ein weiterer Schaufellappen 84 vorgesehen, der sich, ausgehend vom grundkörperseitigen Schaufelrand 94 mit einer überwiegenden Axialkomponente erstreckt und daher als Axialschaufellappen 84 bezeichnet werden kann.

Die dem Axialschaufellappen 84 gegenüberliegende Axialseite der zweiten Schaufel 128 dient als Strömungskante 108. Diese Strömungskante 108 geht an ihrem radial äußeren Ende 114 zumindest im wesentlichen kontinuierlich in eine bevorzugt bogenförmige Rücknahme 106 über, die, radial weiter außen, wiederum im wesentlichen kontinuierlich, in einen Vorsprung 110 übergeht, der sich im Radialbereich des Radialschaufellappens 80 befindet, und sich, ausgehend von diesem, mit einem freien Ende 112 in Richtung zum Rotorschaufelrad 25 erstreckt, wobei der Vorsprung 110 zumindest im wesentlichen ebenso weit wie die Strömungskante 108 an das jeweils andere Schaufelrad 25 heranreicht. Der Vorsprung 110 sorgt für Stabilität für die zweite Schaufel 128 innerhalb des Grundkörpers 29 des Statorschaufelrades 27.

Die Rücknahme 106 in der jeweiligen zweiten Schaufel 128 ist derart platziert, dass diejenige Stelle der Schaufel 128, an welcher kavitationsbedingte Schäden entstehen könnten, so großräumig ausgenommen ist, dass die Wirkung der Kavitation zumindest reduziert oder gar völlig eliminiert ist. Da kavitationsbdingte Schäden zumindest im wesentlichen nur innerhalb des zweiten Ringsegmentes 132 auftreten, also zwischen dem der Fluidzufuhr zugeordneten Auslaßbereich 134 und dem Regelbereich 126 am Statorschaufelrad 27, genügt eine Verwendung der zweiten Schaufeln 128 mit der erfindungsgemäßen geometrischen Veränderung der Strömungskante 108 innerhalb dieses Ringsegmentes 132, während das erste Ringsegment 130 bevorzugt ausschließlich mit den konventionell ausgebildeten ersten Schaufeln 35 versehen sein kann.

Mit Vorzug sind hierbei im zweiten Ringsegment 132 eine Mehrzahl von zweiten Schaufeln 128 vorgesehen, und zwar mit besonderem Vorzug zwischen 5 und 10 Schaufeln 128. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von 7 derartigen Schaufeln 128 im zweiten Ringsegment 132.