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Patent Searching and Data


Title:
WORKING MEDIUM CIRCUIT FOR A HYDRODYNAMIC MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/124380
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a working medium circuit for a hydrodynamic machine which is arranged in a drive train with a drive motor which comprises at least in each case one rotor and stator blade wheel (18, 19) which are arranged in a common housing and form a toroidal working chamber (2) with one another, which working chamber (2) can be filled with and emptied of working medium in order to switch the hydrodynamic machine on and off, wherein the working medium circuit has a working medium container (5), an inflow line (13), an emptying line (14), a heat exchanger (6), and means (20, 11), by means of which the working medium can be moved out of the working medium container (5) into the working chamber (2) for a first operating state, in particular the braking mode, and the working medium can be moved out of the working chamber (2) back into the working medium container (5) for a second operating state, in particular the non-braking mode, wherein the circulation of the working liquid is brought about by way of the rotor blade wheel (18). In order to achieve improved operational readiness, it is proposed that, for aerating and ventilating, the working chamber (2) is connected at least indirectly via a ventilating line (3) to a chamber (4) which has a ventilating means (9) with respect to the surroundings and in which working medium can collect.

Inventors:
SCHADE, Ravi (Reußenbergstr. 64/2, Crailsheim, 74564, DE)
Application Number:
EP2016/050870
Publication Date:
August 11, 2016
Filing Date:
January 18, 2016
Export Citation:
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Assignee:
VOITH PATENT GMBH (Sankt Pöltener Straße 43, Heidenheim, 89522, DE)
International Classes:
B60T10/02; F16D57/04
Foreign References:
DE102011010555A12012-08-09
DE102010010222A12011-09-08
DE102012205141A12013-10-02
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Claims:
Patentansprüche

1 . Arbeitsmediunnkreislauf für eine hydrodynamische Maschine, die in einem Antriebsstrang mit einem Antriebsmotor angeordnet ist, die zumindest je ein Rotor- und Statorschaufelrad (18,19) umfasst, die in einem gemeinsamen Ge- häuse angeordnet sind und miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum (2) bilden, der zum Ein- und Ausschalten der hydrodynamischen Maschine mit Arbeitsmedium füll- und entleerbar ist, wobei der Arbeitsmediumkreislauf einen Arbeitsmediumbehälter (5), eine Zuflussleitung (13), eine Entleerleitung (14), einen Wärmetauscher (6), sowie Mittel (20, 1 1 ) , mittels denen für einen ersten Betriebszustand, insbesondere den Bremsbetrieb, das Arbeitsmedium aus dem Arbeitsmediumbehälter (5) in den Arbeitsraum (2) bringbar ist, und für einen zweiten Betriebszustand, insbesondere den Nicht-Bremsbetrieb, das Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum (2) zurück in den Arbeitsmediumbehälter (5) bringbar ist, wobei der Umlauf der Arbeitsflüssigkeit durch das Rotorschaufel- rad (18) bewirkt wird,

dadurch gekennzeichnet,

dass zur Be- und Entlüftung der Arbeitsraum (2) über eine Entlüftungsleitung (3) zumindest mittelbar mit einem drucklosen Raum (4) verbunden ist, der eine Entlüftung (9) gegenüber der Umgebung aufweist und in dem sich Ar- beitsmedium sammeln kann.

2. Arbeitsmediumkreislauf nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Arbeitsmedium der hydrodynamischen Maschine Öl ist und der Raum (4) der Ölbehälter des Antriebsmotors oder der Ölbehälter des Getrie- bes ist.

3. Arbeitsmediumkreislauf nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Raum (4) zumindest mittelbar über eine Ausgleichsleitung (8) mit dem Arbeitsmediumbehälter (5) verbunden ist.

4. Arbeitsmediumkreislauf nach Anspruch 1 ,

daduch gekennzeichnet,

dass der Raum (4) auf einem geodätisch höherem Niveau angeordnet ist als der Arbeitsmediumbehalter (5) und derart mit dem Arbeitsmediumbehalter (5) verbunden, dass das Arbeitsmedium aus diesem atmosphärisch verbundenen Behälter in den Arbeitsmediumbehälter (5) bis zu einem definierten Öl- niveau schwerkraftbedingt abfließt.

5. Arbeitsmediumkreislauf nach Anspruch 3 oder 4,

dadurch gekennzeichnet,

dass in der Ausgleichsleitung (8) ein Ventil (7) angeordnet ist.

6. Arbeitsmediumspeicher nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Mittel (1 1 ) eine Pumpe umfassen.

7. Arbeitsmediumkreislauf nach Anspruch 6,

daduch gekennzeichnet,

dass die Pumpe (1 1 ) zumindest drei Betriebszustände aufweist, in dem die Pumpenleistung eines ersten Betriebszustandes während des Befüllens der hydrodynamischen Maschine, eines zweiten Betriebszustandes während des Bremsbetriebs angepasst werden kann und eines weiteren Betriebszustandes während des Nicht-Bremsbetriebs.

8. Arbeitsmediumkreislauf nach Anspruch 6,

daduch gekennzeichnet,

dass der Pumpe (1 1 ) ein Filter (15) vorgeschaltet ist.

9. Arbeitsmediumkreislauf nach Anspruch 6,

daduch gekennzeichnet,

dass zur Schnellentleerung des Arbeitsraums (2) eine schaltbare Schnellent- leerungsleitung vorgesehen ist.

10. Arbeitsmediumspeicher nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Raum (4), der Ölbehälter des Antriebsmotors und der Arbeitsmedi- umbehälter (5), von einem gemeinsamen Behälter gebildet werden.

Description:
Arbeitsmediumkreislauf für eine hydrodynamische Maschine

Die Erfindung betrifft einen Arbeitsmediumkreislauf für eine hydrodynamische Maschine, die in einem Antriebsstrang mit einem Antriebsmotor angeordnet ist, wie sie in Kraftfahrzeugen wie z.B. Bussen und LKW verbaut wird. Derartige hydrodynamische Maschinen, insbesondere Retarder, weisen immer einen Arbeitsmediumkreislauf auf, in dem das Arbeitsmedium zirkulieren kann.

Dem Fachmann sind derartige Retarder in unterschiedlicher Ausführung bekannt. Im Wesentlichen umfasst der Retarder einen Stator und einen Rotor welche einen torusförmigen Arbeitsraum bilden. Der Arbeitsmediumkreislauf umfasst im Wesentlichen einen Arbeitsmediumbehälter, eine Zuflussleitung, eine Entleerleitung und einen Kühler. Weiterhin sind Mittel vorhanden, mittels denen für einen ersten Betriebszustand, insbesondere Bremsbetrieb, das Arbeitsmedium aus dem Arbeitsmediumbehälter in den Arbeitsraum bringbar ist, und für einen zweiten Betriebszustand, insbesondere Nicht-Bremsbetrieb, das Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum zurück in den Arbeitsmediumbehälter bringbar ist.

Im Bremsbetrieb selbst bildet sich im Arbeitsmediumkreislauf eine Kreislaufströmung aus, durch die das im Arbeitsraum durch die hydrodynamische Strömung erhitzte Arbeitsmedium zum Kühler und von dort zurück in den Arbeitsraum gepumpt wird.

Die Entlüftung des hydrodynamischen Kreislaufes erfolgt über eine im Arbeitsmediumkreislauf eingebaute Be- und Entlüftungseinheit, welche in die Atmosphäre entlüften. Insbesondere ist die Belüftung und Entlüftung wichtig, um schnell von einem Betriebszustand in den anderen schalten zu können und um ein vermischen der Luft mit dem Arbeitsmedium zu verhindern, wobei beim Schalten der Arbeitsraum entweder entlüftet oder belüftet werden muss. Zur Verhinderung das Arbeitsmedium in die Umgebung gelangt sind unterschiedliche Mittel bekannt. Weiterhin ist zu verhindern, dass das Arbeitsmedium verschmutzt wird, wodurch die Betriebsbereitschaft zumindest vermindert wird.

Als Arbeitsmedium für Retarder sind Öle oder wässrige Lösungen, insbesondere Kühlwasser aus dem Fahrzeugkühlkreislauf, bekannt. Aufgrund der gestiegenen Anforderungen ist es erforderlich ein Austreten von Arbeitsmedium in die Umge- bung zu verhindern und die Wechselintervalle für das Arbeitsmedium zu verlängern.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Arbeitsmediumkreislauf vorzuschlagen, der eine verbesserte Betriebsbereitschaft aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Arbeitsmediumkreislauf für eine hydrodynamische Maschine gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und bevorzugte Lösungsvarianten sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen beschrieben.

Der Arbeitsmediumkreislauf für eine hydrodynamische Maschine, die in einem Antriebsstrang mit einem Antriebsmotor angeordnet ist, umfasst zumindest je ein Rotor- und Statorschaufelrad, die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind und miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum bilden, der zum Ein- und Ausschalten der hydrodynamischen Maschine mit Arbeitsmedium füll- und entleerbar ist, wobei der Arbeitsmediumkreislauf einen Arbeitsmediumbehälter, eine Zuflussleitung, eine Entleerleitung, einen Wärmetauscher, sowie Mittel, mittels denen für einen ersten Betriebszustand, insbesondere den Bremsbetrieb, das Arbeitsmedium aus dem Arbeitsmediumbehälter in den Arbeitsraum bringbar ist, und für einen zweiten Betriebszustand, insbesondere den Nicht-Bremsbetrieb, das Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum zurück in den Arbeitsmediumbehälter bringbar ist, wobei der Umlauf der Arbeitsflüssigkeit durch das Rotorschaufelrad bewirkt wird.

Weiterhin ist vorgesehen, dass zur Be- und Entlüftung der Arbeitsraum über eine Entlüftungsleitung zumindest mittelbar mit einem drucklosen Raum verbunden ist, der eine Entlüftung gegenüber der Umgebung aufweist und in dem sich Arbeitsmedium sammeln kann. Des Weiteren kann das Arbeitsmedium der hydrodynamischen Maschine Öl sein und der Raum kann der Ölbehälter des Antriebsmotors oder des Getriebes sein. Die Be- und Entlüftung des Arbeitsraums wird dadurch vereinfacht. So kann vorgesehen sein, die Be- und Entlüftung des Arbeitsraumes mit dem Luftraum des Getriebes oder Antriebsmotors zu verbinden und so die Be- und Entlüftungseinrichtung des Getriebes oder Antriebsmotors auch für den Arbeitsraum zu nutzen.

Dabei kann die Verbindung intern über das Retarder-, Getriebegehäuse bzw. Verbrennungsmotorgehäuse oder über eine externe Leitung erfolgen. Diese Lösung ist sowohl für Retarder mit einem gemeinsamen Ölhaushalt mit dem Getriebe oder Verbrennungsmotor denkbar, als auch für Retarder mit einem separaten Ölsumpf oder Ölhaushalt. Dabei sind die eingesetzten Öle von Getriebe und Retarder bzw. Verbrennungsmotor und Retarder derart gewählt, dass diese zumindest miteinander vermischbar sind.

Des Weiteren kann bei der Ausführungsvariante mit separatem Ölsumpf des Retarders, der Raum zumindest mittelbar über eine Ausgleichsleitung mit dem Arbeitsmediumbehälter verbunden sein. So können die Ölmengen der beiden Ölhaushalte über einen internen Kanal oder einer externen Leitung miteinander ausgeglichen werden.

Vorteilhaft ist es dabei, wenn der Raum auf einem geodätisch höherem Niveau angeordnet ist als der Arbeitsmediumbehälter und derart mit dem Arbeitsmediumbehälter verbunden ist, dass das Arbeitsmedium aus diesem atmosphärisch verbundenen Behälter in den Arbeitsmediumbehälter schwerkraftbedingt abfließt, so dass keine separate Pumpe benötigt wird.

Weiterhin kann in der Ausgleichsleitung ein Ventil angeordnet sein, um den Zufluss in den Arbeitsmediumbehälter beeinflussen zu können und um diese Verbindung trennen zu können.

Weiterhin kann vorgesehen werden, dass das Mittel zum Schalten der Betriebszu- stände eine Pumpe umfasst. Mittels der Pumpe kann einmal der Arbeitsraum mit Arbeitsmedium befüllt werden und andererseits die im Bremsbetrieb auftretenden Leckageverluste ausgeglichen werden. In einer bevorzugten Ausführung weist die Pumpe zumindest drei Regelbereiche auf, einen ersten Regelbereich während des Befüllens der hydrodynamischen Maschine, einen zweiten Regelbereich während des Bremsbetriebs und einen dritten im Nicht-Bremsbetrieb. Weiterhin kann in einer Ausführung der Pumpe ein Filter vorgeschaltet sein, so dass immer sichergestellt ist, dass die für den Retarderbetrieb erforderliche Ölqualität gewährleistet ist.

Weiterhin kann bei hydrodynamischen Öl-Retardern mit gemeinsamen Ölhaushalt mit dem Getriebe, die Pumpe eine retarder- oder getriebeseitige Verdrängerpumpe sein, mittels der beide Aggregate mit Öl versorgt werden.

Weiterhin kann zur Schnellentleerung des Arbeitsraums eine schaltbare Schnel- lentleerungsleitung vorgesehen sein.

Zudem ist auch eine Variante denkbar, bei der der Raum, den Ölbehälter des Antriebsmotors und den Arbeitsmediumbehälter umfasst und ein gemeinsamer Behälter gebildet wird.

Die Pumpe kann im Nicht-Bremsbetrieb des Retarders auch derartig mit dem Ölkreislauf verbunden/verschaltet sein, dass zur Kühlung kontinuierlich ein Ölstrom vom Raum des Antriebsmotors oder des Getriebes und/oder Arbeitsmedi- umbehälters durch den Wärmetauscher des Retarders gepumpt wird. Weitere Merkmale des erfindungsgemäßen Arbeitsmediumkreislaufs und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Skizzen näher erläutert.

In diesen zeigen: Figur 1 ein Ölkreislauf für eine hydrodynamische Maschine mit Entlüftung

Figur 2 ein Ölkreislauf mit regelbarer Pumpe

Figur 3 ein Ölkreislauf mit ungeregelter Pumpe Figur 1 zeigt eine erste Ausführung der Erfindung, wobei hier ein Ölkreislauf für eine hydrodynamische Maschine mit Entlüftung dargestellt ist. Die hydrodynamische Maschine bzw. der Retarder umfasst je ein Rotor- und Statorschaufelrad 18,19, die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind und miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum 2 bilden. Zum Ein- und Ausschalten ist der Retarder mit Arbeitsmedium füll- und entleerbar.

Der Arbeitsmediumkreislauf besteht aus einem Arbeitsmediumbehälter 5, einer Zuflussleitung 13, einer Entleerleitung 14, einem Wärmetauscher 6, sowie Mitteln 20, 1 1 mittels denen für einen ersten Betriebszustand, insbesondere den Brems- betrieb, das Arbeitsmedium aus dem Arbeitsmediumbehälter 5 in den Arbeitsraum 2 bringbar ist, und für einen zweiten Betriebszustand, insbesondere dem Nicht- Bremsbetrieb, das Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum 2 zurück in den Arbeitsmediumbehälter 5 bringbar ist, wobei der Umlauf der Arbeitsmediums durch das Rotorschaufelrad 18 bewirkt wird, In dieser Ausführung ist vorgesehen, dass die Retarderregelung mittels Druckluft 20 erfolgt, die auf das Arbeitmedium im Arbeitsmediumbehälter 5 wirkt und durch die das Arbeitsmedium, über eine Steigleitung 21 , in den Arbeitsraum 2 gedrückt wird.

Über die Schaltstellung der Ventile der Ventileinheit 10 werden die Leitungen für den Befüll-, den Bremsbetrieb oder Entleerbetrieb geschaltet. So erfolgt der Umlauf im Bremsbetrieb über die Zuflussleitung 13 und die Entleerleitung 14 über den Wärmetauscher 6 und den Arbeitsraum 2.

Alternativ kann die in Fig. 1 dargestellte Ausführung auch ohne die Ventileinheit (10) ausgeführt werden, dann erfolgt die Schaltung allein über die Druckbeaufschlagungsvorrichtung. Die Entlüftung des Arbeitsraums 2 erfolgt über die Entlüftungsleitung 3, über die eine Verbindung vom Zentrum des Arbeitsraumquerschnittes 2 in den Raum 4 hergestellt wird. Im Raum 4 kann eine Olabscheidevorrichtung vorgesehen sein und die Entlüftung erfolgt schließlich über das Entlüftungsventil 9.

Vor oder in der Be- und Entlüftungseinheit (9) kann eine Olabscheidevorrichtung platziert bzw. integriert sein. Zum Ausgleich von Ölverlusten, die über die Entlüftungsleitung in den Raum 4 gelangen ist eine Ausgleichsleitung 8 mit einem Schaltventil 7 vorgesehen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Raum oder zumindest der Ölspiegel des Raums geodätisch höher angeordnet ist, als der Arbeitsmediumspeicher bzw. dessen Ölspiegel, so dass ein Niveauausgleich ohne weitere Hilfsmittel erfolgen kann.

In Fig 2 ist ein Ölkreislaufausschnitt mit einer regelbaren Pumpe 1 1 dargestellt. Bei hydrodynamischen Öl-Retardern mit eigenem Ölhaushalt wird eine Verdrängerpumpe 1 1 zur Befüllung des Arbeitsraumes 2 und zur Bereitstellung eines gewünschten Öldruckes im Arbeitsraum 2 eingesetzt, zum Einstellen und Regeln des Retarderbremsmomentes.

Dazu wird der Auslass der Verdrängerpumpe 1 1 mit dem Auslasskanal 14 des Arbeitsmediumkreislaufes verbunden. Durch diese Verbindung wird bewirkt, dass sich im Betrieb zwischen dem Auslass der Verdrängerpumpe 1 1 und dem Auslass des hydrodynamischen Kreislaufes ein hydraulisches Druckgleichgewicht einstellt. Dadurch wird der Füllstand im hydrodynamischen Kreislauf beeinflußt und damit das bereitgestellte Retarder-Bremsmoment.

Als Verdrängerpumpe kann sowohl eine regelbare wie auch eine nicht regelbare Pumpe eingesetzt werden. Eine regelbare Pumpe hat den Vorteil, dass im Nicht- bremsbetrieb die mechanische Leistungsaufnahme der Pumpe 1 1 reduziert werden kann.

Bei hydrodynamischen Öl-Retardern mit gemeinsamen Ölhaushalt mit dem Getriebe, kann bei Getrieben mit eigener Pumpe 1 1 auf die retardereigene oder getriebeeigene Verdrängerpumpe verzichtet werden. Die eine Pumpe übernimmt dann sowohl die Schmier- und Kühlölversorgung des Getriebes wie auch die Bereitstellung des Arbeitsmediums das für den Bremsbetrieb im Arbeitsraum 2 benötigt wird.

Zur Kühlung ist ein Wärmetauscher 6 in den Arbeitsmediumkreislauf eingebaut, wobei der Wärmetauscher 6 auch zur Kühlung des gemeinsamen Olhaushaltes verwendet werden kann. Figur 3 zeigt einen weiteren Ölkreislauf mit ungeregelter Pumpe, wobei zur schnelleren Entleerung des Arbeitsraums eine zusätzliche schaltbare Verbindungsleitung von der Zuflussleitung 13 in den Arbeitsmediumbehalter 5 vorgesehen ist. Über diese kann einmal die Entleerung unterstützt werden oder eine Regelung des Füllgrades des Retarderarbeitsraums 2 erfolgen.

Bezuqszeichenliste

1 Retarder

2 Arbeitsraum

3 Be- und Entlüftungsleitung

4 Ölbehälter Antriebsmotor oder Getrieb

5 Arbeitsmediumspeicher

6 Wärmetauscher

7 Ölausgleichsventil

8 Ausgleichsleitung

9 Be- und Entlüftung

10 Ventile

1 1 Pumpe

13 Zuflussleitung

14 Entleerleitung

15 Filter

16 Schaltventil für Kühlung im Nicht-Bremsbetrieb

17 Rückflussleitung

18 Rotor

19 Stator

20 Druckbeaufschlagungsvorrichtung

21 Steigkanal