Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Strömungsmaschine, welche zwei Schaufelräder, nämlich ein Primärrad und ein Sekundärrad aufweist, von denen wenigstens eines axial gegenüber dem anderen verlagerbar ist. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Retarder.

Die Verlagerbarkeit von wenigstens einem der beiden Schaufelräder dient dazu, die Verlustleistungen im Leerlauf der hydrodynamischen Strömungsmaschine zu vermindern. DE 102 19 753 A1 beschreibt zum Beispiel einen Retarder, bei welchem der Rotor mittels eines Schraubgewindes auf einer Hohlwelle gelagert ist und beim Übergang vom Bremsbetrieb in den Nichtbremsbetrieb, das heißt in den Leerlauf, vom Stator abgefahren wird. Um wieder in den Bremsbetrieb überzugehen, wird der Rotor wieder an den Stator angefahren, so dass sich im Arbeitsraum zwischen dem Rotor und dem Stator ein Strömungskreislauf ausbilden kann, mittels welchem Drehmoment vom Rotor auf den Stator übertragen wird, so dass der Rotor abgebremst wird.

Der Übergang vom Leerlauf in den Arbeitsbetrieb, das heißt bei einem Retarder vom Nichtbremsbetrieb in den Bremsbetrieb, soll, wie leicht einsichtig ist, möglichst rasch erfolgen, nachdem ein Bremsbefehl beispielsweise vom Führer eines Fahrzeugs, in welchem der Retarder zum Abbremsen installiert ist, gegeben wurde. Somit ist es notwendig, die beiden Schaufelräder möglichst schnell in eine solche Konfiguration zu bringen, dass sie sich unmittelbar axial gegenüberstehen, so dass der gewünschte Arbeitsmediumkreislauf zwischen den beiden

Schaufelrädern im Arbeitsraum ausgebildet wird und die Drehmomentübertragung mittels des Arbeitsmediums einsetzt. Hinsichtlich der tatsächlichen Geschwindigkeit beziehungsweise notwendigen Zeitdauer beim Übergang vom Leerlaufbetrieb in den Arbeitsbetrieb gibt es aufgrund von Trägheiten im System einen Raum für Verbesserungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrodynamische Strömungsmaschine mit einem axial verlagerbaren Schaufelrad, insbesondere einen Retarder, darzustellen, bei welcher beziehungsweise bei welchem der Übergang vom Leerlauf in den Arbeitsbetrieb gegenüber bekannten Ausführungen rascher erfolgt, wobei gleichzeitig bauliche Änderungen von bekannten Maschinen gering gehalten werden sollen und kein zusätzlicher Energieaufwand beim Umschalten notwendig sein soll.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine hydrodynamische Strömungsmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung.

Die erfindungsgemäße hydrodynamische Strömungsmaschine weist ein beschaufeltes Primärrad und ein beschaufeltes Sekundärrad auf, welche miteinander einen mit Arbeitsmedium befüllbaren Arbeitsraum ausbilden. Dabei ist wenigstens eines der beiden Räder gegenüber dem anderen axial verschiebbar. Diese axiale Verschiebbarkeit bezieht sich im Sinne der Erfindung auf wenigstens den beschaufelten Teilbereich des axial verschiebbaren Rades, so dass in einer ersten nahen Position sich die beiden beschaufelten Teilbereiche der beiden

Räder axial unmittelbar gegenüberstehen. Wenn dann eines der beiden Räder, beispielsweise das Primärrad, drehend angetrieben wird, wird Arbeitsmedium in dem Arbeitsraum, welcher durch die beiden beschaufelten Teilbereiche ausgebildet wird, durch die Schaufeln des angetriebenen Rades radial nach außen beschleunigt, strömt in den beschaufelten Teilbereich des gegenüberstehenden Rades und wird dort radial nach innen verzögert, so dass sich ein Kreislauf von Arbeitsmedium im Arbeitsraum einstellt.

In der zweiten fernen Position, das heißt in der Position, in welcher der beschaufelte Teilbereich des axial verlagerbaren Schaufelrades gegenüber dem beschaufelten Teilbereich des anderen Rades abgerückt wurde, kann sich

aufgrund der Entfernung zwischen den beiden beschaufelten Bereichen kein Strömungskreislauf im Arbeitsraum einstellen, so dass kein Drehmoment oder im wesentlichen kein Drehmoment zwischen den Schaufelrädern übertragen wird. Hierdurch werden Verluste im Leerlaufbetrieb, welche unerwünscht sind, weitgehend oder vollständig vermieden.

Um den Vorgang des Anfahrens von einem der beiden Räder beziehungsweise eines gegenseitigen Anfahrens beider Räder zu beschleunigen, weist die erfindungsgemäße Strömungsmaschine eine strömungsleitende Druckausgleichsverbindung zwischen dem Arbeitsraum und einem

Ausgleichsraum auf. Diese strömungsleitende Druckausgleichsverbindung mündet einerseits im Arbeitsraum, welcher auf der axialen Vorderseite des verlagerbaren Rades angeordnet ist, und andererseits im Ausgleichsraum, welcher auf einer der Vorderseite axial entgegengesetzten Rückseite des verlagerbaren Rades angeordnet ist. Somit kann beim Anfahren des verlagerbaren Rades, beispielsweise das Primärrad beziehungsweise der Rotor eines Retarders, gegen das gegenüberstehende Rad, beispielsweise das Sekundärrad beziehungsweise der Stator des Retarders, das zuvor im vergrößerten Arbeitsraum befindliche Medium, insbesondere Luft, aus dem beim Anfahren kleiner werdenden Arbeitsraum durch die Druckausgleichsverbindung in den Ausgleichsraum strömen, so dass kein zu überwindender Gegendruck, welcher einer Verlagerung des Rades entgegenwirkt, beim Anfahrvorgang ausgebildet wird.

Um zu verhindern, dass im Arbeitszustand, beispielsweise im Bremsbetrieb, Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum durch die Druckausgleichsverbindung ausströmt, ist die Druckausgleichsverbindung erfind ungsgemäß derart im Arbeitsraum und dem Ausgleichsraum mündend angeordnet, dass sie wenigstens mittelbar durch das verlagerbare Rad vollständig oder im wesentlichen vollständig abgesperrt wird, wenn sich das verlagerbare Rad in der ersten nahen Position befindet. Um den oben beschriebenen Strömungsausgleich beim Anfahren des Rades zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß die Druckausgleichsverbindung

gleichzeitig dann freigegeben, wenn sich das verlagerbare Rad beziehungsweise der verlagerbare Teilbereich des Rades in der zweiten fernen Position oder allgemein außerhalb der ersten nahen Position befindet.

Die Druckausgleichsverbindung kann beispielsweise durch Anstoßen des verlagerbaren Rades oder des verlagerbaren Teilbereichs des entsprechenden Rades an einem weiteren Teil der hydrodynamischen Strömungsmaschine abgesperrt werden, wenn das verlagerbare Rad beziehungsweise der Teilbereich des verlagerbaren Rades die beschriebene erste nahe Position einnimmt.

Insbesondere ist die Druckausgleichsverbindung in Form von einer oder von mehreren Axialbohrungen durch das verlagerbare Rad und/oder den verlagerbaren Teilbereich hindurch geführt. Alternativ oder zusätzlich kann die Druckausgleichsverbindung entlang des Außenumfangs des verlagerbaren Rades beziehungsweise des verlagerbaren Teilbereichs ausgeführt sein.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele, welche schematisch in den Figuren dargestellt sind, näher erläutert werden.

Es zeigen:

Figur 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten

Retarders mit dem Rotor in seiner zweiten fernen Position;

Figur 2 den Retarder aus der Figur 1 mit dem Rotor in der ersten nahen

Position;

Figur 3 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten

Retarders mit dem Rotor in seiner zweiten fernen Position;

Figur 4 den Retarder aus der Figur 3 mit dem Rotor in der ersten nahen

Position.

In der Figur 1 erkennt man einen Retarder mit einem Primärrad 1 und einem Sekundärrad 2. Das Primärrad 1 ist der Rotor und das Sekundärrad 2 der Stator des Retarders. Beide Räder 1 , 2 weisen einen beschaufelten Teilbereich auf, nämlich der Rotor den Teilbereich 1.1 und der Stator den Teilbereich 2.1.

Der Stator, das heißt das Sekundärrad 2, wird ortsfest im Gehäuse 7 getragen. Das Gehäuse 7 umschließt zusammen mit dem Stator das Primärrad 1 und bildet einen inneren Raum aus, der durch den beschaufelten Teilbereich 1.1 des Primärrades 1 in zwei voneinander im wesentlichen getrennte Räume aufgeteilt wird, nämlich in den Arbeitsraum 3 und den Ausgleichsraum 5.

Der Teilbereich 1.1 des Primärrades 1 , welcher die Beschaufelung 1.4 trägt, ist in der Axialrichtung verlagerbar, wie durch den Doppelpfeil 12 angedeutet wird. Diese axiale Verschiebbarkeit wird durch eine verzahnte oder gewindeförmige Lagerung des verlagerbaren Teilbereichs 1.1 auf einem axial feststehenden Bereich 1.3 des Primärrades erreicht. Diese Lagerung ist in der Figur 1 mit der Bezugsziffer 9 bezeichnet. Natürlich sind sowohl der axial verschiebbare

Teilbereich 1.1 als auch der axial feststehende Teilbereich 1.3 des Primärrades in Umfangsrichtung drehbar angeordnet, damit das Primärrad 1 seine gewünschte Funktion ausüben kann.

Alternativ zu der gezeigten Darstellung könnte auch das gesamte Primärrad 1 axial verschiebbar angeordnet sein.

In dem axial verschiebbaren Teilbereich 1.1 des Primärrades 1 sind eine Vielzahl von Axialbohrungen 6 eingebracht, welche die erfindungsgemäße Druckausgleichsverbindung 4 darstellen.

In der Figur 1 ist die Position des verschiebbaren Teilbereichs 1.1 innerhalb des Raumes, der durch das Gehäuse 7 und das Sekundärrad 2 umschlossen wird, gezeigt, in welcher der verschiebbare Teilbereich 1.1 axial entfernt gegenüber dem beschaufelten Teilbereich 2.1 des Sekundärrades 2 angeordnet ist. Somit ist der Raum, welcher durch die beiden beschaufelten Bereiche 1.1 und 2.1 von jeweils dem Primärrad 1 und dem Sekundärrad 2 ausgebildet wird, in seiner Axialrichtung durch einen deutlichen Spalt unterbrochen, und es findet keine Leistungsübertragung vom Primärrad 1 auf das Sekundärrad 2 statt. Dieser Zustand wird als Leerlauf bezeichnet, da das Primärrad 1 umläuft, ohne abgebremst zu werden. Der Raum zwischen dem Primärrad 1 und dem

Sekundärrad 2 beziehungsweise der durch den beschaufelten Teilbereich 1.1 des Primärrades und 2.1 des Sekundärrades zusammen mit dem dazwischenliegenden Axialspalt ausgebildet wird, auch in diesem Zustand gleichwohl Arbeitsraum 3 genannt, ist vorteilhaft vollständig oder bis auf eine vorgegebene Restmenge von Arbeitsmedium entleert und entsprechend mit Luft gefüllt.

Um nun möglichst rasch in den Bremsbetrieb umzuschalten, muss der Teilbereich 1.1 des Primärrades 1 schnell in die in der Figur 2 gezeigte Position geschaltet werden, damit ein torusförmiger Arbeitsraum 3 durch den beschaufelten

Teilbereich 1.1 des Primärrades und den beschaufelten Teilbereich 2.1 des Sekundärrades ausgebildet wird. Der Arbeitsraum 3 wird mit Arbeitsmedium befüllt, welches durch die Schaufeln 1.4 im Primärrad 1 radial nach außen beschleunigt wird und durch die Schaufeln 2.4 im Sekundärrad 2 radial nach innen verzögert wird, so dass sich eine drehmomentübertragende Kreislaufströmung einstellt, siehe den Pfeil 11.

Während des Anfahrens des Teilbereichs 1.1 des Primärrads 1 gegen den beschaufelten Teilbereich 2.1 des Sekundärrads kann jegliches Medium, welches sich auf der Vorderseite des Primärrads 1 , das heißt im Raum zwischen dem

Schaufelboden des Primärrades 1 und dem Schaufelboden des Sekundärrads 2

befindet, durch die Axialbohrungen 6 in den Ausgleichsraum 5 ausströmen, siehe den Pfeil 10, und kann damit keinen das Anfahren des Teilbereichs 1.1 hindernden Druck im Arbeitsraum 3 ausbilden. Erst in dem in der Figur 2 gezeigten Zustand, das heißt wenn sich der Teilbereich 1.1 in seiner ersten nahen Position gegenüber dem Teilbereich 2.1 befindet, das heißt in der Position, in welcher sich die Schaufeln 1.4 des Primärrades 1 und die Schaufeln 2.4 des Sekundärrades 2 axial unmittelbar gegenüberstehen, wird die Druckausgleichsverbindung 4 dadurch abgesperrt, dass der axial verlagerbare Teilbereich 1.1 mit dem radialen Abschnitt, in welchem die Axialbohrungen 6 ausgeführt sind, am axial feststehenden Teilbereich 1.3 anstößt. Wie man in den Figuren 1 und 2 erkennen kann, ist hierzu der axial feststehende Teilbereich 1.3, welcher in dem Bereich, in dem er den axial verlagerbaren Teilbereich 1.1 trägt, mit einem im wesentlichen oder vollständig zylindrischen Außenumfang ausgebildet ist, axial angrenzend zu diesem Teilbereich mit einem radialen Vorsprung ausgeführt, welcher in eine radial innere Aussparung 13 im axial verlagerbaren Teilbereich 1.1 dann angreift, wenn der axial verlagerbare Teilbereich 1.1 in seine erste nahe Position angefahren wurde.

Der radiale Vorsprung des feststehenden Teilbereichs 1.3 kann integral mit dem zylindrischen Bereich des axial feststehenden Teils 1.3 ausgeführt sein, oder auf diesem zylindrischen Teil montiert sein. Insbesondere ist der radiale Vorsprung, wie in den Figuren 1 und 2 angedeutet, in Form einer Scheibe ausgeführt, die auf dem zylindrischen Bereich in einem gestuften Umfangsbereich aufgesetzt ist. Der radiale Vorsprung kann insbesondere aus einem Werkstoff ausgeführt sein, welcher günstig für die von ihm herzustellende Abdichtung ist.

In den Figuren 3 und 4 ist eine zweite Ausführung eines Retarders gezeigt. Dieser Retarder entspricht weitgehend der Ausführung, welche in den Figuren 1 und 2 gezeigt ist, mit der Ausnahme, dass die Druckausgleichsverbindung 4 entlang des radial äußeren Umfangs 1.2 des axial verlagerbaren Teilbereichs 1.1 ausgebildet ist. Hierzu ist das Gehäuse 7 in seinem inneren Umfang mit einer Stufe versehen,

so dass sich der innere Umfang des Gehäuses 7 beginnend radial außerhalb des Sekundärrades 2 in Richtung des Primärrades 1 stufenförmig aufweitet. Somit wird zwischen dem äußeren Umfang des Teilbereichs 1.1 und dem inneren Umfang des Gehäuses 7 ein vergleichsweise großer Radialspalt ausgebildet, wenn sich der Teilbereich 1.1 in seiner gegenüber dem Sekundärrad 2 entfernt gelegenen Position befindet, siehe die Figur 3, wohingegen dieser Ringspalt deutlich eingeschnürt wird, wenn sich der Teilbereich 1.1 in seiner nahen Position befindet, siehe die Figur 4.

Beim Anfahren des Teilbereichs 1.1 gegenüber dem Sekundärrad 2 kann somit das Medium, welches sich in dem Arbeitsraum 3 befindet, durch den noch vergleichsweise großen Ringspalt, welcher die Druckausgleichsverbindung 4 darstellt, in den Ausgleichsraum 5 strömen, während diese Strömung dann vollständig oder weitgehend unterbunden wird, wenn der Teilbereich 1.1 in den Axialbereich radial innerhalb des Bereiches des Gehäuses 7 eingefahren ist, welcher mit einem kleineren inneren Umfang ausgeführt ist, nämlich in seine gegenüber dem Sekundärrad 2 nahe Position, wie in der Figur 4 dargestellt ist.

In der gezeigten Ausführung ist im Bereich der Stufe des inneren Umfangs des Gehäuses 7 zusätzlich ein Dichtelement 8 eingesetzt, welches die

Druckausgleichsverbindung 4 durch Anstoßen am äußeren Umfang 1.2 des Teilbereichs 1.1 oder durch starkes Einschnüren des verbleibenden Ringspaltes abdichtet. Selbstverständlich ist es auch möglich, die gezeigte Stufe im Bereich des inneren Umfangs des Gehäuses 7 einzusparen, somit den inneren Umfang des Gehäuses 7 zylindrisch auszuführen, und zur gewünschten Abdichtung beziehungsweise Einschnürung der Druckausgleichsverbindung 4 ausschließlich ein oder mehrere Dichtelemente vorzusehen. In der Figur 3a sind weitere Ausführungsbeispiele für die Anordnung möglicher Dichtelemente gezeigt. Von oben nach unten gesehen umfasst die erste Ausführung eine Vielzahl von hintereinander angeordneten gleich langen Dichtspitzen auf dem äußeren Umfang 1.2 des Primärrades, die am inneren Umfang des Gehäuses 7, der in diesem

Bereich zylindrisch ausgeführt ist, angreifen; die zweite Ausführung eine Vielzahl von gleich langen Dichtspitzen auf dem inneren Umfang des Gehäuses 7, die in axialer hintereinander angeordnet sind und an einem zylindrischen Bereich des äußeren Umfangs 1.2 des Primärrades 1 angreifen; die dritte Ausführung eine Spitze-Spitze-Dichtung; die vierte Ausführung Spitzen auf dem äußeren Umfang 1.2 des Primärrades 1 oder dem inneren Umfang des Gehäuses 7, welche an einer gegenüberliegenden zylindrischen Oberfläche mit eingebrachten Nuten eingreifen. Weitere Dichtungsausführungen sind denkbar.

Die in den Figuren 1 und 2 gezeigte Druckausgleichsverbindung und die in den

Figuren 3 und 4 gezeigte Druckausgleichsverbindung können in einer besonderen Ausführungsform der Erfindung auch gleichzeitig vorgesehen sein.