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Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Retarder
für ein Kraftfahrzeug nach der im Oberbegriff von
Anspruch 1 näher definierten Art.
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Neben den Betriebsbremsen eines Kraftfahrzeugs,
insbesondere eines Nutzfahrzeugs, die im Regelfall einem
Verschleiß unterliegende Reibungsbremsen sind, werden
zusätzliche verschleißfreie Verzögerungseinrichtungen, wie
Retarder und Motorbremsen, verwendet, die die
Fahrzeuggeschwindigkeit im Gefälle konstant halten.
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Zu den Retardern werden sowohl zusätzlich am Getriebe
angeordnete hydrodynamische, hydrostatische oder
elektrodynamische Bremseinrichtungen gezählt, als auch solche Systeme,
die innerhalb des Getriebegehäuses vorgesehen sind.
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Retarder werden des weiteren unterschieden in
Primärretarder, die in Abhängigkeit von der Motordrehzahl arbeiten,
und in Sekundärretarder, die in Abhängigkeit von der
Fahrzeuggeschwindigkeit arbeiten.
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Auch für die Betätigung des Retarders werden
verschiedene Arten unterschieden. Die Bremswirkung kann im Rahmen
der maximalen Leistungsfähigkeit des Retarders in Stufen
oder stufenlos gesteuert werden. Zunächst einmal weist die
Betätigung durch einen Bremsstufenschalter, meist in Form
eines Lenkstockhebels oder eines Schalters, der in der
unmittelbaren Nähe des Lenkrades für den Fahrer griffgünstig
angebracht ist, mehrere Bremsstufen auf. Verwendet wird ein
Bremsstufenschalter auch in Verbindung mit einer
Trittplatte, die im Fußraum vom Fahrer überwiegend in Kombination
mit den Betriebsbremsen als Bremspedal mit dem Fuß bedient
werden kann. Der Retarder wird in den unterschiedlichen
Bremsstufen unterschiedlich stark eingesetzt.
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Im Zuge der Weiterentwicklung und der vereinfachten
Zusammenarbeit von Kraftfahrzeugkomponenten, z. B. durch
gemeinsame elektronische Kfz-Steuergeräte, ist es
wünschenswert, für Nutzkraftfahrzeuge eine Bremsanlage zu
entwickeln, die nur dann die verschleißbehaftete
Betriebsbremse einsetzt, wenn dies unbedingt erforderlich ist. Ein
großer Teil der Bremsvorgänge soll allein durch den Retarder
oder zumindest mit dessen Unterstützung durchgeführt
werden. Dies führt zu verringerten Fahrzeugbetriebskosten und
zu einer erhöhten Verfügbarkeit, da die
verschleißbehafteten Bremsbeläge der herkömmlichen Reibungsbremse weniger
häufig ausgewechselt werden müssen. Obendrein führt die
geringere thermische Belastung der Betriebsbremse bei
Einsatz eines Retarders zu einer erhöhten
Fahrzeugbetriebssicherheit.
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Herkömmliche hydrodynamische Retarder, wie sie aus dem
Stand der Technik bekannt sind, sind als
Dauerbremseinrichtung z. B. für langgezogene Bergabfahrten ausgelegt, bei
der nicht mit kurzfristig aufeinanderfolgenden Bremsungen
zu rechnen ist, so daß auch nur ein geringerer Wert auf das
Ansprech- und Wiederansprechverhalten dieser Retarder
gelegt wurde.
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Der wünschenswerte Einsatz als Ergänzungseinrichtung
zur Betriebsbremse macht es jedoch erforderlich, die
Ansprechzeit erheblich zu verkürzen. Ebenso muß bei
kurzfristig wiederholten Bremsungen, wie sie im normalen
Fahrbetrieb bei Betätigung der Betriebsbremse auftreten, eine
gleichbleibend kurze Ansprechzeit gewährleistet werden.
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Als Ansprechzeit wird die Zeit definiert, die angibt,
wie lange ein Fahrer nach Einleitung einer Bremsung warten
muß, bis der Retarder funktionstüchtig ist. Dies bedeutet,
wenn der Fahrer den Retarder einschaltet, so muß er eine
bestimmte Zeit auf die Bremswirkung warten, bis der Torus
des Retarders befüllt ist.
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Im Fall eines integrierten Retarders liegt ein Konzept
vor mit einem mit dem Getriebe gemeinsamen, offenen
Druckmediumhaushalt und mit einem Füllspeicher, der ein
angemessenes Ansprechverhalten gewährleisten soll. Wird der
Retarder eingeschaltet, so wird vom Bremsstufenschalter über die
Elektronik dem Füllspeicherladeventil ein Signal gegeben,
welches die Luftzufuhr aus dem Drucklufthaushalt des
Fahrzeugs zum Füllspeicher öffnet und die Luft über einen
Kolben im Füllspeicher das im Füllspeicher vorhandene
Druckmedium in den Retarder drückt. Parallel speist eine
Getriebedruckmediumpumpe Druckmedium über das Retarderregelventil
in den Retarderkreislauf. Wird nun der Bremsstufenschalter
nach der Bremsung wieder auf "AUS" gestellt, so wird zuerst
der Torus des Retarders entleert. Die
Retarderdruckmediummenge wird dann über die Schnellentleerung in das Getriebe
zurück gefördert. Gleichzeitig wird das Speicherladeventil
abgeschaltet und der Füllspeicher entlüftet. Mit Hilfe der
Getriebedruckmediumpumpe wird dann der Füllspeicher mit
Druckmedium aus dem Getriebe wieder befüllt. Erfolgt kurz
nach dem Ausschalten des Retarders eine weitere Bremsung,
so ist es möglich, daß der Füllspeicher nicht vollständig
gefüllt ist, was zu einem verzögerten Ansprechverhalten des
Retarders führt. Dies kann mehrere Sekunden dauern. Der
Fahrer empfindet diese Totzeit als Fehlfunktion.
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Ein Kraftfahrzeug mit einem hydrodynamischen Retarder
für ein Getriebe ist beispielsweise aus der
DE 198 17 865 Al bekannt. Der dort beschriebene
hydrodynamische Retarder weist einen Rotor und einen Stator auf,
wobei der Rotor und der Stator in einem Gehäuse angeordnet
sind, das mit einem Druckmediumkreislauf verbunden ist. Der
Druckmediumkreislauf weist einen Füllspeicher, ein
Speicherladeventil, ein Umschaltventil und ein
Retarderregelventil auf. Im Fahrbetrieb ist das Speicherladeventil
entlüftet. Der Füllspeicher wird über die
Getriebedruckmediumpumpe befüllt. Das Umschaltventil führt das von der
Getriebepumpe geförderte Druckmedium zum Wärmetauscher und
anschließend der Getriebeschmierung zu. Zugleich ist der
Retardereinlaß gesperrt und der Retarderauslaß entlüftet. Bei
einer Bremsanforderung wird das Umschaltventil geschaltet,
sodass der Retarder und der Wärmetauscher einen
eigenständigen Druckmediumkreislauf bilden. Die Getriebepumpe
fördert direkt in die Getriebeschmierung. Die Befüllung des
Retarders erfolgt durch Aktivierung des Füllspeichers und
paralleles Einspeisen von Druckmediumvolumen durch die
Getriebepumpe über ein Retarderregelventil in den
Retarderdruckmediumkreislauf.
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Der in der DE 198 17 865 A1 beschriebene hydrodynamische
Retarder hat jedoch den Nachteil, daß aufgrund des
Wärmehaushaltes bei Getrieben mit hydrodynamischen
Bremseinrichtungen der Retarder eine hohe Pumpleistung aufweisen muß.
Bei Befüllung in den Retarderauslaß führt dies zu längeren
Ansprechzeiten. Ein weiterer Nachteil ist die Tatsache, daß
das Retarderregelventil bezüglich Bauraum und
Regelgenauigkeit nicht optimal ausgelegt werden kann, da einerseits
beim Einschalten des Retarders ein großer
Druckmediumvolumenstrom in den Retarderdruckmediumkreislauf zugeführt wird
und andererseits im Bremsbetrieb der Druckmediumdruck im
Retarderdruckmediumkreislauf genau geregelt werden muß.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen
hydrodynamischen Retarder für ein Kraftfahrzeug darzustellen,
der ein verbessertes Ansprech- bzw. Wiederansprechverhalten
aufweist, wodurch das Füllspeichervolumen reduziert bzw.
auf dieses ganz verzichtet werden kann.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch
einen, auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs
aufweisenden, gattungsgemäßen hydrodynamischen Retarder für
ein Kraftfahrzeug gelöst.
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Durch die Verwendung eines Retarders mit ausgeprägter
Pumpwirkung und die Zuführung von Druckmedium im
Retardereinlaß und zeitgleiches Schließen des Retarderauslasses
kann das Befüllen des Retarders in sehr kurzer Zeit
erfolgen, wodurch ein bauraumreduzierter Füllspeicher verwendet
oder ganz auf einen Füllspeicher verzichtet werden kann.
Neben dem Einsparen von Bauraum und Kosten bietet ein
bauteilreduziertes System den zusätzlichen Vorteil der höheren
Zuverlässigkeit. Da die Wiederansprechzeiten eines
Retardersystems mit Füllspeicher abhängig vom Füllungsgrad des
Füllspeichers sind und dieser von vielen Parametern
abhängig ist, bietet der Wegfall des Füllspeichers konstanteres
Wiederansprechverhalten und somit ein einfacheres Einbinden
des Retarders in das Bremsenmanagement des Fahrzeugs. Da
die Befüllung des Retarders nicht durch das
Retarderregelventil erfolgt, kann dieses optimal an die Bedürfnisse des
Retarders angepasst werden, was Vorteile hinsichtlich
Bauraum und Regelgenauigkeit bringt. Besonders vorteilhaft für
die Befüllung des Retarders ist hierbei beispielsweise die
Verwendung eines Wärmetauscher-Umschaltventils mit drei
Schaltstellungen. Die Befüllung des Retarders kann durch
das von der Getriebepumpe geförderte Druckmedium über das
Wärmetauscher-Umschaltventil erfolgen, was zu
Funktionsvorteilen im Hydrauliksystem führt.
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Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der
Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die
Erfindung ist aber nicht auf die Merkmalskombinationen der
Ansprüche beschränkt, vielmehr ergeben sich für den Fachmann
weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen
und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand verschiedener
Ausführungsbeispiele prinzipgemäß beschrieben.
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Es zeigen:
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Fig. 1 den schematischen Aufbau eines aus dem Stand
der Technik bekannten hydrodynamischen
Retarders für ein Kraftfahrzeug und
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Fig. 2 bis 5 verschiedene Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung.
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Fig. 1 zeigt einen Retarder 1 für ein Getriebe eines
Kraftfahrzeugs nach dem Stand der Technik. Der
Druckmediumkreislauf weist ein Retarderregelventil 3, ein
Umschaltventil 5, einen Wärmetauscher 7 und einen Füllspeicher 11 auf.
Im Fahrbetrieb ist das Umschaltventil 5 gegen die
Federkraft in Schaltstellung Fahrbetrieb 5a geschaltet und führt
das von einer Getriebepumpe 6 geförderte Druckmedium zu
einem Wärmetauscher 7 und anschließend zur
Getriebeschmierung 8. Zugleich ist ein Retardereinlaß 9 gesperrt und ein
Retarderauslaß 10 entlüftet. Bei einer Bremsanforderung an
den Retarder 1 wird zunächst das Umschaltventil 5 durch die
Feder in die Schaltstellung Retarderbetrieb 5b geschaltet,
so daß der Retarder 1 und der Wärmetauscher 7 einen
eigenständigen Druckmediumkreislauf bilden. Die Befüllung des
Retarders 1 wird dadurch erreicht, daß ein Füllspeicher 11
aktiviert wird und parallel dazu die Getriebepumpe 6
Druckmedium über das Retarderregelventil 3 in den
Retarderkreislauf fördert und anschließend dem Retarder 1 nach Bedarf
Druckmediumvolumen 2 zuführt bzw. in einen Tank 4
rückspeist.
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In Fig. 2 ist eine erste vorteilhafte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung prinzipgemäß dargestellt.
Gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Retarder 1
weist Fig. 2 ein Umschaltventil 12 auf, welches das
Druckmedium einer Getriebepumpe 14 in einer dritten
Schaltstellung 12c einem Retardereinlaß 9 zuführt und zeitgleich
einen Retarderauslaß 10 schließt. Ein Füllspeicher 11 führt
Druckmedium über den Wärmetauscher 7 dem Retardereinlaß 9
zu und unterstützt somit die Retarderbefüllung.
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Fig. 3 zeigt ein Umschaltventil 15 mit drei
Schaltstellungen, das in der Schaltstellung Retarderbefüllung 15c
das Druckmedium über eine Getriebepumpe 16 einem
Wärmetauscher 17 zuführt und anschließend in den Retardereinlaß 9
einspeist, zeitgleich wird in Schaltstellung
Retarderbefüllung 15c der Retarderauslaß 10 gesperrt. Ein
Füllspeicher 18 führt Druckmedium über einen Wärmetauscher 17 dem
Retardereinlaß 9 zu und unterstützt somit die
Retarderbefüllung.
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Fig. 4 und Fig. 5 zeigen weitere Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung, jeweils mit einem dreistufigen
Umschaltventil 19 bzw. 20, die eine unterschiedliche
Anordnung von Füllspeichern 21 bzw. 22 und Wärmetauschern 23
bzw. 24 ermöglichen.
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Im Schema nach Fig. 4 wird durch ein Umschaltventil 19
in Schaltstellung Retarderbefüllung 19c das Druckmedium von
einer Getriebepumpe 25 über einen Wärmetauscher 23 in den
Retardereinlaß 9 eingespeist, außerdem wird die
Druckmediumzuführung zur Getriebeschmierung 8 aufrechterhalten. Der
Retarderauslaß 10 wird zeitgleich gesperrt. Ein
Füllspeicher 21 speist direkt in den Retardereinlaß 9 und parallel
in die Getriebeschmierung 8.
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Fig. 5 zeigt einen ähnlichen Aufbau wie Fig. 4, mit
dem Unterschied, daß das Druckmedium einer Getriebepumpe 26
und eines Füllspeichers 22 in einer Schaltstellung
Retarderbefüllung 20c durch ein Umschaltventil 20 direkt in den
Retardereinlaß 9 eingespeist bzw. der Getriebeschmierung 8
zugeführt wird.
Bezugszeichen
1 Retarder
2 Druckmediumvolumen
3 Retarderregelventil
4 Tank
5 Umschaltventil
5a Fahrbetrieb
5b Retarderbetrieb
6 Getriebepumpe
7 Wärmetauscher
8 Getriebeschmierung
9 Retardereinlaß
10 Retarderauslaß
11 Füllspeicher
12 Umschaltventil
12a Fahrbetrieb
12b Retarderbetrieb
12c Retarderbefüllung
14 Getriebepumpe
15 Umschaltventil
15a Fahrbetrieb
15b Retarderbetrieb
15c Retarderbefüllung
16 Getriebepumpe
17 Wärmetauscher
18 Füllspeicher
19 Umschaltventil
19a Fahrbetrieb
19b Retarderbetrieb
19c Retarderbefüllung
20 Umschaltventil
20a Fahrbetrieb
20b Retarderbetrieb
20c Retarderbefüllung
21 Füllspeicher
22 Füllspeicher
23 Wärmetauscher
24 Wärmetauscher
25 Getriebepumpe
26 Getriebepumpe