DE102009050512B3

DE102009050512B3 - Schalt- und Steuergerät sowie Antriebsstrang einer hydrodynamischen Maschine

Info

Publication number: DE102009050512B3
Application number: DE102009050512A
Authority: DE
Inventors: Markus Bischoff
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2009-10-23
Filing date: 2009-10-23
Publication date: 2011-05-05
Anticipated expiration: 2029-10-24
Also published as: CN102549292A; US20120180466A1; BR112012008376A2; JP2013508208A; WO2011047782A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schalt- und Steuergerät zum Einstellen der Leistungs- oder Drehmomentübertragung in einer hydrodynamischen Maschine, die wenigstens ein Primärrad und ein Sekundärrad umfasst, welche miteinander einen mit einem Arbeitsmedium befüllbaren Arbeitsraum ausbilden - mit einem Gehäuse, das aus einem Grundkörper und zwei Schalen zusammengefügt ist; - mit wenigstens einer elektronischen Baueinheit, die wenigstens mittelbar dem Steuern und/oder Überwachen der hydrodynamischen Maschine oder eines vorgegebenen Zustandes in derselben dient; - mit wenigstens einem Steuerventil, welches durch die elektronische Baueinheit betätigbar ist, um einen Arbeitsmediumstrom in der hydrodynamischen Maschine oder in die oder aus der hydrodynamischen Maschine zu steuern. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - die erste Schale umschließt die elektronische Baueinheit; - die zweite Schale nimmt wenigstens einen Teil des wenigstens einen Steuerventils auf; - die beiden Schalen sind auf einander abgewandten Stirnseiten des Grundkörpers angeordnet; - die erste Schale und/oder der Grundkörper ist/sind derart an der hydrodynamischen Maschine oder an einer den Arbeitsmediumstrom in die oder aus der hydrodynamischen Maschine führenden Leitung angeordnet, dass eine Wärmeübertragung zwischen einerseits dem Arbeitsmedium und/oder der hydrodynamischen Maschine und andererseits der elektronischen Baueinheit erfolgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schalt- und Steuergerät zum Einstellen der Leistungs- oder Drehmomentübertragung in einer hydrodynamischen Maschine sowie einen Antriebsstrang mit einer hydrodynamischen Maschine.
Schalt- und Steuergeräte sowie Antriebsstränge, insbesondere Kraftfahrzeugantriebsstränge, mit oder zur Steuerung von hydrodynamischen Maschinen sind bekannt. Als hydrodynamische Maschinen werden beispielsweise hydrodynamische Bremsen (Retarder) zum verschleißarmen Abbremsen eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Lastkraftfahrzeugs eingesetzt.
Derartige hydrodynamische Maschinen weisen einen mit Arbeitsmedium befüll- und entleerbaren Arbeitsraum auf, um Antriebsleistung beziehungsweise insbesondere im Falle eines Retarders, Drehmoment verschleißfrei von einem Primärrad auf ein Sekundärrad der hydrodynamischen Maschine – bei Ausbildung als Retarder vom Rotor auf den Stator oder einen Gegenlaufrotor des Retarders – zu übertragen. Abhängig von der gewünschten Drehmoment- oder Leistungsübertragung wird eine bestimmte, einen Füllungsgrad kennzeichnende Menge von Arbeitsmedium in dem Arbeitsraum der hydrodynamischen Maschine gehalten, wobei in der Regel nur die im Arbeitsraum vorhandene Menge von Arbeitsmedium in Abhängigkeit der gewünschten Leistung konstant gehalten wird, während ein Austausch des Arbeitsmediums zur Kühlung desselben stattfindet. Dabei wird die Arbeitsmediumführung in der hydrodynamischen Maschine, aus dieser heraus und/oder innerhalb der hydrodynamischen Maschine durch wenigstens ein Steuerventil oder eine Vielzahl hiervon gesteuert.
Die Einleitung von vorzugsweise flüssigem Arbeitsmedium in die oder aus der hydrodynamischen Maschine kann durch Schalten beziehungsweise Vertellen von Steuerorganen im (externen) Arbeitsmediumkreislauf gesteuert werden. Das Verstellen dieser Steuerorgane im Arbeitsmediumkreislauf kann durch Druckbeaufschlagung der Ventile mit Druckluft erfolgen. Hierbei kann die Höhe des pneumatischen Druckes wiederum mittels Steuerventilen gesteuert oder geregelt werden, die zum Beispiel in einem externen Druckluftsystem angeordnet sind, sodass sich der gewünschte Arbeitsmediumstrom in den Arbeitsraum der hydrodynamischen Maschine und aus diesem heraus einstellt und hierüber der Füllungsgrad des Arbeitsraums mit Arbeitsmedium, der zu einer entsprechenden Leistungsübertragung führt, gesteuert werden kann. Durch die Luft aus dem Druckluftsystem werden somit Regel- oder Absperrventile und/oder -schieber und/oder -klappen im Arbeitsmediumkreislauf der hydrodynamischen Maschine gesteuert, beispielsweise ein Einlass- und/oder ein Auslassventil für die hydrodynamische Maschine, wobei der genannte Arbeitsmediumkreislauf in der Regel außerhalb der hydrodynamischen Maschine verläuft. Die Steuerventile werden folglich mit Luft – oder einem anderen Steuermedium – durchströmt, im Gegensatz zu den Ventilen, Schiebern oder Klappen im Arbeitsmediumkreislauf, welche durch die Steuerluft geschaltet werden.
Das wenigstens eine Steuerventil kann zum Beispiel als Magnetventil ausgebildet sein und durch wenigstens ein diesem zugeordnetes Schalt- und Steuergerät betätigbar sein. Dies kann zum Beispiel durch Anlegen einer Spannung an der Magnetspule des jeweiligen Magnetventils erfolgen.
Das Schalt- und Steuergerät umfasst elektronische Komponenten, welche im Leistungsbetrieb einer Aufheizung unterliegen. Dies liegt daran, dass die stromdurchflossenen elektrischen Komponenten zum einen selber durch deren Betrieb Abwärme erzeugen sowie zusätzlich bedingt durch die Einbaulage (meist im Motorraum beziehungsweise im Antriebsstrang) häufig einer hochtemperierten Umgebung ausgesetzt sind. Dabei werden beispielsweise im Motorraum eines Kraftfahrzeugs Umgebungstemperaturen von mehr als 100°C erreicht. Derartig hohe Temperaturen beeinflussen ungünstig die Stabilität und Lebensdauer der elektrischen und elektronischen Komponenten. Um die Stabilität auch bei höheren Temperaturen zu gewährleisten und somit Fehlfunktionen der durch die Schaltgeräte gesteuerten Aggregate (wie zum Beispiel Retarder) zu verhindern, wurden in jüngerer Zeit Verfahren vorgeschlagen, um die Einschaltdauern der Schalt- und Steuergeräte sowie der damit geschalteten Aggregate zu vermindern. Hierdurch wird die Eigenerwärmung reduziert, sodass die maximal zulässige Temperatur der Werkstoffe der elektronischen Komponenten eingehalten werden kann. Eine andere Möglichkeit, den sicheren Einsatz in Hochtemperaturumgebungen zu ermöglichen, ist die Werkstoffe der Schalt- und Steuergeräte entsprechend derart zu gestalten, dass diese hochtemperaturfest sind. Dies hat jedoch den Nachteil, dass sich im Allgemeinen der wirtschaftliche und fertigungstechnische Aufwand, der durch das teurere Material bedingt ist, erhöht.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2005 037 640 A1 schlägt daher vor, bei einer hydrodynamischen Maschine das Steuergerät, welches die Steuerventile betätigt, derart im oder am Kühlmittelkreislauf anzuordnen, dass Wärme aus dem Steuergerät durch Umströmung oder Anströmung mit dem Kühlmedium über den Kühlmediumkreislauf abgeführt wird. Bevorzugt wird dabei auch das Steuerventil entsprechend angeströmt oder umströmt, sodass auch dessen Wärme vom Kühlmedium aufgenommen wird und über den Kühlmediumkreislauf, der insbesondere zugleich der Arbeitsmediumkreislauf der hydrodynamischen Maschine ist, abgeführt wird. Steuergerät und Steuerventil können in einem gemeinsamen Steuermodul integriert und von einem gemeinsamen Gehäuse umschlossen sein.
Obwohl durch den genannten Stand der Technik eine günstigere Werkstoffwahl möglich ist, gibt es Raum für weitere Verbesserungen bei der Einstellung einer geeigneten Temperatur im Steuergerät, die möglichst konstant sein sollte. Insbesondere das gleichzeitige Kühlen des Steuergeräts und des Steuerventils durch das Arbeitsmedium hat sich nämlich als verhältnismäßig aufwendig und nicht optimal im Hinblick auf die Temperatur der Elektronik im Steuergerät herausgestellt.
Zum weiteren druckschriftlichen Stand der Technik wird auf die folgenden Dokumente verwiesen:
WO 02/35 898 A1
DE 43 10 898 C1
EP 1 053 923 B1
DE 10 2004 034 734 A1
DE 197 10 931 A1 ,
welche Schalt- und Steuergeräte mit der baulichen Vereinigung von Steuerungskomponenten und Kühlkanälen innerhalb eines Gehäuses zeigen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schalt- und Steuergerät zum Einstellen der Leistungs- oder Drehmomentübertragung in einer hydrodynamischen Maschine anzugeben, welches hinsichtlich der sich im Betrieb einstellenden Temperatur in einer enthaltenen Elektronik, welche zum Steuern und/oder Überwachen der hydrodynamischen Maschine oder eines vorgegebenen Zustandes in derselben dient, verbessert ist. Insbesondere soll eine hohe Stabilität der Steuerung der hydrodynamischen Maschine bei relativ hohen Umgebungstemperaturen unter Verwendung von kostengünstigen und einfachen Werkstoffen bei hoher Verfügbarkeit und langer Lebensdauer ermöglicht werden. Ferner soll ein Antriebsstrang einer hydrodynamischen Maschine angegeben werden, der ein erfindungsgemäßes Schalt- und Steuergerät umfasst.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Schalt- und Steuergerät gemäß Anspruch 1 sowie einen Antriebsstrang gemäß Anspruch 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung.
Ein erfindungsgemäßes Schalt- und Steuergerät zum Einstellen der Leistungs- oder Drehmomentübertragung in einer hydrodynamischen Maschine, die wenigstens ein Primärrad und ein Sekundärrad umfasst, welche miteinander einen mit einem Arbeitsmedium befüllbaren Arbeitsraum ausbilden, umfasst ein Gehäuse, das aus einem Grundkörper und zwei Schalen zusammengefügt ist, sowie wenigstens eine elektronische Baueinheit (auch Steuerelektronik oder Retarder-ECU genannt), die wenigstens mittelbar dem Steuern und/oder Überwachen der hydrodynamischen Maschine oder eines vorgegebenen Zustandes in derselben dient. Weiterhin ist wenigstens ein Steuerventil, welches durch die elektronische Baueinheit betätigbar ist, um einen Arbeitsmediumstrom in der hydrodynamischen Maschine oder in die oder aus der hydrodynamischen Maschine zu steuern, vorgesehen. Das wenigstens eine Steuerventil kann beispielsweise mittels der elektronischen Baueinheit derart betätigt werden, dass es einen Stelldruck, insbesondere in Form eines Luftdruckes, zur Verfügung stellt, mittels welchem wenigstens ein im Arbeitsmediumkreislauf der hydrodynamischen Maschine angeordnetes Steuerventil oder Regelventil beaufschlagt wird, um die Leistungsübertragung mit der hydrodynamischen Maschine zu steuern oder zu regeln. Alternativ kann der Stelldruck auch derart auf das Arbeitsmedium, insbesondere in einem Arbeitsmediumvorrat, aufgebracht werden, dass durch diese Druckbeaufschlagung mehr oder weniger Arbeitsmedium in den Arbeitsraum der hydrodynamischen Maschine gedrückt wird, um den Füllungsgrad des Arbeitsraumes wie gewünscht einzustellen. Insbesondere im erstgenannten Fall kann als Arbeitsmedium Wasser oder ein Wassergemisch, das zugleich das Kühlmedium eines Kühlkreislaufes ist, verwendet werden, und insbesondere im zweitgenannten Fall kann beispielsweise als Arbeitsmedium Öl verwendet werden, welches vorteilhaft über einen separaten Kühlkreislauf gekühlt wird.
Erfindungsgemäß umschließt die erste Schale die elektronische Baueinheit, während die zweite Schale wenigstens einen Teil des wenigstens einen Steuerventils aufnimmt. Beide Schalen sind auf einander abgewandten Stirnseiten des Grundkörpers angeordnet, wobei die erste Schale und/oder der Grundkörper derart an der hydrodynamischen Maschine oder an einer den Arbeitsmediumstrom in die oder aus der hydrodynamischen Maschine führenden Leitung angeordnet ist/sind, dass eine Wärmeübertragung zwischen einerseits dem Arbeitsmedium und/oder der hydrodynamischen Maschine und andererseits der elektronischen Baueinheit erfolgt.
Durch diese geschickte Anordnung des Schalt- und Steuergerätes an der hydrodynamischen Maschine oder einer arbeitsmediumführenden Leitung insbesondere zu oder von derselben, wird erreicht, dass die elektronische Baueinheit aktiv vom Arbeitsmedium der hydrodynamischen Maschine gekühlt wird, wenn das Arbeitsmedium eine niedrigere Temperatur aufweist, als die Umgebungstemperatur. Zugleich ist das Steuerelement derart thermisch entkoppelt von der elektronischen Baueinheit positioniert, dass dessen Wärme nicht zu einer zusätzlichen Aufheizung der elektronischen Baueinheit führt, oder nur zu einer gewünschten Aufheizung, zur gezielten Temperierung im Dauerbetrieb, obwohl beide Bauteile relativ dicht zueinander in einem gemeinsamen Gehäuse positioniert sind.
Vorteilhaft ist die erste Schale derart von der zweiten Schale abgewandt und die zweite Schale derart von Umgebungsluft umströmbar ist, dass Wärme aus dem Steuerventil konvektiv an die Umgebung abgeführt wird. Dabei kann die Konvektion auf natürliche Weise erfolgen oder durch Zwangsumwälzung der Umgebungsluft herbeigeführt werden. Zur Vergrößerung der wärmeabgebenden Oberfläche kann die zweite Schale zum Beispiel Kühlrippen an ihrer äußeren, der Umgebung zugewandten Oberfläche ausbilden, um die Kühlleistung zu erhöhen. Durch die Trennung des die Steuerventile enthaltenden Teils des Gehäuses von dem die elektronische Baueinheit umschließenden Teils des Gehäuses wird die elektronische Baueinheit im Wesentlichen von der Umgebungswärme entkoppelt. Hierdurch ist eine verbesserte Stabilität sowie eine erhöhte Lebensdauer der elektronischen Baueinheit und somit des gesamten Schalt- und Steuergerätes möglich. Ferner kann durch die aktive Kühlung das Steuergerät auch an einem Ort höherer Umgebungstemperatur eingebaut werden, als dies ohne aktive Kühlung möglich wäre, sodass der zur Verfügung stehende Einbauraum optimal genutzt wird. Natürlich setzt dies eine entsprechende Kühlleistung des Arbeitsmediums, welches die hydrodynamische Maschine durchströmt, voraus.
Vorteilhaft ist/sind die erste Schale und/oder der Grundkörper gegeneinander und/oder gegenüber der hydrodynamischen Maschine oder der arbeitsmediumführenden Leitung wärmeleitend ausgeführt. Auch wäre es jedoch denkbar, diese Verbindung wärmeisolierend auszuführen, sodass nur ein relativ geringer Wärmestrom zwischen diesen Komponenten zugelassen wird.
Mit Vorteil sind die Innenräume der beiden Schalen oder die vom Grundkörper und der entsprechenden Schale gebildeten Innenräume gegeneinander thermisch isoliert und/oder gegeneinander druckdicht abgedichtet. Durch die thermische Isolierung wird der Wärmeeintrag, der im Betrieb der Steuerventile durch die Magnetspulen erzeugt wird, in die elektronischen Baueinheit weitgehend vermieden, wodurch sich der Wirkungsgrad der Kühlung erhöht. Die druckdichte Abdichtung verhindert weiterhin Verluste im Druckluftkreislauf.
Wenn vorliegend das wenigstens eine Ventil in dem erfindungsgemäßen Schalt- und Steuergerät als Steuerventil bezeichnet wird, so ist unter diesem Begriff jedes geeignete Ventil zu verstehen, das in der Lage ist, die Leistungsübertragung mit der hydrodynamischen Maschine zumindest mittelbar einzustellen oder einen Zustand in der hydrodynamischen Maschine zu überwachen. Beispielsweise kann das wenigstens eine Steuerventil als Schaltventil, Wegeventil oder elektropneumatischer Aktuator ausgeführt sein. Unter anderem kommt auch neben einem elektromagnetisch betätigten Steuerventil ein rein elektrisches Steuerventil in Betracht, dessen elektrischer Antrieb gemäß einer Ausführungsform durch das Arbeitsmedium der hydrodynamischen Maschine gekühlt werden kann, wenn dieser entsprechend an der ersten Schale und/oder dem Grundkörper positioniert ist. Jedoch kommen auch andere Ventile als Steuerventile in Betracht.
Bevorzugt ist das Gehäuse und beispielsweise die erste Schale derart an der hydrodynamischen Maschine oder an der Leitung montiert, dass das Gehäuse beziehungsweise die erste Schale gegen Schwingungen der hydrodynamischen Maschine oder der entsprechenden Leitung isoliert ist. Hierdurch wird insbesondere die Beschädigung der elektronischen Baueinheit durch mechanische Einwirkungen von außen (z. B. Stöße) verringert.
Mit Vorteil umfasst das Gehäuse und beispielsweise der Grundkörper Anschlüsse für elektrische Leitungen, welche mit dem wenigstens einen oder einer Vielzahl von Steuerventilen und/oder der elektronischen Baueinheit elektrisch leitend verbunden ist/sind.
Vorteilhaft umfasst das Gehäuse und insbesondere der Grundkörper wenigstens einen Anschluss für eine Druckluftleitung, welcher druckluftleitend mit dem wenigstens einen Steuerventil verbunden ist. Beispielsweise sind ein erster Anschluss für eine Druckluftversorgung und ein zweiter Anschluss für einen Stelldruck vorgesehen, welche jeweils mit dem wenigstens einen Steuerventil druckleitend verbunden sind, sodass mittels des Steuerventils ein gewünschter Stellluftdruck zum Einstellen der Leistungsübertragung in der hydrodynamischen Maschine zur Verfügung gestellt werden kann, indem das Steuerventil mehr oder minder den Strömungsquerschnitt für Druckluft aus der Druckluftversorgung freigibt. Selbstverständlich ist es auch möglich, anstelle von Druckluft ein anderes druckleitendes Medium zu verwenden.
Gemäß einer Ausführungsform können auch mehrere Stelldruckanschlüsse vorgesehen sein, deren Druck gemeinsam durch ein Steuerventil oder getrennt durch verschiedene Steuerventile gesteuert beziehungsweise geregelt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Gehäuse, insbesondere neben dem Anschluss für die Druck- beziehungsweise Druckluftversorgung und dem wenigstens einen Anschluss für den Stelldruck, einen Entlüftungs- oder Abluftanschluss, über welchen das wenigstens eine Steuerventil und insbesondere die übrigen luftführenden Räume entleert werden können, wenn die Druckluftversorgung mittels eines entsprechenden Absperrorgans, insbesondere ebenfalls im Inneren des Gehäuses, abgetrennt wird. Das Absperrorgan kann wiederum als Steuerventil ausgeführt sein, das vorteilhaft in dem durch die zweite Schale und den Grundkörper gebildeten Raum angeordnet ist, wobei unter dem Begriff Steuerventil jegliches geeignete Ventil, beispielsweise Wegeschieber, Schaltventil oder allgemein Aktuator, insbesondere elektropneumatischer oder elektrischer Aktuator, zu verstehen ist, der geeignet ist, die Abtrennung der Druckluftversorgung wahlweise zu bewirken. Hinsichtlich der Wahl des Mediums gilt das oben gesagte, das heißt, als Steuermedium kann nicht nur Druckluft, sondern auch ein anderes geeignetes Medium, beispielsweise eine Flüssigkeit, zum Einsatz gelangen.
Bevorzugt umfasst das Gehäuse und insbesondere der Grundkörper wenigstens einen Anschluss für eine Druckleitung, insbesondere Druckluftleitung, welcher mit einem auf der elektronischen Baueinheit oder im vom Grundkörper und der zweiten Schale gebildeten Innenraum angeordneten Druckaufnehmer druckleitend verbunden ist und beispielsweise gegenüber dem Innenraum druckdicht ausgeführt ist. Dadurch kann diesem Anschluss ein externer Druck zugeführt werden, der durch den Druckaufnehmer erfasst und insbesondere durch die elektronische Baueinheit ausgewertet oder als Parameter zur Verfügung gestellt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein Antriebsstrang vorgesehen, mit einer hydrodynamischen Maschine, umfassend wenigstens ein Primärrad und ein Sekundärrad, welche miteinander einen mit einem Arbeitsmedium befüllbaren Arbeitsraum ausbilden. Es ist weiterhin ein Kühlmediumkreislauf mit einem flüssigen oder gasförmigen Kühlmedium vorgesehen, um die hydrodynamische Maschine und/oder das Arbeitsmedium derselben zumindest mittelbar zu kühlen. Die hydrodynamische Maschine kann auch unmittelbar im Kühlmediumkreislauf angeordnet sein, und das Arbeitsmedium kann zugleich das Kühlmedium sein. Es ist erfindungsgemäß eine Steuereinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 zum Einstellen der Leistungs- oder Drehmomentübertragung in der hydrodynamischen Maschine vorgesehen.
Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen und den beigefügten Figuren exemplarisch erläutert werden.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform.
2 eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Schalt- und Steuergeräts.
3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schalt- und Steuergeräts.
In 1 ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs gezeigt. Dieser umfasst einen Kühlmediumkreislauf 18. In Strömungsrichtung des Kühlmediums gesehen sind ein Fahrzeugantriebsmotor 22, ein Thermostat 23 und ein Wärmetauscher 24 hintereinander geschaltet. Weiterhin ist ein Ausgleichsbehälter für Arbeitsmedium 25 vorgesehen. Im Kühlmediumkreislauf ist im vorliegenden Falle eine hydrodynamische Maschine 19, welche hier als hydrodynamischer Retarder ausgeführt ist, parallel zum Fahrzeugantriebsmotor 22 geschaltet, deren Arbeitsmedium zugleich das Kühlmedium ist. Das Kühlmedium kann dabei Wasser oder ein Wassergemisch sein. In Strömungsrichtung hinter dem Retarder gesehen sind folgende Komponenten im Kühlmediumkreislauf 18 angeordnet: ein Retarderregelventil 33, die Einmündung des Ausgleichsbehälters 25, der Wärmetauscher 24, eine Umwälzpumpe 27 und ein Retarderschaltventil 34. Hier ist der hydrodynamische Retarder als Sekundärretarder ausgeführt, das heißt, dass dieser an ein Getriebe 26 oder auf dessen Sekundärseite, insbesondere direkt an eine Nebenabtriebswelle des Getriebes 26 angekoppelt ist und diese im Bremsbetrieb verzögert. Ebenso könnte der hydrodynamische Retarder mit einer Gelenkwelle, insbesondere hinter dem Getriebe 26 in Triebverbindung stehen.
Auch wäre eine Ausführung als Primärretarder denkbar, wobei dieser unter Umgehung des Getriebes 26 oder Ankopplung auf der Primärseite des Getriebes 26 insbesondere direkt an der Antriebs- oder Kurbelwelle des Fahrzeugantriebsmotors 22, welcher beispielsweise als Dieselmotor ausgeführt sein kann, das Fahrzeug verzögert.
Zum Einstellen eines vorbestimmten Arbeitsmediumdruckes in einem von einem Primärrad 28 und einem Sekundärrad 29 gebildeten Arbeitsraum des hydrodynamischen Retarders wird der Strömungsquerschnitt wenigstens eines der Retarderventile 33, 34 verändert, um den Füllungsgrad des Arbeitsraums mit Arbeitsmedium zu regeln. Vorliegend werden das Regelventil 33 und das Schaltventil 34 von einem Steuerventil 6, welches als pneumatisches Ventil ausgeführt ist, angesteuert. Hierzu wird Luftdruck in einem pneumatischen Druckbehälter 30 oder einem nicht gezeigten Druckluftsystem bereitgestellt.
Wie aus 1 ersichtlich, ist dem hydrodynamischen Retarder eine Leistungssteuerung, vorliegend elektronische Baueinheit 5 genannt, zugeordnet, welche das dem Druckbehälter 30 nachgeschaltete Steuerventil 6 ansteuert. Die elektronische Baueinheit 5 und das Steuerventil 6 sind Teil eines erfindungsgemäßen Schalt- und Steuergeräts 1, welches nachfolgend noch näher anhand der 2 und 3 erläutert wird. Beispielsweise wird durch Betätigen eines Bremspedals oder eines sonstigen Aktuators, beispielsweise eines Wählhebels (nicht dargestellt), ein Signal zum Einleiten eines Bremsvorgangs der elektronischen Baueinheit 5, insbesondere über einen angeschlossenen CAN-Bus zugeleitet. Der Strömungsquerschnitt für Druckluft des Steuerdruckventils 6, welches dem Druckbehälter 30 nachgeschaltet ist, wird vergrößert, sodass Druckluft aus dem Druckluftbehälter 30 oder einem Druckluftsystem zugleich beide im Kühlmediumkreislauf 18 angeordnete Retarderventile 33, 34 mit zunehmendem Druck beaufschlagt. Hierbei wird insbesondere das dem Retarder vorgeschaltete Schaltventil 34 in Durchlassstellung geschaltet, sodass Arbeitsmedium aus dem Kühlmediumkreislauf 18 in den Retarder gelangt, und das dem Retarder nachgeschaltete Regelventil 33 wird in eine Regelstellung gebracht, die zum Einstellen des gewünschten Bremsmoments führt. Um eine Leistungsregelung des Retarders im unteren Leistungsbereich mit einem sehr geringen Arbeitsmediumdruck im Arbeitsraum des Retarders zu erreichen, kann auch zunächst das Regelventil 33 in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums hinter dem Retarder vollständig geöffnet werden und das Schaltventil 34 in Strömungsrichtung vor dem Retarder in eine teilweise geöffnete Regelstellung geschaltet werden, die zum Einstellen des gewünschten Bremsmoments führt. Im größeren Leistungsbereich wird dann das Schaltventil 34 in die vollständig geöffnete Durchlassstellung gebracht und das Regelventil 33 übernimmt die Regelung des Bremsmomentes.
Das Primärrad 28, mit diesem die Nebenabtriebswelle beziehungsweise Getriebeabtriebswelle und schließlich die Räder 31 werden durch Ausbilden eines hydrodynamischen Kreislaufs im Arbeitsraum des Retarders zwischen dem Primärrad 28 und dem Sekundärrad 29 verzögert.
In 2 ist eine Explosionszeichnung eines erfindungsgemäß ausgeführten Schalt- und Steuergeräts 1 gezeigt. Dieses umfasst eine erste Schale 2, welche vorliegend als prismatische, ebene Platte dargestellt ist. Die Schale 2 ist mit ihrer einen Stirnseite wenigstens mittelbar an dem Retarder befestigt. Dabei heißt wenigstens mittelbar, dass diese zum Beispiel über einen zwischengeschalteten Wärmetauscher oder an einem anderen arbeitsmediumdurchströmten Bauteil wie z. B. einer Leitung angeordnet sein kann, ersteres insbesondere wenn das Arbeitsmedium des Retarders nicht das Kühlmedium des Kühlkreislaufs ist (abweichend von der Darstellung in der Figur).
Das Schalt- und Steuergerät 1 umfasst weiterhin einen Grundkörper 4 sowie eine zweite Schale 3. Die beiden Schalen 2, 3 bilden zusammen mit dem Grundkörper 4 ein Gehäuse des Schalt- und Steuergerätes 1 mit zwei voneinander getrennten Innenräumen, wobei die beiden Schalen 2, 3 auf einander abgewandten Seiten des Grundkörpers 4 angeordnet sind und die Stirnseiten des Gehäuses 32 ausbilden.
In dem ersten Innenraum, der durch die Schale 2 und den Grundkörper 4 gebildet wird, ist eine elektronische Baueinheit 5 positioniert. Die elektronische Baueinheit 5 umfasst dabei die zur Regelung oder Steuerung des Retarders nötigen elektronischen Komponenten, wie zum Beispiel wenigstens einen Regler und Logikschaltungen.
In dem zwischen der zweiten Schale 3 und dem Grundkörper 4 gebildeten zweiten Innenraum sind vorliegend drei Steuerventile 6 positioniert, welche vom Grundkörper 4 aufgenommen werden und den Strömungsquerschnitt für Druckluft eines Steuerluftsystems wahlweise freigeben oder verschließen. Die Steuerventile 6 sind als elektropneumatische Aktuatoren ausgeführt und umfassen im vorliegenden Fall entsprechend drei Ventilkörper 12 sowie diesen zugeordnete Magnetspulen 10, welche durch Anlegen einer elektrischen Spannung ein Verschieben der Ventilkörper 12 ermöglichen.
Zwischen den Steuerventilen 6 und der zweiten Schale 3, insbesondere zwischen den Magnetspulen 10 und der Schale 3, ist ein Niederhalter 11 vorgesehen, welcher die Bewegungskräfte der Ventilkörper 12 aufnimmt. Dieser Niederhalter 11 erleichtert die Montage des Schalt- und Steuergerätes 1, und er kann derart ausgeführt und an dem Grundkörper 4 befestigt sein, dass die zweite Schale 3 keine Kräfte aus den Steuerventilen 6 aufnehmen muss.
Zwischen den Schalen 2, 3 und dem Grundkörper 4 können Dichtungen vorgesehen sein, um die beiden Innenräume gegeneinander und insbesondere gegenüber der Umgebung abzudichten.
Der Grundkörper 4 nimmt einen ersten elektrischen Anschluss 8 und einen zweiten elektrischen Anschluss 9 auf, welche elektrisch leitend mit der elektronischen Baueinheit 5 verbunden sind. Beispielsweise dient der erste elektrische Anschluss 8 der Verbindung der elektronischen Baueinheit 5 mit einem Fahrzeugsteuergerät beziehungsweise der Fahrzeugsteuerung, beispielsweise über einen CAN-Bus. Der zweite elektrische Anschluss 9 kann beispielsweise eine elektrische Schnittstelle für dem Retarder zugeordnete Komponenten bilden, beispielsweise Sensoren und/oder Aktoren, insbesondere einem Temperatursensor und einem Drucksensor. Selbstverständlich ist es auch möglich, nur einen elektrischen Anschluss oder eine größere Vielzahl von elektrischen Anschlüssen vorzusehen, wobei die gezeigten elektrischen Anschlüsse 8, 9 bereits jeweils eine Vielzahl von elektrischen Kontakten aufweisen.
Im Grundkörper 4 sind ferner eine Vielzahl von Anschlüssen für Druckluftleitungen vorgesehen. So dient ein erster Anschluss – Drucklufteingang 20 – dem Anschluss einer Druckluftversorgung und zwei weitere Anschlüsse – Druckluftausgang 21 – dienen dem Abführen eines durch das Schalt- und Steuergerät 1 geregelten Stellluftdruckes. Die über den Drucklufteingang 20 dem Schalt- und Steuergerät 1 zugeleitete Druckluft wird durch die Steuerventile 6 geführt, welche entsprechende Steuerkanten, insbesondere durch Zusammenwirken der Ventilkörper 12 mit dem Grundkörper 4, ausbilden und die zugeführte Druckluft an die Druckluftausgänge 21 weiterleiten, wobei der Luftdruck an den Druckluftausgängen 21 in Abhängigkeit der Stellung der Steuerventile 6 variiert. Ein Beispiel für eine entsprechende Steuerung mit den drei Steuerventilen 6 wird nachfolgend noch anhand der 3 beschrieben.
Ferner ist ein dritter Druckluftanschluss – Abluftanschluss 13 – vorgesehen, mittels welchem die Steuerventile 6, zumindest zwei der drei Steuerventile 6, und die luftführenden Räume entleert werden können, wenn der Drucklufteingang 20 mittels eines der drei Steuerventile 6 abgesperrt wird. Vorliegend ist der Abluftanschluss 13 in der zweiten Schale 3 ausgeführt.
Auf der elektronischen Baueinheit 5, vorliegend in Form einer Elektronikplatine ausgeführt, ist ein Druckaufnehmer 7, insbesondere in Form eines elektropneumatischen Druckaufnehmers, vorgesehen. Im Gegensatz zu allen anderen pneumatischen Komponenten, welche ausschließlich in dem zwischen der zweiten Schale 3 und dem Grundkörper 4 ausgebildeten Innenraum angeordnet sind, ist der Druckaufnehmer 7 in dem ersten Innenraum, der durch die erste Schale 2 und den Grundkörper 4 gebildet wird, angeordnet. Vorteilhaft bildet daher der Grundkörper 4 eine druckluftleitende Verbindung zwischen dem Druckaufnehmer 7 und den Steuerventilen 6 beziehungsweise einer weiteren Druckluftschnittstelle (nicht dargestellt) zum Zuführen eines externen Luftdruckes, der mittels des Druckaufnehmers 7 erfasst werden soll, aus. Ebenso können eine oder mehrere weitere Druckluftanschlüsse (nicht dargestellt) vorgesehen sein, um Druckluft aus dem Schalt- und Steuergerät 1 abzuleiten und/oder diesem zuzuführen.
In der 3 ist eine schematische Darstellung des Schalt- und Steuergeräts 1 gezeigt. Man erkennt wiederum die elektronische Baueinheit 5, die Steuerventile 6 und die verschiedenen Ein- und Ausgänge.
Die elektronische Baueinheit 5 umfasst einen Regler 17 zum Schalten der Steuerventile 6 sowie zum Auswerten beziehungsweise Weiterverarbeiten des durch den Druckaufnehmer 7 aufgenommenen pneumatischen Druckes. Der Druckaufnehmer 7 ist wiederum als elektropneumatischer Druckaufnehmer ausgeführt.
Ferner sind eine Reihe von elektrischen Schnittstellen vorgesehen, nämlich die Spannungsversorgung 14, die Datenschnittstelle 15, welche insbesondere mit einem CAN-Bus zusammenarbeitet, und die Sensor-Aktuator-Schnittstelle 16. Beispielsweise sind die Spannungsversorgung 14 und die Datenschnittstelle 15 zu dem gemeinsamen elektrischen Anschluss 8 in der 2 zusammengefasst, wohingegen der elektrische Anschluss 9 zum Verbinden der Sensor-Aktuator-Schnittstelle mit externen Komponenten dient.
Der Regler 17 kann die Steuerventile 6 auch in Abhängigkeit der Signale an der Datenschnittstelle 15 und der Sensor-Aktuator-Schnittstelle 16 ansteuern und mit der Spannung der Spannungsversorgung 14 versorgen.
Wie man sieht, dient das erste Steuerventil 6 (ganz unten in der 3) dem wahlweisen Zuführen oder Absperren von Druckluft aus der Druckluftversorgung und ist daher unmittelbar hinter dem Drucklufteingang 20 angeordnet. Bei der gezeigten Ausführungsform dient dieses Steuerventil 6 ferner dazu, das Schalt- und Steuergerät 1 beziehungsweise dessen druckluftführenden Bereiche zu entlüften, wenn es den Drucklufteingang 20 verschließt. Dementsprechend weist dieses Steuerventil 6 einen Abluftanschluss 13 auf.
In Strömungsrichtung der Druckluft (bei zugeschaltetem Drucklufteingang 20) hinter dem ersten Steuerventil 6, das als 3/2-Wegeventil ausgeführt ist, ist das zweite Steuerventil 6, das als 2/2-Wegeventil ausgeführt ist, angeordnet. Dieses dient dem Einregeln eines gewünschten Luftdruckes am Druckluftausgang 21, der in Strömungsrichtung der Druckluft hinter dem zweiten Steuerventil 6 angeordnet ist. Das zweite Steuerventil 6 weist demnach eine Regelfunktion auf, um den Luftdruck variabel über einen vorbestimmten Bereich hinweg einzustellen und ist beispielsweise als Proportionalventil ausgeführt, wohingegen es ausreichend ist, wenn das erste Steuerventil 6 als Auf-/Zu-Ventil beziehungsweise Umschaltventil ausgeführt ist.
Das dritte Steuerventil 6 (ganz oben in der 3) wirkt als Abluftventil und gibt, immer dann, wenn der Drucklufteingang 20 durch das erste Steuerventil 6 verschlossen wird, einen Strömungsquerschnitt zu einem Abluftanschluss 13 frei, um das Schalt- und Steuergerät 1 zu entlüften. Dementsprechend kann das dritte Steuerventil 6 als 2/2-Wegeventil ausgeführt sein und im unbestromten Zustand geöffnet sowie im bestromten Zustand geschlossen sein, wohingegen das zweite Steuerventil 6 vorteilhaft im bestromten Zustand geöffnet und im unbestromten Zustand geschlossen ist.
An die Druckluftleitung zwischen dem ersten Steuerventil 6 und dem zweiten Steuerventil 6 ist ein Zusatzausgangsanschluss 35 für Druckluft angeschlossen, um zu ermöglichen, Druckluft aus der Druckluftversorgung auch anderen Komponenten außerhalb des Schalt- und Steuergeräts 1 zur Verfügung zu stellen.
Wie man in der 3 sieht, erfasst der Druckaufnehmer 7 den Luftdruck (Stelldruck), der am Druckluftausgang 21 anliegt. Wie zuvor dargestellt, könnte auch ein weiterer Anschluss vorgesehen sein, über welchen Druckluft zum Druckaufnehmer 7 geleitet werden kann, damit der Druckaufnehmer 7 den Druck in dieser Druckluft erfasst.
Bezugszeichenliste

1: Schalt- und Steuergerät
2: erste Schale
3: zweite Schale
4: Grundkörper
5: elektronische Baueinheit
6: Steuerventil
7: Druckaufnehmer
8: erster elektrischer Anschluss
9: zweiter elektrischer Anschluss
10: Magnetspulen
11: Niederhalter
12: Ventilkörper
13: Abluftanschluss
14: Spannungsversorgung
15: Datenschnittstelle
16: Sensor-Aktuator-Schnittstelle
17: Regler
18: Kühlmediumkreislauf
19: hydrodynamische Maschine
20: Drucklufteingang
21: Druckluftausgang
22: Fahrzeugantriebsmotor
23: Thermostat
24: Wärmetauscher
25: Ausgleichsbehälter
26: Getriebe
27: Umwälzpumpe
28: Primärrad
29: Sekundärrad
30: Druckluftbehälter
31: Räder
32: Gehäuse
33: Retarderregelventil
34: Retarderschaltventil
35: Zusatzausgangsanschluss

Claims

Schalt- und Steuergerät (1) zum Einstellen der Leistungs- oder Drehmomentübertragung in einer hydrodynamischen Maschine (19), die wenigstens ein Primärrad (28) und ein Sekundärrad (29) umfasst, welche miteinander einen mit einem Arbeitsmedium befüllbaren Arbeitsraum ausbilden; 1.1 mit einem Gehäuse (32), das aus einem Grundkörper (4) und zwei Schalen (2, 3) zusammengefügt ist; 1.2 mit wenigstens einer elektronischen Baueinheit (5), die wenigstens mittelbar dem Steuern und/oder Überwachen der hydrodynamischen Maschine (19) oder eines vorgegebenen Zustandes in derselben dient; 1.3 mit wenigstens einem Steuerventil (6), welches durch die elektronische Baueinheit (5) betätigbar ist, um einen Arbeitsmediumstrom in der hydrodynamischen Maschine (19) oder in die oder aus der hydrodynamischen Maschine (19) zu steuern; gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 1.4 die erste Schale (2) umschließt die elektronische Baueinheit (5); 1.5 die zweite Schale (3) nimmt wenigstens einen Teil des wenigstens einen Steuerventils (6) auf; 1.6 die beiden Schalen (2, 3) sind auf einander abgewandten Stirnseiten des Grundkörpers (4) angeordnet; 1.7 die erste Schale (2) und/oder der Grundkörper (4) ist/sind derart an der hydrodynamischen Maschine (19) oder an einer den Arbeitsmediumstrom in die oder aus der hydrodynamischen Maschine (19) führenden Leitung angeordnet, dass eine Wärmeübertragung zwischen einerseits dem Arbeitsmedium und/oder der hydrodynamischen Maschine (19) und andererseits der elektronischen Baueinheit (5) erfolgt.
Schalt- und Steuergerät (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schale (2) derart von der zweiten Schale (3) abgewandt ist, und die zweite Schale (3) derart von Umgebungsluft umströmbar ist, dass Wärme aus dem Steuerventil (6) konvektiv an die Umgebung abgeführt wird.
Schalt- und Steuergerät (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schale (2) und/oder der Grundkörper (4) gegeneinander und/oder gegenüber der hydrodynamischen Maschine (19) oder der den Arbeitsmediumstrom führenden Leitung wärmeleitend ausgeführt ist/sind.
Schalt- und Steuergerät (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Grundkörper (4) und den Schalen (2, 3) gebildeten Innenräume gegeneinander thermisch isoliert und/oder gegeneinander druckdicht abgedichtet sind.
Schalt- und Steuergerät (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (32) und insbesondere die erste Schale (2) derart an der hydrodynamischen Maschine (19) oder an der Leitung montiert ist, dass das Gehäuse (32) gegen Schwingungen der hydrodynamischen Maschine (19) oder der Leitung isoliert ist.
Schalt- und Steuergerät (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (6) ein pneumatisches, insbesondere elektrisch oder elektromagnetisch betätigbares Ventil ist.
Schalt- und Steuergerät (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (32) und insbesondere der Grundkörper (4) elektrische Anschlüsse (8, 9) umfasst, welche mit der elektronischen Baueinheit (5) elektrisch leitend verbunden sind.
Schalt- und Steuergerät (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (32) und insbesondere der Grundkörper (4) Anschlüsse für Druckluftleitungen umfasst, welche druckluftleitend mit dem wenigstens einen Steuerventil (6) derart verbunden sind, dass das wenigstens eine Steuerventil (6) mit Druckluft aus einer Druckluftversorgung beaufschlagbar ist und gesteuert durch die elektronische Baueinheit (5) einen Druckluftstelldruck an einem der Anschlüsse variabel einstellt.
Schalt- und Steuergerät (1) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gehäuses (32) und insbesondere auf der elektronischen Baueinheit (5) ein Druckaufnehmer (7) vorgesehen ist, welcher den durch das wenigstens eine Steuerventil (6) eingestellten Stelldruck erfasst, wobei insbesondere ein zusätzlicher Drucklufteingang vorgesehen ist, der mit dem Druckaufnehmer (7) derart verbunden ist, dass der Druckaufnehmer (7) den Druck in dem zusätzlichen Drucklufteingang erfasst.
Antriebsstrang mit einer hydrodynamischen Maschine (19), umfassend wenigstens ein Primärrad (28) und ein Sekundärrad (29), welche miteinander einen mit einem Arbeitsmedium befüllbaren Arbeitsraum ausbilden; 10.1 es ist ein Kühlmediumkreislauf (18) mit einem flüssigen oder gasförmigen Kühlmedium vorgesehen, um die hydrodynamische Maschine (19) und/oder das Arbeitsmedium derselben zumindest mittelbar zu kühlen; dadurch gekennzeichnet, dass 10.2 eine Steuereinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Einstellen der Leistungs- oder Drehmomentübertragung in der hydrodynamischen Maschine (19) vorgesehen ist.