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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Leistungsübertragung eines in einem Motorkühlkreislauf, in dem ein Kühlmedium zum Kühlen eines Fahrzeugantriebsmotors und/oder von anderen Aggregaten umgewälzt wird, angeordneten hydrodynamischen Retarders.
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Hydrodynamische Retarder weisen einen Arbeitsraum auf, der mit einem Arbeitsmedium befüllbar ist, um Drehmoment von einem angetriebenen Primärschaufelrad (Rotor) auf ein stationäres Sekundärschaufelrad, deshalb auch Stator genannt, hydrodynamisch zu übertragen. Anstelle eines stationären Sekundärschaufelrades kann auch ein entgegen dem Drehsinn des Primärschaufelrades umlaufendes Sekundärschaufelrad vorgesehen sein, um einen Gegenlaufretarder auszubilden. Dabei wird das Primärschaufelrad verzögert und insbesondere eine mit dem Primärschaufelrad drehfest ausgeführte Welle, beispielsweise eine indirekt mit den Antriebsrädern des Fahrzeugs verbundene Antriebswelle (Gelenkwelle) oder Getriebeabtriebswelle, verzögert.
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Dem hydrodynamischen Retarder ist meist eine Kennlinie unter Umständen auch ein bestimmtes Kennfeld zugeordnet, welches in Abhängigkeit des Fahrerwunsches nach einer bestimmten Verzögerung oder Erzeugung einer bestimmten Bremsleistung jedem Betriebspunkt auf dieser Kennlinie oder in diesem Kennfeld einen entsprechenden Steuerdruck als Stellgröße zuordnet. Der Fahrer wählt hierbei mittels eines Wählhebels eine bestimmte Bremsstufe aus, die ein einzustellendes Retarderbremsmoment darstellt. Bei aktiviertem Retarder und Anforderung des Bremswunsches wird aus der Kennlinie oder dem Kennfeld der entsprechende Steuerdruck in Abhängigkeit eines oder mehrerer weiterer Parameter ermittelt und eingestellt, so dass sich ein bestimmter Füllungsgrad an Arbeitsmedium im Arbeitsraum einstellt, wodurch sich zwischen drehangetriebenem Primärschaufelrad und Sekundärschaufelrad ein hydrodynamischer Kreislauf ausbildet. Hierdurch wird das Primärschaufelrad, welches zum Beispiel indirekt mit den Antriebsrädern oder dem Fahrzeugantriebsmotor verbunden ist verzögert und diese/dieser mit dem eingestellten Retarderbremsmoment abgebremst.
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Das Dokument
WO 2006/037465 A1 beschreibt ein derartiges Verfahren. Der hydrodynamische Retarder umfasst ein Kennfeld, in dem als Paramter der Steuerdruck in Abhängigkeit des einzustellenden Retarderbremsmomentes und die Drehzahl des Primärschaufelrades hinterlegt sind. Das Dokument schlägt zusätzlich vor, im Kennfeld die Temperatur des Retarders zu hinterlegen, um somit ein mehrdimensionales Kennfeld zu erhalten.
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Das Dokument
EP 1 334 016 B1 beschreibt ein Verfahren zur Erhöhung der Bremswirkung eines hydrodynamischen Retarders bei bestimmten Betriebsbedingungen eines mit dem hydrodynamischen Retarder gekoppelten Getriebes. Dabei wird immer dann, wenn eine erhöhte Bremsleistung des Retarders benötigt wird, die Schaltstufe des Getriebes erniedrigt, so dass hierdurch die Drehzahl einer Abtriebswelle, welche mit einem Primärschaufelrad des Retarders gekoppelt ist, erhöht wird. Durch die höhere Drehzahl des Primärschaufelrades wird eine erhöhte Bremsleistung erzielt. Hierzu schlägt das Dokument vor, zu überprüfen, ob eine Rückschaltung in einem bestimmten Betriebszustand des Fahrzeugs (zum Beispiel die aktuelle Leistungsfähigkeit des Motorkühlsystems) beziehungsweise hydrodynamischen Retarders überhaupt notwendig ist. Die Leistungsfähigkeit des Motorkühlsystems beschreibt das zum aktuellen Betriebszustand benötigte Vermögen des Kühlmediums, Wärme, die durch den Betrieb des Retarders in das Kühlmedium eingebracht wurde, aus dem Kühlmedium herauszubringen. Beispielsweise kann die Leistungsfähigkeit erhöht werden, indem die Drehzahl einer im Kühlkreislauf angeordneten Wasserpumpe oder der Druck des Kühlmediums erhöht wird. In anderen Worten wird überprüft, ob genügend Wärme über das Kühlmedium abgeführt werden kann, ohne dass eine Rückschaltung erfolgt. Somit wird vor einer Rückschaltanforderung eine Vielzahl von die Kühlleistung beeinflussenden Parametern wie die Getriebeabtriebsdrehzahl, die Kupplungsdrehzahl, die Gangstellung des Getriebes, das aktuelle Bremsmoment sowie der Einlass- oder Auslassdruck des Retarders beziehungsweise der Steuerstrom, das heißt der Strom, der zum Einstellen eines Retarderbremsmomentes nötig ist, berücksichtigt.
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Aus der
DE 10 2008 034 974 A1 sowie aus der
DE 10 2009 039 537 A1 sind Ansätze bekannt geworden, mittels denen zum Einstellen des Steuerdruckes zusätzlich ein Druck des Arbeitsmediums in einem Raum innerhalb des hydrodynamischen Retarders (Gehäusedruck) berücksichtigt wird. Dabei ist eine Kennlinie oder ein Kennfeld vorgesehen, welche/welches einer bestimmten Verzögerung einen entsprechenden Steuerdruck als Stellgröße zuordnet. Zur hydrodynamischen Drehmomentübertragung wird das Arbeitsmedium im Rotor radial nach außen beschleunigt und tritt in den Stator ein, in welchem es radial nach innen strömend verzögert wird. Der Gehäusedruck entspricht somit dem Druck, welcher infolge des dynamischen Strömungsprozesses im Arbeitsraum vorherrscht. Da der Arbeitsraum zum Abführen von Arbeitsmedium mit dem Auslass strömungsleitend verbunden ist, liegt am Auslass ein zum Gehäusedruck proportionaler Auslassdruck an, sodass der Steuerdruck in Abhängigkeit des Auslassdruckes eingestellt wird.
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Ferner sind Lösungsansätze bekannt, um eine Überhitzung des Motorkühlkreislaufes durch Einbringen von Wärme aus dem Retarder zu verhindern, welche eine Abregelung des Retarderbremsmomentes unabhängig von einer Vorgabe des Fahrerwunsches vorsehen, nämlich immer dann, wenn das Motorzeugkühlsystem, insbesondere aufgrund einer zu geringen Drehzahl der Wasserpumpe nicht die erforderliche Wärmekapazität zur Verfügung stellt. Um die Notwendigkeit einer solchen Abregelung zu erkennen, können verschiedene Parameter, insbesondere die Motordrehzahl des die Wasserpumpe antreibenden Motors oder die Wasserpumpendrehzahl oder Druckzustände, Druckgradienten, Temperaturen oder Temperaturgradienten im Kühlsystem herangezogen werden.
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Obwohl somit verschiedenste Größen bei der Einstellung eines vorgegebenen Retarderbremsmomentes bereits herangezogen werden, sind die bisherigen Systeme nicht dazu ausgelegt, mit dem Retarder ein exakt reproduzierbares Moment in Abhängigkeit eines Fahrerwunsches, insbesondere einer vorgegebenen Bremsstufe, zu erzeugen, sondern je nach Betriebszustand des Fahrzeugs beziehungsweise des Fahrzeugkühlsystems ergibt sich bei einer bestimmten Bremsstufe mal ein größeres und mal ein geringeres Retarderbremsmoment. Selbstverständlich ist es möglich, diesen Nachteil dadurch zu umgehen, dass eine Regelung mit geschlossenem Regelkreis vorgesehen wird, jedoch führt dies zu einem aparativen Mehraufwand sowie zu einer verzögerten Einstellung des Sollbremsmomentes, da sich der Regelkreis bei jedem Bremsvorgang zunächst einregeln muss.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern der Leistungsübertragung eines hydrodynamischen Retarders anzugeben, welches die Nachteile gemäß dem Stand der Technik vermeidet. Insbesondere soll das Verfahren eine exakte Steuerung der Leistungsübertragung und damit des Bremsmomentes in allen Betriebspunkten des hydrodynamischen Retarders ermöglichen.
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Die Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Die abhängigen Ansprüche stellen besonders günstige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens dar.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern der Leistungsübertragung eines in einem Motorkühlreislauf, in dem ein Kühlmedium zum Kühlen eines Fahrzeugantriebsmotors und/oder von anderen Aggregaten umgewälzt wird, angeordneten hydrodynamischen Retarders, umfassend ein angetriebenes Primärschaufelrad und ein Sekundärschaufelrad, die miteinander einen torusförmigen, wahlweise mit Arbeitsmedium befüllbaren und entleerbaren Arbeitsraum ausbilden, um Drehmoment hydrodynamisch vom Primärschaufelrad auf das Sekundärschaufelrad zu übertragen, wobei das Kühlmedium des Motorkühlkreislaufs zugleich das Arbeitsmedium des hydrodynamischen Retarders ist, ist für den hydrodynamischen Retarder wenigstens ein Kennfeld hinterlegt, das der aktuell vorliegenden Primärschaufelraddrehzahl und einem, wenigstens eine Bremsstufe darstellenden, einzustellenden Retarderbremsmoment einen Steuerdruck zum Einstellen eines Füllungsgrades im Arbeitsraum zuordnet. Dabei wird das einzustellende Retarderbremsmoment in Abhängigkeit der Primärschaufelraddrehzahl durch Erzeugen des zugeordneten Steuerdruckes eingestellt.
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Erfindungsgemäß wird der aktuelle Einlassdruck im Bereich des Einlasses des hydrodynamischen Retarders erfasst oder aus wenigstens einer Zustandsgröße des Motorkühlkreislaufs berechnet, wobei zum Einstellen des Steuerdruckes zusätzlich der Einlassdruck berücksichtigt wird und der Einlassdruck zusätzlich im Kennfeld hinterlegt ist.
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Mit Einlassdruck im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jener Arbeitsmediumdruck gemeint, welcher in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums gesehen vor, im oder hinter dem Einlass des Retarders ansteht, jedoch in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums vor dem Arbeitsraum, insbesondere bevor das Arbeitsmedium in das den Arbeitsraum umschließenden Gehäuse eintritt. Als Einlassdruck kann auch der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums gesehen vor (beispielsweise in einer Zulaufleitung zum Einlass) oder im Bereich eines Einlassstutzens des Einlasses des Retarders anstehende Druck aufgefasst werden.
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Mit der Zustandsgröße des Motorkühlkreislaufs und insbesondere des Kühlmediums im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine physikalische Größe gemeint, mittels welcher sich die Aggregatzustände des Kühlmittels beschreiben lassen. Zu diesen zählen hierbei insbesondere ausschließlich der Druck, das Volumen sowie die Temperatur des Kühlmittels.
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Bevorzugt ist für einen vorgegebenen Einlassdruck eine vorgegebene Kennlinie, ein Kennfeld oder eine Kennlinienschar hinterlegt, welche der aktuell vorliegenden Primärschaufelraddrehzahl und einem, wenigstens eine Bremsstufe darstellenden, einzustellenden Retarderbremsmoment einen Steuerdruck zum Einstellen eines Füllungsgrades im Arbeitsraum zuordnet. Gemäß einer Ausführungsform sind mehrere Kennfelder für verschiedene konstante Einlassdrücke in der Retardersteuerung oder einer zusätzlichen Steuerung hinterlegt.
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Bevorzugt wird der Einlassdruck in Abhängigkeit einer oder mehrerer der nachfolgenden Größen erfasst oder berechnet:
- – Überdruck im Motorkühlkreislauf;
- – aktuelle Drehzahl einer im Motorkühlkreislauf angeordneten und das Kühlmedium umwälzenden, vom Fahrzeugantriebsmotor oder einem anderen Motor angetriebenen Kühlmediumpumpe;
- – aktuelle Primärschaufelraddrehzahl oder Drehzahl einer mit dem Primärschaufelrad des hydrodynamischen Retarders in Triebverbindung stehender Welle, beispielsweise Gelenkwelle.
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Zusätzlich oder alternativ kann der Einlassdruck direkt oder indirekt über einen Drucksensor erfasst werden.
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Die Erfinder haben erkannt, dass durch die zusätzliche Berücksichtigung des aktuellen Einlassdruckes und Einstellen des Steuerdruckes in Abhängigkeit des Einlassdruckes die Steuerungsgenauigkeit bezüglich des einzustellenden Retarderbremsmomentes erheblich verbessert werden kann. Diese Erkenntnis ist darauf zurückzuführen, dass der sich einstellende Einlassdruck neben der Primärschaufelraddrehzahl und der Kühlmediumpumpendrehzahl auch von dem Überlagerungsdruck des Motorkühlkreislaufs abhängt. Diese Abhängigkeit kann sich jedoch bei verschiedenen Retarderdrehzahlen (Primärschaufelraddrehzahlen) ändern. Erst durch die erfindungsgemäße Lösung wird in allen Betriebspunkten des hydrodynamischen Retarders stets ein exakt reproduzierbares Bremsmoment eingestellt.
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Mit Vorteil wird der Einlassdruck bei vorgegebener Primärschaufelraddrehzahl oder der Drehzahl einer mit dem Primärschaufelrad des hydrodynamischen Retarders in Triebverbindung stehenden Welle und in Abhängigkeit der nachfolgenden Größen berechnet:
- – Überdruck im Motorkühlkreislauf,
- – aktuelle Drehzahl der Kühlmediumpumpe,
wobei die Größen zusätzlich in dem Kennfeld hinterlegt sind. Somit kann die Anzahl der Sensoren zur Erfassung der Größen reduziert und damit der Schaltungs- und Steuerungsaufwand minimiert werden.
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Bevorzugt ist im Kennfeld zusätzlich die Druckkennlinie der Kühlmediumpumpe hinterlegt. Dabei ist im Sinne der vorliegenden Erfindung mit der Druckkennlinie jene Kennlinie gemeint, die das Verhältnis der Förderhöhe oder des Förderdruckes zum Fördervolumenstrom der Kühlmediumpumpe angibt. Sie gibt im Wesentlichen die Ausbeute der Kühlmediumpumpe an.
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Durch die Hinterlegung der besagten Größen im Kennfeld wird die infolge der strömungsmechanischen Prozesse sich einstellende Einlassdruckänderung in Abhängigkeit der Primärschaufelraddrehzahl automatisch berücksichtigt. Die in dem Kennfeld zusätzlich hinterlegten Größen ergeben somit ein Aggregatkennfeld, welches den Motorkühlkreislauf und die darin angeordneten Komponenten kennzeichnet. Damit wird zusätzlich der Vorteil erreicht, dass bei Einbauten derartiger hydrodynamischer Retarder in Fahrzeuge mit unterschiedlich dimensionierten Motorkühlkreisläufen bei den im Kennfeld hinterlegten zusätzlichen Größen lediglich noch die Druckkennlinie der Wasserpumpe bestimmt werden muss.
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Die Erfindung soll nun nachfolgend anhand der Figur exemplarisch erläutert werden.
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Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Motorkühlkreislaufs zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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2 ein Beispiel für hinterlegte Kennfelder.
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In der 1 ist eine schematische Darstellung eines Motorkühlkreislaufs 2 gezeigt. Mittels des Motorkühlkreislaufs 2 wird der Fahrzeugantriebsmotor 3 gekühlt. Ferner ist das Kühlmedium des Motorkühlkreislaufs 2 zugleich das Arbeitsmedium des im Motorkühlkreislauf 2 angeordneten hydrodynamischen Retarders 1.
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Das Primärschaufelrad 4 des hydrodynamischen Retarders 1 wird über einen Nebenabtrieb 12 eines Getriebes 11, das mit einer Antriebswelle 13 des Fahrzeugantriebsmotors 3 in Verbindung steht, drehangetrieben. Das Sekundärschaufelrad 5, das zusammen mit dem Primärschaufelrad 4 den Arbeitsraum 6 des hydrodynamischen Retarders 1 ausbildet, ist stationär.
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Im Motorkühlkreislauf 2 ist ein Fahrzeugkühler 15 vorgesehen, der je nach Stellung des Thermostatventils 10 vom Kühlmedium mehr oder minder umströmt und durchströmt wird, um die Ableitung von Wärme aus dem Kühlmedium zu regeln. Das Kühlmedium wird im Motorkühlkreislauf 2 mittels einer Kühlmediumpumpe 9 umgewälzt, die vom Fahrzeugantriebsmotor 3 angetrieben wird.
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Der Ausgleich des Volumens des im Motorkühlkreislaufs 2 umgewälzten Kühlmediums erfolgt über den Ausgleichsbehälter 18, der gegenüber der Umgebung druckdicht ausgeführt ist und in welchem der Überdruck im Motorkühlkreislauf 2 mittels eines Drucksensors 19 erfasst wird.
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Dem hydrodynamischen Retarder 1 ist eine Steuervorrichtung 17 zugeordnet, welche das Retardereinlassventil 16 und das Retarderregelventil 14 mit einem Steuerdruck beaufschlagt. Das Retardereinlassventil 16 ist in Strömungsrichtung vor dem Einlass 7 des Retarders 1 im Motorkühlkreislauf 2 angeordnet. Das Retarderregelventil 14 ist im Auslass 8 des Retarders 1 angeordnet und erzeugt je nach seiner Öffnungsstellung einen mehr oder minder großen Staudruck, welcher den Füllungsgrad des Arbeitsraums 6 mit Arbeitsmedium (Kühlmedium) bestimmt. Das Retardereinlassventil 16 kann hingegen als einfaches Auf-Zu-Ventil ausgeführt sein.
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Im Einlass 7 des hydrodynamischen Retarders 1 ist ein weiterer Drucksensor 20 angeordnet, welcher den Kühlmediumdruck im Einlass 7 erfasst. Bei bekannten Druckverlusten im Motorkühlkreislauf 2 könnte dieser Drucksensor auch an einer anderen Stelle positioniert sein und aus seinen erfassten Werten der Druck im Einlass 7 berechnet werden. Auch kann ein solcher Drucksensor im Retardereinlassventil 16 oder in einer Zulaufleitung zwischen Retardereinlassventil 16 und Einlass 7 angeordnet sein. Alternativ ist es auch möglich, den Drucksensor 20 einzusparen und, wie zuvor dargestellt, den Kühlmediumdruck im Einlass 7 des hydrodynamischen Retarders aus anderen bekannten Größen des Motorkühlkreislaufs 2, insbesondere dem Überdruck im Motorkühlkreislauf 2 und der Drehzahl der Kühlmediumpumpe 9 zu berechnen. Die Drehzahl der Kühlmediumpumpe 9 kann aus der Drehzahl des Fahrzeugantriebsmotors 3 bestimmt werden oder mit einem geeigneten Sensor erfasst werden.
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In der 2 sind beispielhafte Kennfelder dargestellt, die verschiedenen Einlassdrücken des hydrodynamischen Retarders zugeordnet sind. Die Einlassdrücke sind hier allgemein mit X, Y und Z bezeichnet, wobei der Einlassdruck X kleiner als der Einlassdruck Y und der Einlassdruck Y kleiner als der Einlassdruck Z ist.
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Jedes Kennfeld ordnet jeder Bremsstufe, hier beispielsweise den Bremsstufen 1 bis 4, einen vorbestimmten Steuerdruck pγ in Abhängigkeit der Retarderdrehzahl nRet (Drehzahl des Primärschaufelrades) zu. Für die verschiedenen Einlassdrücke weichen die verschiedenen Kennfelder hinsichtlich dieser Zuordnung voneinander ab. Bei der Ansteuerung des Retarders kann nun in Abhängigkeit des erfassten oder berechneten Einlassdruckes das geeignete Kennfeld herangezogen werden und der Steuerdruck entsprechend diesem Kennfeld in Abhängigkeit der Bremsmomentanforderungen durch den Fahrer (angeforderte Bremsstufe) oder ein Steuersystems des Fahrzeugs und in Abhängigkeit der Retarderdrehzahl eingestellt werden.
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Die Kennfelder können beispielsweise unmittelbar in der Steuervorrichtung 17 hinterlegt sein oder in einem anderen geeigneten Speicher.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform wird der Einlassdruck nicht erfasst, sondern bei verschiedenen vorgegebenen Drehzahlen am Abtrieb des Getriebes beziehungsweise vorgegebenen Retarderdrehzahlen bei betätigtem Retarder in Abhängigkeit der Drehzahl der Kühlmediumpumpe und des Überdruckes im Motorkühlkreislauf berechnet. Somit berücksichtigt dieses Verfahren die Differenz zwischen dem Einlassdruck des Retarders und dem beispielsweise im Ausgleichsbehälter erfassten Überdruck des Motorkühlkreislaufes anhand der Drehzahl des Retarders. Diese Abhängigkeit kann in einem Aggregatkennfeld hinterlegt sein. Für Neueinbauten eines solchen Retarders mit seiner Steuervorrichtung muss dann nur bei den vorgegebenen Randbedingungen die Druckkennlinie der Kühlmediumpumpe bestimmt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hydrodynamischer Retarder
- 2
- Motorkühlkreislauf
- 3
- Fahrzeugantriebsmotor
- 4
- Primärschaufelrad
- 5
- Sekundärschaufelrad
- 6
- Arbeitsraum
- 7
- Einlass
- 8
- Auslass
- 9
- Kühlmediumpumpe
- 10
- Thermostatventil
- 11
- Getriebe
- 12
- Nebenabtrieb
- 13
- Antriebswelle
- 14
- Retarderregelventil
- 15
- Fahrzeugkühler
- 16
- Retardereinlassventil
- 17
- Steuervorrichtung
- 18
- Ausgleichsbehälter
- 19
- Drucksensor
- 20
- Drucksensor
