DE102012004686A1 - Powertrain for motor vehicle e.g. truck, has hydrodynamic retarder which is mechanically connected to drive shaft through separation clutch - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einem hydrodynamischen Retarder, im Einzelnen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The present invention relates to a motor vehicle drive train with a hydrodynamic retarder, in detail according to the preamble of
Hydrodynamische Retarder haben sich als verschleißfreie Dauerbremsen in Kraftfahrzeugantriebssträngen, insbesondere von Lastkraftwagen, bewährt. Voraussetzung für die Akzeptanz von hydrodynamischen Retardern bei den Nutzfahrzeugherstellern ist jedoch, dass die Leerlaufverluste solcher hydrodynamischer Retarder im Nichtbremsbetrieb minimal sind. Herkömmlich werden daher verschiedene Maßnahmen vorgesehen, um die Leerlaufverluste im Nichtbremsbetrieb zu reduzieren. Hierzu gehört das Vorsehen von sogenannten Ventilationsblenden, die im Nichtbremsbetrieb in den Spalt zwischen dem Rotor und dem Stator eingebracht werden, um eine Kreislaufströmung von Luft beziehungsweise einem Luft-Restarbeitsmedium-Gemisch zu unterbinden. Andere Maßnahmen sehen vor, beim Übergang vom Bremsbetrieb zum Nichtbremsbetrieb den Rotor vom Stator abzufahren oder umgekehrt, ebenso mit der Maßgabe, den Aufbau einer unerwünschten Kreislaufströmung zwischen Rotor und Stator zu unterbinden. Eine aufwändigere Lösung sieht die mechanische Abkopplung des Rotors im Nichtbremsbetrieb vom Antriebsstrang vor, sodass der Rotor stehenbleibt.Hydrodynamic retarders have proven to be wear-free continuous brakes in motor vehicle drive trains, in particular lorries. However, the prerequisite for the acceptance of hydrodynamic retarders by commercial vehicle manufacturers is that the no-load losses of such hydrodynamic retarders in non-braking operation are minimal. Conventionally, therefore, various measures are provided to reduce the idling losses in non-braking operation. These include the provision of so-called ventilation panels, which are introduced in the non-braking operation in the gap between the rotor and the stator in order to prevent a circulation flow of air or an air-residual working medium mixture. Other measures envisage moving the rotor off the stator during the transition from braking operation to non-braking operation, or vice versa, as well as with the proviso of suppressing the build-up of an undesired circulation flow between the rotor and the stator. A more complex solution provides for the mechanical decoupling of the rotor in non-braking operation of the drive train, so that the rotor stops.
Insbesondere die letztgenannte Lösung verspricht zwar ein hohes Potenzial im Hinblick darauf, dass eine Kreislaufströmung im Arbeitsraum sicher vermieden werden kann, jedoch wird herkömmlich ein erheblicher Bauraum für diese Lösung benötigt. Auch gilt es zu berücksichtigen, dass die Abkopplung des Rotors des hydrodynamischen Retarders in der Regel unmittelbar vor dem Rotor erfolgt, womit auch im Nichtbremsbetrieb zusätzliche Massen, die bei Ausführungsformen ohne hydrodynamischen Retarder nicht vorhanden sind, umlaufen müssen. Es war ferner bisher nicht möglich, einem Nutzfahrzeughersteller eine Lösung anzubieten, durch welche ein bestehender mechanisch nicht entkoppelbarer Retarder durch einen entkoppelbaren Retarder ersetzt werden kann, ohne die Systemumgebung im Bereich des Retarders wesentlich zu ändern.In particular, the latter solution promises a high potential in view of the fact that a circulation flow in the working space can be safely avoided, however, a considerable space for this solution is traditionally required. It should also be considered that the decoupling of the rotor of the hydrodynamic retarder usually takes place immediately in front of the rotor, which means that additional masses, which are not present in embodiments without hydrodynamic retarders, must also circulate in the non-braking mode. Furthermore, it has not hitherto been possible to offer a solution to a commercial vehicle manufacturer by means of which an existing retarder, which can not be decoupled mechanically, can be replaced by a decoupled retarder, without substantially changing the system environment in the area of the retarder.
Die Nachteile bestehender Vorschläge für die mechanische Abkopplung des Rotors im Nichtbremsbetrieb vom Antriebsstrang waren so gravierend, dass entsprechende Lösungen in der Praxis nicht oder nur selten zum Einsatz kamen. Somit wurde in der Praxis höchstes Augenmerk darauf gerichtet, alle in der Triebverbindung zum hydrodynamischen Retarder vorgesehenen Bauteile und Übersetzungen möglichst verlustarm auszuführen, was dazu geführt hat, dass, um trotzdem vergleichsweise hohe Drehzahlen zu ermöglichen, Retarder häufig in einem sogenannten Hochtrieb an einer Antriebswelle des Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs, beispielsweise der Getriebeabtriebswelle bei Sekundärretardern vorgesehen werden, wobei der Hochtrieb über eine einfache Stirnradstufe ins Schnelle gegenüber der Antriebswelle übersetzt ist. Beispielsweise wird hierzu auf die
Ein mechanisch abkoppelbarer hydrodynamischer Retarder mit einer zusätzlichen mechanischen Trennkupplung im Hochtrieb wird in der Offenlegungsschrift
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Lastkraftwagen, mit einem hydrodynamischen Retarder anzugeben, der hinsichtlich seiner Verlustleistung im Nichtbremsbetrieb optimiert ist und zugleich eine besonders hohe Bremsleistung zur Verfügung stellen soll beziehungsweise bezüglich des Verhältnisses seiner Baugröße zur maximalen Bremsleistung optimiert werden soll. Der Retarder soll vorteilhaft leicht in bestehende Antriebsstränge beziehungsweise ohne größere Abänderung der Konstruktion des Antriebsstrangs in Kraftfahrzeuge integriert werden können.The present invention has for its object to provide a drive train for a motor vehicle, especially trucks, with a hydrodynamic retarder, which is optimized in terms of its power loss in non-braking operation and at the same time to provide a particularly high braking power available or with respect to the ratio of its size to the maximum braking power to be optimized. The retarder should advantageously be easily integrated into existing drive trains or without major modification of the design of the drive train in motor vehicles.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch einen Antriebsstrang für Kraftfahrzeuge, insbesondere Lastkraftwagen, mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.The object of the invention is achieved by a drive train for motor vehicles, in particular trucks, with the features of
Ein erfindungsgemäßer Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, der für Lastkraftwagen, jedoch auch für andere Fahrzeuge, beispielsweise Schienenfahrzeuge, geeignet ist, weist einen hydrodynamischen Retarder auf, der mittels einer Trennkupplung mechanisch in eine Triebverbindung mit einer Antriebswelle schaltbar ist und von dieser abkoppelbar ist, je nachdem, ob die Trennkupplung zum Abkoppeln geöffnet oder zum Ankoppeln geschlossen wird. Ferner ist der Retarder in einem Hochtrieb zu der Antriebswelle positioniert, der über eine Übersetzung ins Schnelle an der Antriebswelle angeschlossen ist. Das bedeutet, dass der Retarder beziehungsweise dessen angetriebener Rotor mit einer größeren Drehzahl umläuft als die Antriebswelle. Beispielsweise ist der Retarder auf einer zur Antriebswelle parallelen Welle positioniert, die über eine Stirnradstufe, insbesondere eine einzige Stirnradstufe, mit der Antriebswelle in Triebverbindung steht.An inventive drive train for a motor vehicle, which is suitable for trucks, but also for other vehicles, such as rail vehicles, has a hydrodynamic retarder, which is mechanically switchable by means of a separating clutch in a drive connection with a drive shaft and can be decoupled from this, depending on whether the disconnect clutch is opened for uncoupling or closed for coupling. Further, the retarder is positioned in a high drive to the drive shaft, which is connected via a translation at high speed to the drive shaft. This means that the retarder or its driven rotor rotates at a higher speed than the drive shaft. For example, the retarder is positioned on a shaft parallel to the drive shaft, which is in drive connection via a spur gear, in particular a single spur gear, with the drive shaft.
Erfindungsgemäß ist in dem Hochtrieb ein Planetengetriebe vorgesehen, über welches der hydrodynamische Retarder angetrieben wird.According to the invention, a planetary gear is provided in the high-drive, via which the hydrodynamic retarder is driven.
Durch die Erfindung kann eine besonders große Übersetzung zwischen der Antriebswelle, welche beispielsweise die Getriebeabtriebswelle des Kraftfahrzeugantriebsstrangs sein kann, jedoch auch eine andere Welle des Antriebsstrangs, beispielsweise Nebenabtriebswelle des Getriebes, und dem Rotor des Retarders vorgesehen werden. Zugleich können vorteilhaft die vergleichsweise großen Reibungsverluste eines solchen Planetengetriebes dadurch kompensiert werden, dass in Richtung des Antriebsleistungsflusses von der Antriebswelle auf den Retarder vor dem Planetengetriebe die Trennkupplung positioniert wird, sodass im Nichtbremsbetrieb weder im Retarder entstehende Verluste noch im Planetengetriebe entstehende Verluste auftreten. By the invention, a particularly large ratio between the drive shaft, which may be, for example, the transmission output shaft of the motor vehicle drive train, but also a different shaft of the drive train, such as power take-off shaft of the transmission, and the rotor of the retarder can be provided. At the same time advantageously the comparatively large friction losses of such a planetary gear can be compensated that in the direction of the drive power flow from the drive shaft to the retarder in front of the planetary gear, the separating clutch is positioned so that in non-braking operation neither losses incurred in the retarder nor losses occurring in the planetary gear.
Besonders günstig ist es, wenn die Trennkupplung ebenfalls im Hochtrieb positioniert ist, sodass ein konstruktiver Eingriff in den Bereich der Antriebswelle, die insbesondere in einem Getriebegehäuse eines Kraftfahrzeuggetriebes, über welches Antriebsräder des Kraftfahrzeugs von einem Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs angetrieben werden, gering ist.It is particularly favorable when the separating clutch is also positioned in the high-lift, so that a constructive engagement in the region of the drive shaft, which is driven by a drive motor of the motor vehicle, in particular in a transmission housing of a motor vehicle transmission, is low.
Die Trennkupplung kann beispielsweise im Hochtrieb axial neben dem Retarder, insbesondere fluchtend zu einem Sonnenrad des Planetengetriebes positioniert sein.The separating clutch can be positioned, for example, in the high drive axially adjacent to the retarder, in particular in alignment with a sun gear of the planetary gear.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung weist das Planetengetriebe ein Sonnenrad, ein Hohlrad und wenigstens einen oder mehrere auf einem Planetenträger getragene(n) Planetenräder auf, die im Leistungsfluss zwischen das Sonnenrad und das Hohlrad geschaltet sind, und der Planetenträger dient als Leistungseingang des Planetengetriebes und das Sonnenrad als Leistungsausgang des Planetengetriebes. Selbstverständlich sind andere Ausgestaltungen möglich, beispielsweise mit dem Sonnenrad als Leistungseingang und dem Planetenträger als Leistungsausgang. Auch ist es möglich, das Hohlrad als Leistungseingang oder Leistungsausgang vorzusehen, entsprechend mit dem Sonnenrad oder dem Planetenträger als Leistungsausgang oder -eingang.According to one embodiment of the invention, the planetary gear has a sun gear, a ring gear and at least one or more on a planet carrier (s) planetary gears, which are connected in the power flow between the sun gear and the ring gear, and the planet carrier serves as a power input of the planetary gear and the sun gear as power output of the planetary gear. Of course, other embodiments are possible, for example with the sun gear as a power input and the planet carrier as a power output. It is also possible to provide the ring gear as a power input or power output, according to the sun gear or the planet carrier as a power output or input.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Hohlrad stationär, das heißt, dass dieses nicht umläuft.According to one embodiment, the ring gear is stationary, that is, it does not rotate.
Eine besonders bauraumgünstige Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Trennkupplung auf einer ersten axialen Seite der Übersetzung ins Schnelle zwischen der Antriebswelle und dem Hochtrieb und das Planetengetriebe auf einer zweiten axialen Seite der Übersetzung ins Schnelle positioniert ist, wobei die erste axiale Seite und die zweite axiale Seite entgegengesetzt zueinander bezüglich der Übersetzung ins Schnelle angeordnet sind. Besonders hier ist es günstig, wenn die Übersetzung ins Schnelle durch eine Stirnradstufe, insbesondere eine einzige Stirnradstufe gebildet wird.A particularly space-saving embodiment of the invention provides that the separating clutch is positioned on a first axial side of the translation in the fast between the drive shaft and the high-drive and the planetary gear on a second axial side of the translation at high speed, wherein the first axial side and the second axial side opposite to each other with respect to the translation are arranged in quick. Particularly here it is favorable if the translation into the fast is formed by a spur gear stage, in particular a single spur gear stage.
Insbesondere um den Retarder, das Planetengetriebe und die Trennkupplung in einem gemeinsamen Retardergehäuse anzuordnen und vorteilhaft in diesem zu lagern, gegebenenfalls zusammen mit einem Stirnrad der Stirnradstufe als Übersetzung ins Schnelle, ist es günstig, wenn der Retarder, das Planetengetriebe und die Trennkupplung axial nebeneinander und fluchtend zueinander im Hochtrieb positioniert sind. Das Retardergehäuse kann beispielsweise außen an dem Getriebegehäuse des Kraftfahrzeugs montiert sein oder teilweise oder vollständig in dieses eingesteckt angeordnet sein. Insbesondere kommt bei einer solchen Einstecklösung in Betracht, im Retardergehäuse eine Zugangsöffnung für das Abtriebsstirnrad der Stirnradstufe vorzusehen, sodass dieses in eine kämmende Verbindung mit einem antriebsseitigen Stirnrad auf der Antriebswelle, insbesondere der Getriebeabtriebwelle gebracht werden kann.In particular, in order to arrange the retarder, the planetary gear and the clutch in a common retarder housing and advantageous to store in this, optionally together with a spur gear of the spur gear as a quick translation, it is advantageous if the retarder, the planetary gear and the clutch axially adjacent to each other and are aligned with each other in the high drive. The retarder housing may, for example, be mounted on the outside of the transmission housing of the motor vehicle or may be partially or completely plugged into it. In particular, in such a plug-in solution, it is possible to provide an access opening for the output spur wheel of the spur gear in the retarder housing so that it can be brought into meshing connection with a drive-side spur gear on the drive shaft, in particular the transmission output shaft.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert werden.The invention will be explained below by way of example with reference to an embodiment.
In der
Der Rotor
Der Planetenträger
Der Planetenträger
Die Trennkupplung
Die Übersetzung ins Schnelle
Beispielweise können, wie dargestellt, die Trennkupplung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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