DE102013013258A1 - Brake (brake assist) for electric vehicles - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Dauerbremse (Bremshilfe) für Elektrofahrzeuge, die bei einer langen Bergabfahrt mit zu Beginn voll geladener Batterie wirksam wird und die Betriebsbremse unterstützt bzw. entlastet, da bei voll geladener Batterie eine elektrische Nutzbremswirkung durch Rekuperation nicht möglich ist.The invention relates to a retarder (brake assist) for electric vehicles, which is effective at a long downhill with fully charged battery at the beginning and supports or relieves the service brake, since at fully charged battery electrical regenerative braking effect is not possible by recuperation.
Description
ZusammenfassungSummary
Die Erfindung betrifft eine Dauerbremse (Bremshilfe) für Elektrofahrzeuge, die bei einer langen Bergabfahrt mit zu Beginn voll geladener Batterie wirksam wird und die Betriebsbremse unterstützt bzw. entlastet, da bei voll geladener Batterie eine elektrische Nutzbremswirkung durch Rekuperation nicht möglich ist.The invention relates to a retarder (brake assist) for electric vehicles, which is effective at a long downhill with fully charged battery at the beginning and supports or relieves the service brake, since at fully charged battery electrical regenerative braking effect is not possible by recuperation.
Beschreibungdescription
Wenn man von einem hohen Berg mit einem reinen Elektroauto mit voll geladener Batterie, d. h. ohne Rekuperation und damit ohne Möglichkeit der Nutzbremsung eine lange Bergabfahrt startet, kann es erhebliche Probleme mit den Betriebsbremsen geben.If you are traveling from a high mountain with a pure electric car with a fully charged battery, d. H. Without recuperation and thus without the possibility of regenerative braking a long downhill starts, there may be significant problems with the service brakes.
Beim Auto mit Verbrennungsmotor wirkt dagegen beim längeren Bergabfahren hauptsächlich die Motorbremse (z. B. Fahren im 2. Gang). Diese sehr wichtige Bremsart lernt jeder in der Fahrschule, um die Bremsscheiben und Bremsbelege der Betriebsbremse zu schonen, und eine Überhitzung und damit ein Versagen der Bremswirkung zu vermeiden.In the case of a car with an internal combustion engine, on the other hand, when driving downhill for longer, the main effect is the engine brake (eg driving in 2nd gear). Everyone learns this very important braking method in the driving school in order to protect the brake discs and brake pads of the service brake and to avoid overheating and thus a failure of the braking effect.
Straßenbahnen nutzten früher die Bremsenergie zum Widerstands-Heizen des Innenraums im Winter, im Sommer wurde diese durch Widerstände auf dem Waggon-Dach an die Umwelt abgegeben. Heute wird die Bremsenergie in das Netz zurückgespeist.Trams used to use the braking energy to resist the heating of the interior in winter, in the summer this was delivered by resistors on the wagon roof to the environment. Today, the braking energy is fed back into the grid.
Berechnung der potentiellen Energie eines E-Autos, z. B. des Tesla S beim Start der Bergabfahrt bei einem Höhenunterschied von h = 1000 m:
Beispiel:Example:
Übliches Gefälle bei Bergstraßen = 10%, d. h. bei der Bergabfahrt mit einem Höhenunterschied von h = 1000 m beträgt die Fahrstrecke 10,05 km. Bei 40 km/h wird dieser Höhenunterschied in 15 Minuten überwunden, d. h. die potentielle Energie von 6,7 kWh ergibt eine Leistung von 26,8 kW, verteilt auf 4 Bremsen. Wenn jede Bremse 15 Minuten lang mit 6,7 kW beaufschlagt wird, dürfte diese rotglühend werden und versagen! Diese relativ große Energie muss bei der Bergabfahrt in Wärme umgewandelt werden. Möglicherweise können die Tesla 5-Betriebs-Bremsen diese Belastung nicht aushalten, denn wenn hier nur die hydraulisch-mechanischen Bremsen wirken können, werden diese aber sehr schnell überhitzen.Normal slope on mountain roads = 10%, d. H. when driving downhill with a height difference of h = 1000 m, the distance is 10.05 km. At 40 km / h this difference in height is overcome in 15 minutes, d. H. the potential energy of 6.7 kWh gives a power of 26.8 kW, distributed over 4 brakes. If each brake is applied with 6.7 kW for 15 minutes, it will turn red and fail! This relatively large energy must be converted into heat on the downhill. Perhaps the Tesla 5-operation brakes can not withstand this load, because if only the hydraulic-mechanical brakes can work here, they will overheat very quickly.
Verluste durch Luft- und Rollwiderstände, Triebstrangreibung und elektrische Verbraucher (Licht, Klimaanlage usw.) dürften bei dem diskutierten Beispiel (v = 40 km/h) kaum eine Rolle spielen. Im worst case-Fall könnte es sein, dass aus irgend einem Grund – nicht nur der Fall der 100% vollgeladenen Batterie – sondern auch wenn auf einer langen Bergabfahrt mit großem Gefälle durch einen Schaden an der Leistungselektronik und ausgeschalteten übrigen elektrischen Verbrauchern wie Klimaanlage, Beleuchtung, Infotainmentsyytem usw. eine Rekuperation (elektrisches Bremsen) nicht möglich ist.Losses due to air and rolling resistance, driveline friction and electrical consumers (light, air conditioning, etc.) are unlikely to play a role in the example discussed (v = 40 km / h). In the worst case scenario, it could be that for some reason - not just the case of the 100% fully charged battery - but also on a long downhill with a great gradient due to damage to the power electronics and off other electrical consumers such as air conditioning, lighting , Infotainmentsyytem etc. a recuperation (electric braking) is not possible.
Wenn die normalen Betriebsbremsen für diese hohe Belastung nicht ausgelegt sein sollten, muss man erfindungsgemäß sicherheitshalber noch eine zusätzliche Bremsmöglichkeit vorsehen, z. B. einen Retarder (Dauerbremse) mit 2 oder 3 wählbaren Bremsstufen mit Wirbelstrom- oder hydrodynamischem Wirk-Prinzip. Alternativ können auch ohmsche Bremswiderstände bzw. eine elektronische Last eingebaut werden, wobei diese Zusatzgeräte durch den Fahrtwind und ggf. zusätzlich mittels Ventilatoren, zwangsgekühlt werden müssen.If the normal service brakes for this high load should not be designed according to the invention for safety's sake, an additional braking option must be provided, for. As a retarder (retarder) with 2 or 3 selectable braking stages with eddy current or hydrodynamic active principle. Alternatively, ohmic braking resistors or an electronic load can be installed, these accessories must be forcibly cooled by the airstream and possibly also by means of fans.
Die Betriebsströme für diese Zusatzaggregate können entweder durch den Generatorbetrieb der E-Maschine oder aus der voll geladenen Batterie zur Verfügung gestellt werden.The operating currents for these additional units can be provided either by the generator operation of the electric motor or from the fully charged battery.
Die elektrische Wirbelstrombremse kann direkt aus der voll geladenen Batterie gespeist werden.The electric eddy current brake can be fed directly from the fully charged battery.
Das bewusste Laden der Batterie auf dem Berg bis z. B. nur 70% der Gesamtkapazität bei Beginn der Bergabfahrt könnte helfen, kann aber beim Normalfahrer nicht vorausgesetzt werden. Dieser ist gewohnt, vor Antritt einer Reise vollzutanken und entsprechend das E-Auto wegen der Reichweite ebenfalls voll zu laden. Man muss auch immer davon ausgehen, dass ein durchschnittlicher E-Auto-Fahrer aus mangelnder Kenntnis der elektrotechnischen Zusammenhänge mit voller Ladung auf dem Berg startet und dann keine elektrische Bremswirkung zur Verfügung hat. The deliberate charging of the battery on the mountain to z. For example, only 70% of the total capacity at the start of downhill skiing could help, but can not be expected from the normal driver. This is accustomed to fill up before the start of a journey and accordingly the e-car because of the range also fully loaded. It must also always be assumed that an average electric car driver starts from a lack of knowledge of the electrical contexts with full charge on the mountain and then has no electrical braking effect available.
Mit Realisierung der erläuterten Bremshilfen würde auch die ungewohnte und durchaus lästige Dauerbetätigung der Betriebsbremse beim E-Auto entfallen.With realization of the illustrated brake aids and the unfamiliar and quite annoying continuous operation of the service brake would be omitted in the electric car.
Bei der Reichweitenberechnung ist natürlich auch immer die potentielle Energie (Steigung/Gefälle) zwischen Start- und Zielort zu berücksichtigen. Das kann durch den Bordrechner in Verbindung mit dem Navi erfolgen.In the range calculation, of course, always the potential energy (slope / gradient) between start and destination to be considered. This can be done by the on-board computer in conjunction with the Navi.
Elektronische LastElectronic load
Eine Elektronische Last ist ein Gerät oder eine Baugruppe, die als Ersatz für einen konventionellen ohmschen Lastwiderstand eingesetzt wird.An electronic load is a device or assembly used to replace a conventional resistive load resistor.
Als Gegenstück zur Stromquelle handelt es sich bei der Elektronischen Last um eine Stromsenke. Während beim Belasten einer Stromquelle mit einem Festwiderstand immer nur ein bestimmter Laststrom bei einem bestimmten Widerstandswert eingestellt werden kann, ist die Besonderheit der Elektronischen Last, dass der Laststrom in einem definierten Bereich einstellbar ist, er wird elektronisch geregelt.As a counterpart to the power source, the electronic load is a current sink. While only a certain load current at a certain resistance value can be set when loading a current source with a fixed resistor, the peculiarity of the electronic load is that the load current can be set in a defined range; it is controlled electronically.
Die von der Elektronischen Last aufgenommene elektrische Energie wird meistens in Wärmeenergie umgewandelt, zur Kühlung werden Lüfter oder wassergekühlte Elemente verwendet. Elektronische Lasten werden in verschiedensten Applikationen eingesetzt, vor allem zur Prüfung von Netz- und Steuergeräten, Batterien, Brennstoff- und Solarzellen, Generatoren. Wechselstromlasten werden zum Testen von Transformatoren, Unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USVs) oder Bordnetzen verwendet.The electrical energy absorbed by the electronic load is mostly converted into heat energy, for cooling fans or water-cooled elements are used. Electronic loads are used in a wide variety of applications, especially for testing network and control devices, batteries, fuel and solar cells, generators. AC loads are used to test transformers, uninterruptible power supplies (UPS), or on-board networks.
Das Leistungs- und Ausstattungsspektrum dieser Geräte beginnt bei einfachsten Schaltkreisen, die im Wesentlichen aus einem Potentiometer zur Sollwerteinstellung und einem Transistorkreis zur Leistungsumsetzung bestehen.The performance and equipment spectrum of these devices begins with the simplest circuits, which essentially consist of a potentiometer for setpoint adjustment and a transistor circuit for power conversion.
Bei weiterentwickelten Elektronischen Lasten sind mehrere Betriebsarten vorhanden, meistens sind diese Konstantstrom, -spannung, -leistung und -widerstand.In advanced electronic loads there are several modes of operation, most of them are constant current, voltage, power and resistance.
Hinweis: Bei Bussen und LKWs werden sog. Retarder für lange Bergabfahrten verwendet, um die Betriebsbremse zu entlasten.Note: On buses and trucks, so-called retarders are used for long descents to relieve the service brake.
Ein Retarder (vom englischen retard für „verzögern” oder „aufhalten”) ist eine verschleißfreie hydrodynamische (mit Flüssigkeit arbeitende) oder elektrodynamische Dauerbremse (Wirbelstromeffekt), die bisher vorwiegend in Nutzfahrzeugen wie LKW oder Omnibussen eingesetzt wird.A retarder is a wear-resistant hydrodynamic (fluid-operated) or electrodynamic retarder (eddy-current effect) that has hitherto been used predominantly in commercial vehicles such as trucks or buses.
Eine Wirbelstrombremse ist eine verschleißfreie Bremse, die Wirbelstromverluste von in Magnetfeldern bewegten Metallscheiben (Rotoren) oder Schwertern zur Bremsung nutzt.An eddy current brake is a wear-free brake that uses eddy current losses from metal disks (rotors) moving in magnetic fields or swords for braking.
Das Prinzip: Bewegt sich eine Metallplatte in einem inhomogenen äußeren Magnetfeld, werden in ihr Spannungen und in der Folge Wirbelströme induziert, die ihrerseits eigene, dem äußeren Magnetfeld gemäß der Lenzschen Regel entgegengesetzte Magnetfelder erzeugen, die die Platte schlussendlich abbremsen. Gleiches gilt, wenn umgekehrt die Quelle des äußeren Magnetfelds, z. B. ein Dauer- oder Elektromagnet, über eine elektrisch leitende Fläche, z. B. eine Eisenbahnschiene, bewegt wird – entscheidend ist lediglich die Relativbewegung des Felds und des elektrischen Leiters.The principle: If a metal plate moves in an inhomogeneous external magnetic field, it induces voltages and subsequently eddy currents, which in turn generate their own magnetic fields that are opposite to the external magnetic field according to Lenz's rule and ultimately slow the plate down. The same applies if, conversely, the source of the external magnetic field, z. As a permanent or electromagnet, via an electrically conductive surface, for. As a railroad track is moved - only the relative movement of the field and the electrical conductor is crucial.
Der elektrische Widerstand der Metallplatte bildet dabei für die Wirbelströme einen ohmschen Verbraucher, der die Bewegungsenergie der Platte bzw. des Magneten in Wärme umsetzt. Die Magnetisierbarkeit der Metallplatte dagegen, die bei den ähnlich funktionierenden Hysteresebremsen eine Rolle spielt, ist für die Induktion in einer Wirbelstrombremse unerheblich, allein ausschlaggebend ist die elektrische Leitfähigkeit.The electrical resistance of the metal plate forms for the eddy currents an ohmic consumer, which converts the kinetic energy of the plate or the magnet into heat. In contrast, the magnetizability of the metal plate, which plays a role in the similarly functioning hysteresis brakes, is insignificant for induction in an eddy current brake; the decisive factor alone is the electrical conductivity.
Die Stärke der Bremswirkung ist von mehreren Parametern abhängig:
- • Leitfähigkeit der Bremsscheibe: Die induzierten Ströme sind direkt proportional zur elektrischen Leitfähigkeit des verwendeten Materials. Eine Kupferscheibe wird daher stärker abgebremst als eine baugleiche Stahlscheibe.
- • Richtung des Magnetfeldes: Die größte Bremswirkung wird erzielt, wenn das Magnetfeld die bewegliche Scheibe senkrecht durchsetzt.
- • Luftspalt: Je größer der Luftspalt, desto kleiner ist die maximale Bremswirkung.
- • Form der Scheibe: Scheiben mit umfänglich kammförmiger Struktur oder Rissen weisen eine verringerte Bremswirkung auf, da sich die ringförmigen Wirbelströme nicht mehr großräumig ausbilden können.
- • Fläche unter dem Erregerpol: Je kleiner die Fläche unter dem Pol ist, desto geringer ist die Bremswirkung.
- • Geschwindigkeit: Die Bremswirkung ist stark von der Relativgeschwindigkeit zwischen Feld und Scheibe abhängig.
- • Spulenstrom: Je höher der durch den Magneten fließende Strom ist, desto stärker wird das Magnetfeld und damit die Bremskraft.
- • Conductivity of the brake disc: The induced currents are directly proportional to the electrical conductivity of the material used. A copper disc is therefore slowed down more than a steel disc of identical construction.
- • Direction of the magnetic field: The greatest braking effect is achieved when the magnetic field passes through the moving disk vertically.
- • Air gap: The larger the air gap, the smaller the maximum braking effect.
- • Shape of the disc: discs with circumferentially comb-shaped structure or cracks have a reduced braking effect, since the annular eddy currents can no longer form a large space.
- • Area under the excitation pole: the smaller the area under the pole, the lower the braking effect.
- • Speed: The braking effect is strongly dependent on the relative speed between the field and the disc.
- • Coil current: the higher the current flowing through the magnet, the stronger the magnetic field and thus the braking force.
Wird eine rotierende Scheibe durch ein statisches Magnetfeld (z. B. Permanentmagnet) gebremst, so wird die Scheibe immer langsamer. Jedoch wird – wegen der Abnahme der Bremskraft mit der Relativgeschwindigkeit – der Stillstand theoretisch nie ganz erreicht. Eine Wirbelstrombremse eignet sich daher nicht als Feststellbremse.If a rotating disc is braked by a static magnetic field (eg permanent magnet), the disc becomes slower and slower. However, due to the decrease of the braking force with the relative speed, the standstill theoretically never quite reached. An eddy current brake is therefore not suitable as a parking brake.
Umgekehrt bietet dieser Effekt ein natürliches ABS. Diese Eigenart lässt sich durch ein veränderliches Magnetfeld beeinflussen, dann lässt sich sogar Bewegung erzeugen, wie z. B. beim Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer oder in Stromzählern nach dem Ferrarisprinzip.Conversely, this effect provides a natural ABS. This peculiarity can be influenced by a variable magnetic field, then can even generate motion, such. As the asynchronous motor with squirrel cage or in electricity meters on the Ferraris principle.
Elektrodynamische RetarderElectrodynamic retarder
Beim elektrodynamischen Retarder, auch Wirbelstrombremse, Kloft- oder Telmabremse genannt (nach den Herstellerfirmen), sind zwei Stahlscheiben (Rotoren), die nicht magnetisiert sind, mit der Antriebswelle verbunden. Dazwischen liegt der Stator mit 16 Spulen. Wenn durch die stufenlose Betätigung des Retarders vom Fahrer Strom eingesteuert wird, werden Magnetfelder erzeugt, die durch die Rotoren geschlossen werden. Die gegenläufigen Magnetfelder erzeugen dann die Bremswirkung. Die entstandene Wärme wird durch innenbelüftete Rotorscheiben wieder abgegeben.In electrodynamic retarder, also called eddy current brake, Kloft- or Telmabremse (according to the manufacturers), two steel discs (rotors), which are not magnetized, connected to the drive shaft. In between is the stator with 16 coils. If current is controlled by the continuous operation of the retarder by the driver, magnetic fields are generated, which are closed by the rotors. The opposing magnetic fields then generate the braking effect. The resulting heat is released again by internally ventilated rotor discs.
Bedienungservice
Die Bedienung eines Retarders variiert sehr stark nach Fahrzeugart. In der Regel befindet sich am Lenkrad neben dem Blinkerhebel ein weiterer Lenkstockschalter, mit dem sich 2 bis 6 Bremsstufen abrufen lassen. Sofern vorhanden, wird mit diesem Hebel auch der Tempomat bedient. Nachgerüstete Retarder besitzen oft frei platzierte Hebel auf dem Armaturenbrett. Bei Betätigung des Retarders mittels solcher Zusatzhebel ist zu beachten, dass die Bremsleuchten des Fahrzeugs in den meisten Fällen nicht mit aktiviert werden. Starke Bremsmanöver mittels Retarder – welche dieser durchaus leistet – sollten daher vermieden werden. Auch ist zu beachten, dass der Retarder (wie andere Dauerbremsen auch) nur auf einzelne Achsen eines Fahrzeugs oder Fahrzeuggespanns wirkt, was sich besonders bei ungünstigen Fahrbahnverhältnissen (Schnee, Glätte) negativ auf Brems- und Spurverhalten auswirken kann. Daher lassen sich diese separat abschalten.The operation of a retarder varies greatly depending on the vehicle. As a rule, there is another steering column switch on the steering wheel next to the turn signal lever, with which 2 to 6 braking stages can be called up. If available, the cruise control is also operated with this lever. Retrofitted retarders often have freely placed levers on the dashboard. When operating the retarder by means of such additional lever is to be noted that the brake lights of the vehicle are not activated in most cases. Strong braking maneuvers by means of retarder - which this does quite well - should therefore be avoided. It should also be noted that the retarder (like other continuous brakes also) acts only on individual axles of a vehicle or vehicle combination, which can have a negative effect on braking and tracking behavior, especially in unfavorable road conditions (snow, smoothness). Therefore, these can be switched off separately.
Bei Linienbussen mit Automatikgetriebe beispielsweise ist der Retarder der Betriebsbremse vorgeschaltet und wird daher über die Fußbremse betätigt, ein Handhebel fehlt oftmals. In einer ersten Stufe bremst nur der Retarder, erst bei einer stärkeren Bremsung wirkt die mechanische Betriebsbremse mit.In buses with automatic transmission, for example, the retarder of the service brake is connected upstream and is therefore operated on the foot brake, a hand lever is often missing. In a first stage, only the retarder brakes, only with a stronger braking effect, the mechanical service brake with.
Wird der Retarder bei neueren Fahrzeugen zur stärksten Stufe gezogen, schalten sich auch die Bremsleuchten ein. Somit kann der Retarder auch zum starken Abbremsen des Fahrzeugs, z. B. vor Ampeln oder auch bei Stopp-Straßen, genutzt werden, was von verschiedenen Fahrzeugbauern wie z. B. Mercedes oder MAN oder andere dringend empfohlen wird.If the retarder is pulled to the highest level on newer vehicles, the brake lights will also switch on. Thus, the retarder also for strong braking of the vehicle, z. B. traffic lights or stop-roads, are used, what different vehicle manufacturers such. As Mercedes or MAN or others strongly recommended.
Hydrodynamische Retarder arbeiten mit Öl, das bei Bedarf in ein Wandlergehäuse geleitet wird. Das Wandlergehäuse besteht aus zwei rotationssymmetrischen und sich gegenüberliegenden Schaufelrädern, einem Rotor, der mit dem Antriebsstrang des Fahrzeugs verbunden ist, und einem feststehenden Stator. Der Rotor beschleunigt das zugeführte Öl; die Zentrifugalkraft drückt es nach außen. Durch die Form der Rotorschaufeln wird das Öl in den Stator und von diesem wieder zurückgeleitet, wodurch es den Rotor und in weiterer Folge dann auch die Gelenkwelle abbremst.Hydrodynamic retarders work with oil, which is routed into a converter housing as needed. The converter housing consists of two rotationally symmetrical and opposing paddle wheels, a rotor which is connected to the drive train of the vehicle, and a fixed stator. The rotor accelerates the supplied oil; the centrifugal force pushes it outwards. Due to the shape of the rotor blades, the oil is returned to the stator and from there again, whereby it decelerates the rotor and subsequently also the propeller shaft.
Durch Reibung wird die Bewegungsenergie in Wärme umgewandelt, die durch einen Wärmetauscher wieder abgeführt werden muss (dies erfolgt meistens gleich mit Hilfe des Kühlwasserkreislaufs des Motors). Die Ansteuerung des Retarders erfolgt pneumatisch über eine Druckluftsteuerung: Zum Aktivieren wird der Retarder mit Öl aus einem Vorratsbehälter geflutet, welches bei Druckabbau durch die Schaufelräder selbsttätig wieder zurückgepumpt wird. By friction, the kinetic energy is converted into heat, which must be dissipated by a heat exchanger again (this is usually the same with the help of the cooling water circuit of the engine). The control of the retarder is pneumatically via a compressed air control: To activate the retarder is flooded with oil from a reservoir, which is automatically pumped back when pressure is reduced by the paddle wheels.
Der hydrodynamische Retarder wurde u. a. von der Firma Voith in Heidenheim an der Brenz entwickelt. Eine neuere Entwicklungsstufe ist der Aquatarder, der Wasser statt Öl als Bremsflüssigkeit verwendet. Ebenso werden neben Retardern auch sogenannte Intarder bzw. Sekundärretarder angeboten. Unterschied zwischen beiden ist die Art des An- oder Einbaus und bei letzterem der gemeinsame Ölvorrat. Während ein Retarder im Gelenkwellenstrang frei platziert werden kann, sind Intarder teilweise oder ganz in das Getriebe integriert bzw. diesem unmittelbar nachgeschaltet. Bei den Einbauvarianten der Retarder unterscheidet man zwischen Inline (im Antriebsstrang integriert) und Offline (seitlich an das Getriebe angebaut und nicht direkt auf die Kardanwelle wirkend).The hydrodynamic retarder was u. a. developed by Voith in Heidenheim an der Brenz. A recent development stage is the Aquatarder, which uses water instead of oil as brake fluid. Likewise, so-called intarders and secondary retarders are offered in addition to retarders. Difference between the two is the type of installation or installation and the latter the common oil supply. While a retarder can be placed freely in the drive shaft strand, Intarder are partially or completely integrated into the transmission or immediately downstream. In the installation variants of the retarder, a distinction is made between inline (integrated in the drive train) and offline (laterally attached to the gearbox and not directly acting on the cardan shaft).
Temperatur-Management für die BremsenTemperature management for the brakes
Die Wärmeabfuhr erfolgt durch drei physikalische Effekte: Strahlung
- Wλ
- = Wärmestrahlung (W) ist abhängig von den nachfolgenden Größen:
- ε
- = Emissionsgrad
- TS
- = Oberflächentemperatur
- Ta
- = Temperatur der Raumumschließungsflächen
- A
- = strahlende Oberfläche
- W λ
- = Heat radiation (W) depends on the following quantities:
- ε
- = Emissivity
- T S
- = Surface temperature
- T a
- = Temperature of the room enclosing surfaces
- A
- = bright surface
Konvektionconvection
-
Φ = α·A·(TS – TA) Φ = α · A · (T S - T A )
Für nicht polierte Oberflächen gilt a = 6...8 W/(m2K) Wärmeleitung
- Φ
- = Wärmeleistung (W)
- A
- = Querschnitt
- L
- = Leitungslänge
- λ
- = Wärmeleitfähigkeit W/(m K)
- Φ
- = Heat output (W)
- A
- = Cross section
- L
- = Cable length
- λ
- = Thermal conductivity W / (m K)
FAZITCONCLUSION
Beim Bremsendesign muss die Entwärmung der Bremse durch Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung durch eine geeignete konstruktive Gestaltung realisiert werden.In brake design, the cooling of the brake must be realized by heat conduction, convection and radiation through a suitable structural design.
Strahlungradiation
Es dürfen keinesfalls metallische Oberflächen sein, da diese prinzipiell einen sehr niedrigen Emissionsgrad besitzen. Die Bremsenoberflächen müssen einen möglichst hohen spektralen Emissionsgrad ε im Infrarotbereich aufweisen. Siehe Kirchhoffsches Strahlungsgesetz, Plancksches-Stahlungsgesetz usw..By no means should they be metallic surfaces, as they have in principle a very low emissivity. The brake surfaces must have the highest possible spectral emissivity ε in the infrared range. See Kirchhoff's radiation law, Plancksches-Stahlungsgesetz, etc ..
Konvektionconvection
Ausreichend große Bremsen-Oberflächen für den Kontakt mit der Luftströmung sind vorzusehen (Rippen, raue Struktur usw.). Eine Zwangsbelüftung durch Ventilatoren mit magnetischer Lagerung (dadurch sehr große Lebensdauer) oder durch eine schwingende Membran ist ggf. vorzusehen.Sufficiently large brake surfaces for contact with the air flow shall be provided (ribs, rough structure, etc.). Forced ventilation by fans with magnetic bearings (thus very long service life) or by a vibrating membrane is to be provided if necessary.
Wärmeleitungheat conduction
Kühlkörper-Materialien mit geringem Wärmewiderstand sind auszuwählen, z. B. Kühlsysteme mit integrierten „Heatpipes”. Diese weisen eine extrem hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Auch Keramik-Kühlkörper sind gut geeignet. Im Vergleich zu herkömmlichen Kühlkörpern wird doppelt soviel Wärmeenergie abgeleitet.Heatsink materials with low thermal resistance are to be selected, eg. B. Cooling systems with integrated "heatpipes". These have an extremely high thermal conductivity. Even ceramic heatsinks are well suited. Compared to conventional heat sinks twice as much heat energy is dissipated.
Wegen der geringen Bremsen-Oberfläche kann diese kaum Wärme durch Strahlung und Konvektion abgeben. Deshalb muss zunächst die Verlustwärme mittels Wärmeleitung auf geeignete Kühlelemente (spezielle Kühlkörper, bzw. Kühlgehäuse) abgeleitet werden, die ihrerseits dann die Wärme durch Konvektion und Strahlung an die Umgebung abgeben.Due to the low brake surface, it can hardly give off heat through radiation and convection. Therefore, first the heat loss must be derived by means of heat conduction to suitable cooling elements (special heatsink, or cooling housing), which in turn then release the heat by convection and radiation to the environment.
Stand der TechnikState of the art
Soweit bekannt, sind zusätzliche Bremshilfen (sog. Retarder) – die beim Bergabfahren mit voll geladener Batterie die Betriebsbremsen entlasten können, wie im voran gehenden Kapitel erläutert – bei reinen Elektroautos bislang nicht vorhanden.As far as known, additional braking aids (so-called. Retarder) - which can relieve the service brakes when driving downhill with fully charged battery, as explained in the previous chapter - so far not exist in pure electric cars.
Claims (8)
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