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Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugdauerbremseinrichtung, umfassend einen hydrodynamischen Retarder und eine Klauenkupplung, deren eine Kupplungsseite mit einem Rotor des hydrodynamischen Retarders verbunden ist, wohingegen eine zweite Kupplungsseite der Klauenkupplung antriebsstrangseitig vorgesehen ist, so dass durch Schließen der Klauenkupplung ein jeweiliges Bremsmoment des hydrodynamischen Retarders antriebsstrangseitig einleitbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftfahrzeugdauerbremseinrichtung.
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Dauerbremseinrichtungen kommen insbesondere bei Nutzfahrzeugen zur Anwendung, um als zusätzlich zu einer jeweiligen Betriebsbremse vorgesehene Bremseinrichtung eine Bremskraft auch über einen längeren Zeitraum ohne merklichen Leistungsabfall erzeugen und aufrecht erhalten zu können. Dabei muss eine Funktion einer derartigen Dauerbremseinrichtung unabhängig von einem Zustand und einer Wirksamkeit von übrigen Komponenten einer Bremsanlage des jeweiligen Kraftfahrzeuges gewährleistet sein. Eine gängige Ausführung einer Dauerbremse ist ein hydrodynamischer Retarder, der als verschleißfreie Bremse eine jeweils anfallende kinetische Energie auch über längere Zeiträume in Wärmeenergie umwandeln und ableiten kann.
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Bei einem hydrodynamischen Retarder wird dabei die Strömungsenergie einer Hydraulikflüssigkeit zum Abbremsen verwendet, indem eine einer Bremsstellung entsprechende große Menge an Hydraulikflüssigkeit in einen Schaufelraum zwischen einen Stator und einen Rotor des Retarders eingebracht wird. Dabei nimmt der im verbauten Zustand mit dem Antriebsstrang verbundene, drehende Rotor die Hydraulikflüssigkeit mit, welche sich in der Folge am Stator abstützt und somit eine Bremswirkung auf den Rotor und damit auch den mit diesem verbundenen Antriebsstrang ausübt. Die Höhe des jeweiligen Bremsmoments wird dabei über einen Füllungsgrad des Retarders gesteuert.
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Häufig wird zudem zwischen dem Antriebsstrang und einer den Rotor führenden Bremswelle des hydrodynamischen Retarders eine Hochtreiberstufe vorgesehen, um die Bremswirkung des Retarders auch bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten durch Erhöhung der Drehzahl der Bremswelle und des Rotors zu steigern. Ein permanent mit dem Antriebsstrang gekoppelter, hydrodynamischer Retarder führt allerdings auch abseits eines Bremsbetriebs, also bei fehlender Befüllung des jeweiligen Schaufelraumes, zu ungewollten Leistungsverlusten, die ihre Ursache im Wesentlichen in einem Umpumpen von Luft und Resten an Hydraulikflüssigkeit zwischen den Schaufeln des dann stetig mitlaufenden Rotors und dem Stator haben. Neben einem Einschieben von Ring- und Blendenschiebern zwischen Rotor und Stator, welche Luftkreisläufe verkleinern und damit die vorgenannten Verluste verringern sollen, gibt es aber auch Kraftfahrzeugdauerbremseinrichtungen, bei welchen ein jeweiliger hydrodynamischer Retarder abseits seines Bremsbetriebes von einem jeweiligen Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges entkoppelt wird.
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Aus der
DE 1 525 396 A geht eine Kraftfahrzeugdauerbremseinrichtung hervor, welche einen hydrodynamischen Retarder und eine Kupplungseinrichtung aufweist. Die Kupplungseinrichtung setzt sich dabei aus einer Klauenkupplung und einer Reibungskupplung zusammen, über welche jeweils ein Rotor des hydrodynamischen Retarders mit einer Bremswelle gekoppelt werden kann, die im weiteren Verlauf mit einem Antriebsstrang des jeweiligen Kraftfahrzeuges in Verbindung steht. Vorliegend wird der Rotor des Retarders dabei nur dann über die Klauenkupplung drehfest mit der Bremswelle gekoppelt, wenn ein Bremsbetrieb des Retarders gestartet wird, so dass Verlustleistungen des hydrodynamischen Retarders abseits eines Bremsbetriebs gering gehalten werden können. Zu Beginn eines Bremsbetriebes sorgt die Reibungskupplung der Kupplungseinrichtung dann für ein Synchronisieren des Rotors und der Bremswelle und damit auch der beiden Kupplungsseiten der Klauenkupplung, so dass die Klauenkupplung in der Folge zur Übertragung eines jeweiligen Bremsmoments durch Ineinandergreifen von Klauenverzahnungen geschlossen werden kann.
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Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftfahrzeugdauerbremseinrichtung zu schaffen, bei welcher eine Verlustleistung abseits des Bremsbetriebs möglichst gering gehalten werden kann und die sich gleichzeitig durch einen möglichst kompakten Aufbau auszeichnet.
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Aus vorrichtungstechnischer Sicht erfolgt eine Lösung der Aufgabe ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen. Hingegen wird die Aufgabe aus verfahrenstechnischer Sicht ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 8 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf jeweils folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Gemäß der Erfindung umfasst eine Kraftfahrzeugdauerbremseinrichtung einen hydrodynamischen Retarder und eine Klauenkupplung, deren eine Kupplungsseite mit einem Rotor des hydrodynamischen Retarders verbunden ist, wohingegen eine zweite Kupplungsseite der Klauenkupplung antriebsstrangseitig vorgesehen ist. Hierbei wird ein jeweiliges Bremsmoment des hydrodynamischen Retarders antriebsstrangseitig eingeleitet, indem die Klauenkupplung geschlossen wird.
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Erfindungsgemäß weist der hydrodynamische Retarder einen, dem Fachmann prinzipiell bekannten Aufbau auf, setzt sich also aus dem Rotor und einem stillstehenden Stator zusammen, welche jeweils an einander zugewandten Stirnseiten mit je einer Beschaufelung ausgestattet sind. Zum Einleiten des Bremsbetriebs wird dann in einen zwischen Rotor und Stator ausgebildeten Schaufelraum eine einer Bremsstellung entsprechende Menge an Hydraulikflüssigkeit eingebracht, deren Strömungsenergie in der Folge zum Abbremsen genutzt wird. Dies erfolgt dabei dadurch, dass der drehende Rotor die Hydraulikflüssigkeit mitnimmt, welche sich daraufhin am Stator abstützt und damit ein Bremsmoment auf den Rotor erzeugt.
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Die Klauenkupplung kann sich im Sinne der Erfindung im einfachsten Fall aus den beiden Kupplungsseiten zusammensetzen, die dann an einander zugewandten Seiten mit korrespondieren den zueinander gestalteten Klauenverzahnungen versehen sind, wobei durch Eingreifen dieser Klauenverzahnungen ineinander eine drehfeste Koppelung zwischen den beiden Kupplungsseiten hergestellt werden kann. Besonders bevorzugt umfasst die Klauenkupplung aber eine axial verschiebbare Schaltklaue, die mit einer ringförmigen Gestalt ausgeführt und an einem Innenumfang mit einer Klauenverzahnung versehen ist, über welche sie sowohl eine drehfeste Koppelung mit einer Klauenaußenverzahnung der ersten Kupplungsseite als auch mit einer Klauenaußenverzahnung der zweiten Kupplungsseite herstellen kann. Dabei werden die beiden Kupplungsseiten dann über die Schaltklaue mittelbar drehfest miteinander verbunden.
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Im Rahmen der Erfindung ist unter „antriebsstrangseitig“ zu verstehen, dass die zweite Kupplungsseite unmittelbar oder mittelbar mit weiteren Komponenten des Antriebsstrangs des jeweiligen Kraftfahrzeuges in Verbindung steht. Je nach Anordnung des hydrodynamischen Retarders im Antriebsstrang als Primär-Retarder oder als Sekundär-Retarder kann die zweite Kupplungsseite dabei mit einer Eingangswelle oder einer Ausgangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes gekoppelt sein. Bevorzugt wird durch die Klauenkupplung aber eine Anbindung des Retarders an eine Ausgangswelle eines Getriebes vorgenommen.
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Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass eine hydraulische Synchronisiereinrichtung mit mindestens einer Düse vorgesehen ist, über welche der Rotor gezielt mit Hydraulikflüssigkeit anströmbar und hierdurch auf eine Zieldrehzahl beschleunigbar ist, bei welcher die beiden Kupplungsseiten der Klauenkupplung mit annähernd gleicher Drehzahl laufen. Mit anderen Worten weist die erfindungsgemäße Kraftfahrzeugdauerbremseinrichtung also zudem eine Vorrichtung zur Synchronisierung der Klauenkupplung auf, welche hierbei mit mindestens einer Düse ausgestattet ist. Diese mindestens eine Düse kann hierbei gezielt Hydraulikflüssigkeit auf den Rotor des hydrodynamischen Retarders führen, so dass dieser in Drehbewegung versetzt und auf eine gewünschte Drehzahl beschleunigt wird. Da der Rotor hierbei mit der einen Kupplungsseite des Rotors verbunden ist, bewirkt dieses Beschleunigen eine Veränderung der Drehzahl dieser Kupplungsseite der Klauenkupplung, so dass sich auch deren Relativdrehzahl zu der jeweils anderen Kupplungsseite verändert. Dabei wird die Zieldrehzahl, auf welche der Rotor des hydrodynamischen Retarders durch Anströmen über die mindestens eine Düse beschleunigt wird, so gewählt, dass die beiden Kupplungsseiten der Klauenkupplung mit annähernd gleicher Drehzahl laufen.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Kraftfahrzeugdauerbremseinrichtung hat dabei den Vorteil, dass über die Klauenkupplung eine Abkoppelung des Rotors des hydrodynamischen Retarders vom Rest des Antriebsstrangs vollzogen werden kann, wenn kein Bremsbetrieb darzustellen ist. Hierdurch können entsprechende Leistungsverluste vermieden werden, welche ansonsten durch den laufenden Rotor durch ein Umpumpen von Luft und Resten von Hydraulikflüssigkeit im Schaufelraum auftreten würden. Zudem ermöglicht die Klauenkupplung, im Gegensatz zu einem kraftschlüssigen Lastschaltelement oder einer Sperrsynchronisation, sowohl ein schnelles Zuschalten des Rotors bei einer Bremsanforderung als auch ein Vermeiden zusätzlicher Verluste. Des Weiteren verhindert die zusätzlich vorgesehene Synchronisiereinrichtung aber, dass bei Bremsanforderungen und einem Zuschalten des Rotors hohe Differenzdrehzahlen zwischen den Kupplungsseiten der Klauenkupplung vorherrschen und diese somit beim Schließen durch Auftreffen der unter Differenzdrehzahl laufenden Klauenverzahnungen mechanisch stark beeinträchtigt wird. Dabei kann das Synchronisieren der Klauenkupplung über die mindestens eine Düse der hydraulisch ausgestalteten Synchronisiereinrichtung auf kompakte Art und Weise und ohne Verwendung zusätzlicher Schaltelemente bewerkstelligt werden, welche ansonsten einen entsprechenden Bauraum beanspruchen würden. Insgesamt kann damit eine Kraftfahrzeugdauerbremseinrichtung zur Verfügung gestellt werden, welche sich auch abseits eines Bremsbetriebs durch einen guten Wirkungsgrad auszeichnet, sowie einen kompakten Aufbau bietet.
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Im Unterschied hierzu wird bei der
DE 1 525 396 A1 eine Synchronisierung der Klauenkupplung vor deren Schließen über die zusätzlich vorgesehene Reibkupplung bewerkstelligt. Dies führt allerdings dazu, dass die Kupplungseinrichtung entsprechend aufwändig gestaltet ist, zumal die reibschlüssige Kupplung eine entsprechende Baugröße aufweisen muss, um den Rotor und die Bremswelle in ihrer Drehbewegung aneinander anzugleichen. Insbesondere dann, wenn eine Hochtreiberstufe im Bereich des hydrodynamischen Retarders zur Anwendung kommt, können zu Beginn des Bremsbetriebs hohe Differenzdrehzahlen zwischen Rotor und der Bremswelle vorherrschen. Die zusätzlich vorgesehene Reibungskupplung verschlechtert zudem den Wirkungsgrad der Kraftfahrzeugdauerbremseinrichtung, so dass diese insgesamt größer bauend ausfällt und eine höhere Verlustleistung aufweist.
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Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die hydraulische Synchronisiereinrichtung zudem einen Druckspeicher, über welchen die mindestens eine Düse mit der Hydraulikflüssigkeit versorgt werden kann und der mit einem Hochdruckkreislauf des hydrodynamischen Retarders verbunden ist. In der Folge befüllt der hydrodynamische Retarder während des Bremsbetriebs diesen Druckspeicher, wobei über den Druckspeicher dann im Folgenden vor einem Schließen der Klauenkupplung eine Versorgung der mindestens einen Düse mit Hydraulikflüssigkeit dargestellt wird. Das Vorsehen eines Druckspeichers, welcher über den Hochdruckkreislauf des hydrodynamischen Retarders gespeist wird und die mindestens eine Düse der hydraulischen Synchronisiereinrichtung versorgt, hat dabei den Vorteil, dass zur Versorgung der mindestens einen Düse nicht auf ein separat zu betreibendes Druckmittelsystem zurückgegriffen werden muss. Stattdessen kann auf den ohnehin vorhandenen Hochdruckkreislauf des Retarders zurückgegriffen werden, was den Wirkungsgrad des Systems entsprechend weiter verbessert.
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In Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform weist der Druckspeicher bevorzugt einen mit dem Hochdruckkreislauf des hydrodynamischen Retarders verbundenen Speicherraum auf, der über eine Speicherfeder vorgespannt ist. Mittels der Vorspannung des Druckspeichers über die Speicherfeder kann stets eine zuverlässige Druckmittelversorgung der mindestens einen Düse der Synchronisiereinrichtung gewährleistet werden. Bevorzugt ist der Speicherraum dabei durch ein Trennglied von einem Federraum abgetrennt, wobei das Trennglied über die Speicherfeder in Richtung Speicherraum vorgespannt ist. Weiter bevorzugt ist zudem zwischen dem Druckspeicher und dem Hochdruckkreislauf des hydrodynamischen Retarders ein Rückschlagventil vorgesehen, welches ein Zurückströmen von in den Druckspeicher geförderter Hydraulikflüssigkeit zum hydrodynamischen Retarder unterbindet.
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Es ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, dass zwischen der mindestens einen Düse und dem Druckspeicher ein Schaltventil vorgesehen ist, welches in einer Schaltstellung den Druckspeicher mit der mindestens einen Düse verbindet. Hierdurch kann eine Druckmittelversorgung der mindestens einen Düse der hydraulischen Synchronisiereinrichtung auf einfache und präzise Art und Weise gesteuert werden. Insbesondere ist das Schaltventil dabei als 3/2-Wegeventil ausgeführt, welches eine Verbindung der mindestens einen Düse entweder mit dem Druckspeicher oder einem Rücklauf zu einem Vorratstank steuert. Dabei kann dieses Schaltventil, abgesehen von einem Schaltventil mit nur diskreten Schaltstellungen, auch als Proportionalventil ausgeführt sein, bei welchem abgesehen von diskreten Schaltstellungen auch stetige Übergänge der Ventilöffnung darstellbar sind, so dass auch veränderliche Volumenströme zu der mindestens einen Düse realisiert werden können.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Klauenkupplung über eine Betätigungseinrichtung steuerbar, welche einen hydraulischen Schaltzylinder umfasst, dessen Kolben mit einer Schaltklaue der Klauenkupplung gekoppelt ist und welcher über den Druckspeicher versorgt werden kann. In diesem Fall erfolgt also auch eine Steuerung der Klauenkupplung hydraulisch, wobei zur Versorgung des hydraulischen Schaltzylinders dabei ebenfalls auf den über den hydrodynamischen Retarder gespeisten Druckspeicher zurückgegriffen wird. Bevorzugt ist dabei zwischen dem hydraulischen Schaltzylinder und dem Druckspeicher ebenfalls ein Schaltventil vorgesehen, über welches eine Zuführung von Hydraulikflüssigkeit zum Schaltzylinder gesteuert werden kann. Alternativ zu einer hydraulischen Betätigung der Klauenkupplung kann diese aber auch pneumatisch, rein mechanisch oder elektro-aktuatorisch betätigt sein, wobei hierbei jeweils bevorzugt auf eine Schaltklaue der Klauenkupplung eingewirkt wird.
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Es ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, dass die Klauenkupplung über ein Federelement in eine geschlossene Stellung vorgespannt ist, in welcher die beiden Kupplungsseiten drehfest miteinander verbunden sind, wobei ein Öffnen der Klauenkupplung entgegen dem Federelement über eine Betätigungseinrichtung einleitbar ist. Hierdurch wird auch bei Ausfall der Betätigungseinrichtung gewährleistet, dass ein Bremsbetrieb des hydrodynamischen Retarders dargestellt werden kann, da das Federelement ohne Einwirkung der Betätigungseinrichtung einen geschlossenen Zustand der Klauenkupplung und damit eine antriebsstrangseitige Anbindung des Retarders erzwingt. Insbesondere bei Verwendung einer hydraulischen Betätigungseinrichtung kann hierdurch bei erhöhter Leckage sichergestellt werden, dass eine Betriebsbereitschaft der Dauerbremse besteht. Die dann ständige Koppelung des hydrodynamischen Retarders mit den weiteren Komponenten des Antriebsstranges sorgt dabei allerdings abseits eines Bremsbetriebs für die eingangs genannten Verluste. Wird diese Ausgestaltung mit der vorhergehenden Variante der Erfindung kombiniert, bei welcher eine Speisung einer hydraulischen Betätigungseinrichtung über den Druckspeicher realisiert wird, so kann zudem im Falle einer fehlenden Befüllung des Druckspeichers die Möglichkeit eines Bremsbetriebs des Retarders gewährleistet werden. Dabei ist das Federelement dann bevorzugt in den Schaltzylinder integriert.
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Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Rotor des hydrodynamischen Retarders mit einer Bremswelle verbunden, die die erste Kupplungsseite der Klauenkupplung trägt und über die Klauenkupplung drehfest mit einem die zweite Kupplungsseite der Klauenkupplung aufweisenden Stirnrad einer Hochtreiberstufe verbunden werden kann, wobei das Stirnrad mit einem weiteren Stirnrad der Hochtreiberstufe im Zahneingriff steht, welches antriebsstrangseitig angebunden ist. Der hydrodynamische Retarder ist also in diesem Fall im Bremsbetrieb über eine Hochtreiberstufe mit den weiteren Komponenten des Antriebsstrangs des Kraftfahrzeuges gekoppelt, wodurch entsprechend große Drehzahlen des Rotors und damit auch hohe Bremsmomente bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten erreicht werden können. Die Platzierung der Klauenkupplung auf Seiten des Rotors und der Bremswelle führt hierbei zwar dazu, dass extrem hohe Drehzahldifferenzen zwischen den Kupplungsseiten bei abgeschaltetem Rotor vorherrschen können, ein über die Klauenkupplung zu übertragendes Drehmoment ist aber entsprechend geringer, so dass diese geringer belastet wird und dementsprechend auch kleiner bauend ausgeführt werden kann.
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Es ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung, dass über die mindestens eine Düse entweder eine Hauptbeschaufelung des Rotors oder eine separat zu einer Hauptbeschaufelung vorgesehene Tangentialbeschaufelung des Rotors angeströmt werden kann. Mit anderen Worten führt die mindestens eine Düse also Hydraulikflüssigkeit entweder auf eine Hauptbeschaufelung des Rotors oder alternativ dazu auf eine separat zu einer Hauptbeschaufelung ausgebildeten Tangentialbeschaufelung des Rotors. Die erstgenannte Ausgestaltung der Erfindung hat dabei den Vorteil, dass an dem Rotor, abgesehen von der Anordnung der mindestens einen Düse, keine weiteren Veränderungen vorgenommen werden müssen, da die Hauptbeschaufelung auch zum Beschleunigen des Rotors mit Hilfe der mindestens einen Düse verwendet wird. In diesem Fall ist die mindestens eine Düse dann so relativ zu der Hauptbeschaufelung zu platzieren, dass der durch diese erzeugbare Strahl an Hydraulikflüssigkeit unter einem Winkel auf die Schaufeln der Hauptbeschaufelung auftrifft, bei welchem ein größtmögliches Drehmoment auf den Rotor hervorrufbar ist. Bei der zweitgenannten Ausgestaltung der Erfindung können die mindestens eine Düse und die zusätzlich vorgesehene Tangentialbeschaufelung des Rotors hingegen so gezielt aufeinander abgestimmt werden, dass ein möglichst großes Drehmoment am Rotor darstellbar ist. Hierbei kann die mindestens eine Düse dann auch möglichst bauraumoptimal platziert werden, während die Tangentialbeschaufelung dann an der Lage der mindestens einen Düse orientiert wird.
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In Weiterbildung der Erfindung werden zur Steuerung der Anströmung des Rotors über die mindestens eine Düse Drehzahlen der beiden Kupplungsseiten der Klauenkupplung ermittelt. Hierdurch kann eine Dauer und Intensität der Anströmung des Rotors mit Hilfe der mindestens einen Düse präzise gesteuert werden. Besonders bevorzugt wird hierbei eine Drehzahl des Rotors bzw. der diesen tragenden Bremswelle erfasst und zudem eine Drehzahl einer Abtriebswelle eines Getriebes des Antriebsstranges ermittelt, wobei in beiden Fällen bevorzugt entsprechende Drehzahlsensoren vorgesehen sind. Ist dann zwischen der Bremswelle und dieser Abtriebswelle des Getriebes eine Hochtreiberstufe angeordnet, so muss zur Ermittlung der Drehzahlen der Kupplungsseiten zudem noch die bekannte Übersetzung dieser Hochtreiberstufe eingerechnet werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der nebengeordneten Ansprüche oder der abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform oder unmittelbar aus der Figur hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnung durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in der Zeichnung dargestellt.
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Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Kraftfahrzeugdauerbremseinrichtung entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Diese Kraftfahrzeugdauerbremseinrichtung kommt dabei insbesondere bei einem Nutzfahrzeug zur Anwendung und umfasst einen hydrodynamischen Retarder 1, welcher vorliegend nur stark schematisiert dargestellt ist und einen dem Fachmann bekannten Aufbau aufweist. So setzt sich dieser hydrodynamische Retarder 1 aus einem Rotor 2 und einem – vorliegend nicht weiter dargestellten – Stator zusammen. Dabei wird durch den hydrodynamischen Retarder 1 in einem Bremsbetrieb ein jeweiliges Bremsmoment erzeugt, indem eine einer Bremsenstellung entsprechende Menge an Hydraulikflüssigkeit in einen – ebenfalls nicht weiter dargestellten – Schaufelraum zwischen den Rotor 2 und den Stator eingebracht wird, wobei diese Hydraulikflüssigkeit in der Folge dann über den Rotor 2 mitgenommen wird und sich am Stator abstützt, was ein entsprechendes Bremsmoment auf den Rotor 2 zur Folge hat. Dieses Prinzip und die Steuerung der Höhe des Bremsmoments funktioniert dabei auf eine dem Fachmann bekannte Art und Weise.
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Wie aus der einzigen Figur zu erkennen ist, ist der Rotor 2 drehfest auf einer Bremswelle 3 angeordnet, auf welcher zudem ein Stirnrad 4 einer Hochtreiberstufe 5 drehbar gelagert ist. Dieses Stirnrad 4 steht dabei mit einem weiteren Stirnrad 6 im Zahneingriff, das gemeinsam mit dem Stirnrad 4 die Hochtreiberstufe 5 bildet und drehfest auf einer Getriebeausgangswelle 7 eines Kraftfahrzeuggetriebes des Nutzfahrzeuges platziert ist. In der Folge kann damit über die Hochtreiberstufe 5 eine Übersetzung einer Drehbewegung zwischen der Getriebeausgangswelle 7 und damit dem weiteren Antriebsstrang des Nutzfahrzeuges einerseits, sowie der Bremswelle 3 andererseits dargestellt werden.
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Das Stirnrad 4 der Hochtreiberstufe 5 kann nun zur Darstellung eines Bremsbetriebes des hydrodynamischen Retarders 1 über eine Klauenkupplung 8 drehfest an der Bremswelle 3 festgesetzt werden. In diesem Fall wird dann eine Drehbewegung der Getriebeausgangswelle 7 auf die Bremswelle 3 über die Hochtreiberstufe 5 ins Schnelle übersetzt, so dass auch eine entsprechende Drehbewegung des Rotors 2 dargestellt wird, was in Kombination mit der Einbringung einer bestimmten Menge an Hydraulikflüssigkeit in den Schaufelraum des hydrodynamischen Retarders 1 zur Erzeugung eines Bremsmoments auf die Bremswelle 3 führt und in der Folge über die Hochtreiberstufe 5 auch in einem Abbremsen der Getriebeausgangswelle 7 resultiert. Dabei ist eine Kupplungsseite 9 der Klauenkupplung 8 drehfest mit dem Stirnrad 4 gekoppelt, wohingegen eine weitere Kupplungsseite 10 der Klauenkupplung 8 drehfest auf der Bremswelle 3 vorgesehen ist. Die Klauenkupplung 8 weist zudem eine Schaltklaue 11 auf, die an einem Innenumfang mit einer Klaueninnenverzahnung ausgestattet ist, über die die Schaltklaue 11 auf einer Außenverzahnung der Kupplungsseite 10 aus der – in der einzigen Figur dargestellten – Neutralstellung in eine Schaltstellung axial verschoben werden kann. In dieser Schaltstellung gelangt die Klaueninnenverzahnung der Schaltklaue 11 dann zusätzlich zu der Außenverzahnung der Kupplungsseite 10 mit einer Außenverzahnung der Kupplungsseite 9 in Eingriff, wodurch in der Folge die beiden Kupplungsseiten 9 und 10 über die Schaltklaue 11 formschlüssig miteinander gekoppelt sind. Dementsprechend ist dann das Stirnrad 4 der Hochtreiberstufe 5 auf der Bremswelle 3 festgesetzt, so dass ein Bremsbetrieb des hydrodynamischen Retarders 1 vollzogen werden kann.
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Da eine Drehzahl des Stirnrades 4 aber der ins Schnelle übersetzten Drehzahl der Getriebeausgangswelle 7 entspricht und der Rotor, insbesondere bei einer längeren Fahrt ohne Bremsbetrieb des Retarders 1, im Extremfall stillstehen kann, können zwischen den Kupplungsseiten 9 und 10 hohe Differenzdrehzahlen bestehen, welche bei fehlendem Abbau und einem Schließen der Klauenkupplung 8 zu deren Beschädigung und auch zu hohen Geräuschentwicklungen führen würden. Aus diesem Grund verfügt die erfindungsgemäße Kraftfahrzeugdauerbremseinrichtung zudem über eine hydraulische Synchronisiereinrichtung 12, über welche eine Drehzahl des Rotors 2 und der Bremswelle 3 an eine Drehzahl des Stirnrades 4 angepasst werden kann, so dass auch die beiden Kupplungsseiten 9 und 10 der Klauenkupplung 8 mit annähernd gleicher Drehzahl laufen. Diese Synchronisiereinrichtung 12 weist dabei eine Düse 13 auf, welche im Bereich des Rotors 2 platziert ist und gezielt eine – vorliegend nicht weiter illustrierte – Tangentialbeschaufelung des Rotors 2 mit Hydraulikflüssigkeit anströmen kann, um den Rotor 2 aus einer langsamen Drehbewegung oder gar dem Stillstand heraus auf eine gewünschte Zieldrehzahl zu beschleunigen. Die Tangentialbeschaufelung des Rotors 2 ist dabei separat zu einer Hauptbeschaufelung des Rotors 2 vorgesehen und so am Rotor 2 ausgestaltet, dass unter Einwirkung eines Hydraulikflüssigkeitsstrahls der Düse 13 ein größtmögliches Drehmoment auf den Rotor 2 ausgeübt wird.
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Eine Versorgung der Düse 13 der Synchronisiereinrichtung 12 wird dabei über einen separaten Druckspeicher 14 der Synchronisiereinrichtung 12 dargestellt, welcher dabei mit einem Hochdruckkreislauf 15 des hydrodynamischen Retarders 1 in Verbindung steht. In der Folge wird bei einem Bremsbetrieb des hydrodynamischen Retarders 1 die über den Rotor 2 beschleunigte Hydraulikflüssigkeitsmenge zum Teil in den Druckspeicher 14 und dort in einen Speicherraum 16 gefördert, welcher über eine Speicherfeder 17 vorgespannt ist. Die in den Speicherraum 16 geförderte Hydraulikflüssigkeit wird dabei über ein zwischen dem Druckspeicher 14 und dem Hochdruckkreislauf 15 vorgesehenes Rückschlagventil 18 an einem Zurückströmen in Richtung Hochdruckkreislauf 15 gehindert.
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Zwischen dem Druckspeicher 14 und der Düse 13 ist, wie des Weiteren aus der einzigen Figur zu erkennen ist, ein Schaltventil 19 vorgesehen, das vorliegend als 3/2-Wegeventil ausgestaltet ist und eine Zuführleitung 20 zu der Düse 13 in einer ersten, in der einzigen Figur eingenommenen Schaltstellung, mit dem Druckspeicher 14 verbindet, wohingegen in einer alternativen Schaltstellung eine Trennung vom Druckspeicher 14 vorgenommen, sowie eine Verbindung zu einem Vorratsbehälter 21 hergestellt wird. Das Schaltventil 19 kann dabei zwischen den beiden möglichen Schaltstellungen über einen Steuermagneten 22 entgegen einer Rückstellfeder 23 verschoben werden.
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Von dem Druckspeicher zweigt zudem eine Steuerleitung 24 eines Schaltzylinders 25 einer hydraulischen Betätigungseinrichtung 26 ab, über welche Verschiebungen der Schaltklaue 11 zwischen ihrer Neutralstellung und ihrer Schaltstellung gesteuert werden können. Dabei ist auch zwischen dem Druckspeicher 14 und der hydraulischen Betätigungseinrichtung 26 ein – vorliegend nicht weiter dargestelltes – Schaltventil vorgesehen, über welches ein Zuführung von Hydraulikflüssigkeit zum Schaltzylinder 25 geregelt werden kann. In den Schaltzylinder 25 ist zudem ein Federelement 27 integriert, welches einen Kolben des Schaltzylinders 25 in eine Stellung vorspannt, die eine die beiden Kupplungsseiten 9 und 10 koppelnde Position der Schaltklaue 11 bewirkt. Erst bei Druckbeaufschlagung des Schaltzylinders 25 wird die Federkraft des Federelements 27 überwunden und die Schaltklaue 11 in die – aus der einzigen Figur ersichtliche – Stellung bewegt, in welcher der hydrodynamische Retarder 1 von der Hochtreiberstufe 5 entkoppelt ist. Insofern kann insbesondere bei fehlender Befüllung des Druckspeichers 14 gewährleistet werden, dass ein Bremsbetrieb des Retarders 1 darstellbar ist, da das Federelement 27 ein Schließen der Klauenkupplung 8 erzwingt.
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Bei Betrieb der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugdauerbremseinrichtung wird bei einem Bremsbetrieb des hydrodynamischen Retarders 1 ein Teil der in den Schaufelraum des Retarders 1 geführten Hydraulikflüssigkeitsmenge auch dem Druckspeicher 14 zugeführt und mittels des Rückschlagventils 18 an einem Zurückströmen gehindert. Wird der Bremsbetrieb des hydrodynamischen Retarders 1 dann beendet, so wird die Klauenkupplung 8 durch Druckbeaufschlagung des Schaltzylinders 25 gezielt geöffnet, um ein permanentes Mitlaufen der Bremswelle 3 und des Rotors 2 über die Hochtreiberstufe 5 zu verhindern, was ansonsten Verluste aufgrund eines Umpumpens von Luft oder Resten von Hydraulikflüssigkeit im Retarder 1 zur Folge hätte. Bei einem längeren Unterbleiben eines Bremsbetriebs wird der Rotor 2 und auch die Bremswelle 3 dabei zum Stillstand kommen.
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Wird dann wiederum ein Bremsbetrieb des Retarders 1 angefordert, so muss die Klauenkupplung 8 geschlossen werden. Um vor diesem Schließen eine möglichst geringe Differenzdrehzahl zwischen den Kupplungsseiten 9 und 10 zu haben und damit eine mechanische Beeinträchtigung der Klauenkupplung 8 sowie entsprechende Geräusche zu vermeiden, wird in diesem Fall das Schaltventil 19 in die in der Figur dargestellte Schaltstellung bewegt und in der Folge der Druckspeicher 14 mit der Düse 13 gekoppelt. Durch die Versorgung der Düse 13 mit Hydraulikflüssigkeit wird dann die Tangentialbeschaufelung des Rotors 2 mit Hydraulikflüssigkeit angeströmt, so dass dieser entsprechend beschleunigt wird, bis eine gewünschte Drehzahl des Rotors 2 und auch der Bremswelle 3 erreicht ist. Diese Zieldrehzahl wird dabei über einen – vorliegend nicht weiter dargestellten – Drehzahlsensor im Bereich der Bremswelle 3 erfasst und in Relation zu einer Drehzahl der Kupplungsseite 9 gesetzt, wobei diese bevorzugt aus einer erfassten Drehzahl der Getriebeausgangswelle 7 und eine Übersetzung der Hochtreiberstufe 5 errechnet worden ist. Ist die gewünschte Zieldrehzahl dann annähernd erreicht, so kann die Klauenkupplung 8 geschlossen werden, indem eine Druckbeaufschlagung des Schaltzylinders 25 unterbrochen wird und das Federelement 27 ein Schließen der Klauenkupplung 8 vornimmt. Nach einem Schließen der Klauenkupplung 8 kann in der Folge ein Bremsbetrieb des hydrodynamischen Retarders auf die bekannte Art und Weise vollzogen werden. Bei der hierbei erfolgenden Befüllung eines Schaufelraumes des Retarders 1 kann auch der Druckspeicher 14 wieder entsprechend gespeist werden.
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Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Kraftfahrzeugdauerbremseinrichtung kann ein Wirkungsgrad dieser Bremseinrichtung bei einem gleichzeitig kompakten Aufbau verbessert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hydrodynamischer Retarder
- 2
- Rotor
- 3
- Bremswelle
- 4
- Stirnrad
- 5
- Hochtreiberstufe
- 6
- Stirnrad
- 7
- Getriebeausgangswelle
- 8
- Klauenkupplung
- 9
- Kupplungsseite
- 10
- Kupplungsseite
- 11
- Schaltklaue
- 12
- Hydraulische Synchronisiereinrichtung
- 13
- Düse
- 14
- Druckspeicher
- 15
- Hochdruckkreislauf
- 16
- Speicherraum
- 17
- Speicherfeder
- 18
- Rückschlagventil
- 19
- Schaltventil
- 20
- Zuführleitung
- 21
- Vorratsbehälter
- 22
- Steuermagnet
- 23
- Rückstellfeder
- 24
- Steuerleitung
- 25
- Schaltzylinder
- 26
- Hydraulische Betätigungseinrichtung
- 27
- Federelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1525396 A [0005]
- DE 1525396 A1 [0014]
