-
Die Erfindung betrifft eine Dauerbremseinrichtung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, umfassend eine Welle und Mittel, über welche eine Drehbewegung der Welle abbremsbar ist.
-
Dauerbremseinrichtungen kommen bei Kraftfahrzeugen bevorzugt im Bereich der Nutzfahrzeuge zur Anwendung und dienen dort der Entlastung einer jeweiligen Betriebsbremse, wie beispielsweise beim Befahren längerer Gefällestrecken. Unter anderem werden Dauerbremseinrichtungen dabei als verschleißfreie Dauerbremsen in Form von hydrodynamischen Retardern ausgeführt, bei welchen ein Bremsmoment dadurch erzeugbar und einstellbar ist, dass eine definierte Flüssigkeitsmenge in einen Arbeitsraum zwischen einem Rotor und einem Stator eingebracht wird. Der Rotor ist dabei drehfest mit einer abzubremsenden Welle des Antriebsstranges verbunden und verfügt, genauso wie der Stator, über eine Beschaufelung. Bei einer Drehbewegung der Welle und damit auch des Rotors wird die in den Arbeitsraum eingebrachte Flüssigkeitsmenge durch die Beschaufelung des Rotors mitgenommen und in Richtung der Beschaufelung des Stators beschleunigt, wo sie auf die feststehenden Schaufeln trifft, sich abstützt und im Folgenden wieder zurück zu der Beschaufelung des Rotors geleitet wird. Die zurückgeleitete Flüssigkeit wirkt dabei verzögernd auf den Rotor und damit auch die Welle. Die Größe des hervorgerufenen Bremsmoments kann dabei über die eingebrachte Flüssigkeitsmenge geregelt werden, wobei sich die Flüssigkeit im Zuge eines Abbremsvorganges erwärmt und infolge dessen bei längeren Bremsvorgängen gekühlt werden muss.
-
Aus der
DE 10 2012 002 039 A1 geht eine Dauerbremseinrichtung in Form eines hydrodynamischen Retarders hervor, welcher einen Rotor und einen Stator umfasst. Der Rotor ist dabei auf einer Welle angeordnet, wobei bei Einbringen von Flüssigkeit in einen zwischen Rotor und Stator definierten Arbeitsraum durch Zusammenspiel der Mittel Rotor, Stator und Flüssigkeit ein Abbremsen einer Drehbewegung der Welle vollzogen werden kann. Die dem Arbeitsraum zugeführte Flüssigkeit kann während eines Bremsbetriebs des Retarders zudem über einen Wärmetauscher geführt werden, um eine im Zuge des Bremsbetriebs anfallende Wärmemenge abzuführen.
-
Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dauerbremseinrichtung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges zu schaffen, bei deren Betrieb eine möglichst geringe Wärmeerzeugung stattfindet.
-
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
-
Gemäß der Erfindung umfasst eine Dauerbremseinrichtung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges eine Welle und Mittel, über welche eine Drehbewegung der Welle abgebremst werden kann. Dabei kann diese Dauerbremseinrichtung im Sinne der Erfindung entweder in eine der Komponenten des Antriebsstranges, beispielsweise ein Kraftfahrzeuggetriebe, integriert sein oder als eigenständige Komponente des Antriebsstranges vorliegen. Dabei ist die Dauerbremseinrichtung innerhalb des Antriebsstranges insbesondere einem Kraftfahrzeuggetriebe in Kraftflussrichtung nachgeschaltet, sie kann aber auch zwischen einer Antriebsmaschine und dem Kraftfahrzeuggetriebe angeordnet sein.
-
Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass die Mittel mindestens ein Federelement umfassen, welches durch die Drehbewegung der Welle unter Verrichtung von Federarbeit gespannt werden kann und hierbei ein Abbremsen der Welle hervorruft. Dabei kann ein Maß der Federspannung eingestellt werden, wobei dem mindestens einen Federelement je eine Sperrvorrichtung zugeordnet ist, die eine Rückeinleitung der Federarbeit in die Welle bei einem Entspannen des mindestens einen Federelements unterbindet. Mit anderen Worten wird also ein Abbremsen der rotierenden Welle über mindestens ein Federelement hervorgerufen, welches zu diesem Zweck gespannt wird und im Zuge des Spannens Federarbeit verrichtet. Die Menge an Federarbeit und damit der Grad des Abbremsens der Welle kann dabei durch ein Maß der Federspannung definiert werden, welche einstellbar ist. Eine Rückeinleitung der verrichteten Federarbeit in die Welle im Zuge eines Entspannens des mindestens einen Federelements wird dann über je eine Sperrvorrichtung verhindert, welche dem mindestens einen Federelement zugeordnet ist.
-
Eine derartige Ausführung einer Dauerbremseinrichtung hat dabei den Vorteil, dass ein Abbremsen der Welle durch das Spannen des mindestens einen Federelements und damit bei einer geringen Wärmeentwicklung vollzogen wird. In Folge dessen können im Vergleich zu hydrodynamischen Retardern Kühlvorrichtungen entfallen, über welche ansonsten die im Rahmen eines Bremsbetriebs in eine Flüssigkeit eingebrachte Wärme abzuführen ist. Dementsprechend wird bei Anwendung der erfindungsgemäßen Dauerbremseinrichtung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges kein separater Kühler mit zugehörigen Schläuchen benötigt bzw. ein Kühler des Kraftfahrzeuges kann entlastet werden. Aufgrund der entfallenden Kühlvorrichtung lässt sich die erfindungsgemäße Dauerbremseinrichtung auf kompakte Art und Weise und mit niedrigem herstellungstechnischen Aufwand in einem Antriebsstrang anordnen.
-
Im Unterschied dazu muss bei der Dauerbremseinrichtung der
DE 10 2012 002 039 A1 ein Wärmetauscher vorgesehen werden, an welchem die im Rahmen eines Bremsbetriebs anfallende Wärmemenge abgegeben werden kann. Infolge dessen sind bei dieser Dauerbremseinrichtung zusätzliche Elemente in Form des Wärmetauschers, sowie zugehöriger Leitungen vorzusehen. Des Weiteren muss der Wärmetauscher zur weiteren Abgabe der Wärmemenge so angeordnet werden, dass er entweder mit einem Kühlkreislauf des Kraftfahrzeuges in Verbindung steht, was den Kühlkreislauf durch Einbringen der zusätzlichen Wärmemenge entsprechend belastet, oder aber eine Abgabe der Wärmemenge an eine Umgebung des Kraftfahrzeuges möglich ist. In beiden Fällen ist eine über die Dauerbremseinrichtung der
DE 10 2012 002 039 A1 darstellbare Bremsleistung ggf. begrenzt.
-
Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung kann das Maß der Federspannung durch mindestens eine Scheibe eingestellt werden, die bei der Drehbewegung der Welle relativ zum mindestens einen Federelement rotiert und welche mit je einem Ende des mindestens einen Federelements exzentrisch in Kontakt steht. Dabei kann die mindestens eine Welle gegenüber dem mindestens einen Federelement aus einer orthogonalen Grundstellung in jeweilige Federspannungen definierende Winkelstellungen verschwenkt werden.
-
Mit anderen Worten wird also die Federspannung und damit die zu verrichtende Federarbeit des mindestens einen Federelements über mindestens eine Scheibe definiert, an welcher das mindestens eine Federelement mit je einem Ende mittelbar oder unmittelbar anläuft, wobei der Kontakt zwischen Scheibe und Federelement exzentrisch zu einem Mittelpunkt der Scheibe liegt. Die Federspannung wird nun dadurch eingestellt, dass die mindestens eine Scheibe relativ zu dem mindestens einen Federelement aus einer Grundstellung, in welcher sie im Wesentlichen orthogonal zu einer Längsachse des mindestens einen Federelements steht, in eine von mehreren Winkelstellungen verschwenkt wird. In der jeweiligen Winkelstellung wird dann aufgrund der relativen Rotation von Scheibe und Federelement zueinander ein Spannen des Federelements hervorgerufen. Vorteilhafterweise kann hierdurch die Federarbeit und damit ein Abbremsen der Welle auf einfache Art und Weise eingestellt werden. Bevorzugt ist die Scheibe zu diesem Zweck im Bereich eines außenradialen Endes schwenkbar angelenkt und kann an einem hierzu diametral liegenden Ende über einen Aktuator um den Anlenkpunkt geschwenkt werden.
-
In Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform ist entweder das mindestens eine Federelement oder die mindestens eine Scheibe drehfest mit der Welle gekoppelt. Besonders bevorzugt rotiert jedoch das mindestens eine Federelement gemeinsam mit der Welle und ist dabei exzentrisch zu dieser angeordnet, während die mindestens eine Scheibe stillstehend und koaxial zur Welle vorgesehen ist. Weiter bevorzugt durchdringt die Welle die mindestens eine Scheibe dabei durch eine zentrische Bohrung der Scheibe, so dass die Scheibe platzsparend zur Welle angeordnet und trotzdem die für die Einstellung der Federspannungen notwendigen Schwenkbewegungen ausführen kann.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das mindestens eine Federelement zwischen je zwei Hohlzylindern angeordnet, die ineinander geführt sind und das mindestens eine Federelement in einem gemeinsam definierten Innenraum aufnehmen. Eine derartige Ausgestaltung hat dabei den Vorteil, dass eine präzise Führung des mindestens einen Federelements bei seiner Spannung und Entspannung verwirklicht werden kann. Des Weiteren kann ein Entspannen des Federelements begrenzt werden, indem zwischen den Hohlzylinder entsprechende Anschläge vorgesehen sind, welche ein Auseinanderschieben der beiden Hohlzylinder nur bis zu einem bestimmten Grade erlauben.
-
Es ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, dass einer der Hohlzylinder an der mindestens einen Scheibe anläuft. Es stellt also einer der Hohlzylinder den Kontakt des mindestens einen Federelements zur Scheibe her. Besonders bevorzugt sind jedoch zwei Scheiben vorgesehen, zwischen welchen das mindestens eine Federelement mit den je zwei Hohlzylindern vorgesehen ist, wobei einer der Hohlzylinder an der einen Scheibe und der jeweils andere Hohlzylinder an der anderen Scheibe anläuft. Dabei kann entweder nur eine dieser Scheiben oder auch beide Scheiben schwenkbar ausgeführt sein.
-
In Weiterbildung der Erfindung ist das mindestens eine Federelement als Stahlfeder oder als pneumatische Feder ausgeführt. In beiden Fällen kann dabei ein zuverlässiges Abbremsen der Welle durch Verrichtung von Federarbeit realisiert werden. Besonders bevorzugt weist die erfindungsgemäße Dauerbremseinrichtung zudem mehrere Federelemente auf, welche alle als Stahlfedern oder alle als pneumatische Federn ausgeführt sind. Prinzipiell kann aber auch eine Mischung aus Stahlfedern und pneumatischen Federn verwirklicht sein. Die einzelnen Federelemente sind dann wiederum bevorzugt zwischen je zwei Hohlzylindern aufgenommen.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die je eine Sperrvorrichtung durch Haltenasen und Halteelemente gebildet, welche die Haltenasen in einer Haltestellung und in einem gespannten Zustand des mindestens einen Federelements umgreifen und dabei eine Entspannung des mindestens einen Federelements unterbinden. Zudem können die Halteelemente jeweils in eine Freigabestellung überführt werden, in welcher sich das mindestens eine Federelement frei entspannen kann. In Weiterbildung dieser Ausführungsform sind die Halteelemente durch Schwenkhebel gebildet, welche über Federn jeweils in die Haltestellung vorgespannt sind und jeweils mittels eines zugehörigen Betätigungselements in die Freigabestellung verschwenkt werden können. Weiter bevorzugt ist das Betätigungselement durch je einen Keil. Schließlich ist das Betätigungselement insbesondere seitens der mindestens einen Scheibe vorgesehen und nimmt ein Verschwenken des zugehörigen Schwenkhebels in Abhängigkeit einer Winkellage der mindestens einen Scheibe zum mindestens einen Federelement vor. Hierdurch kann eine Sperrvorrichtung für das mindestens eine Federelement verwirklicht werden, bei welchem rein mechanisch ein Halten des Federelements in seinem gespannten Zustand ermöglicht wird. Die je eine Sperrvorrichtung ist dabei seitens des mindestens einen Federelements angeordnet, rotiert also ebenfalls entweder mit der Welle oder ist ortsfest vorgesehen.
-
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
-
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, die nachfolgend erläutert wird, ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
-
1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Dauerbremseinrichtung entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
-
2 eine Draufsicht auf eine Scheibe der Dauerbremseinrichtung aus 1.
-
Aus 1 geht eine schematische Schnittansicht einer Dauerbremseinrichtung entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hervor. Diese Dauerbremseinrichtung umfasst dabei eine Welle 1, bei welcher es sich um eine Getriebewelle oder eine eine Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeuges mit einem Kraftfahrzeuggetriebe verbindende Welle handeln kann.
-
Wie in 1 zu erkennen ist, durchdringt die Welle 1 zwei Scheiben 2 und 3, die jeweils an einem Gehäuse 4 der Dauerbremseinrichtung schwenkbar angelenkt sind und um den jeweiligen Anlenkpunkt über eine – vorliegend nicht weiter dargestellte – Aktuatorik unterschiedliche Schrägstellungen einnehmen können. Zwischen den Scheiben 2 und 3 sind mehrere Federelemente 5 und 6 in Form von Stahlfedern vorgesehen, die jeweils zwischen je zwei ineinander verschiebbaren, zugehörigen Hohlzylindern 7 und 8 bzw. 9 und 10 platziert sind. Die Hohlzylinder 7 und 8, sowie 9 und 10 und damit auch die Federelemente 5 und 6 sind drehfest mit der Welle 1 gekoppelt, so dass sie bei einer Rotation der Welle 1 gemeinsam mit dieser eine Drehbewegung ausführen.
-
Werden die Scheiben 2 und 3 aus einer orthogonalen Grundstellung zur Welle 1 und damit auch den Hohlzylindern 7, 8, 9 und 10 in eine, in 1 beispielhaft zu sehende Winkelstellung verschwenkt, so laufen die Hohlzylinder 7, 8, 9 und 10 im Zuge der gemeinsamen Rotation mit der Welle 1 je nach Drehwinkel der Welle 1 an den Scheiben 2 und 3 an. Dabei beginnt ab einem Kontakt mit den Scheiben 2 und 3 ein Ineinanderschieben der jeweiligen Hohlzylinder 7 und 8 bzw. 9 und 10 und in der Folge ein Spannen des innenliegenden Federelements 5 bzw. 6. Dies ist in 1 beispielhaft anhand des Federelements 5 und der Hohlzylinder 7 und 8 dargestellt, wobei dabei zu erkennen ist, dass der Hohlzylinder 7 an der Scheibe 2 und der Hohlzylinder 8 an der Scheibe 3 anläuft.
-
Im Zuge des Spannens des jeweiligen Federelements 5 bzw. 6 wird Federarbeit verrichtet, was verzögernd auf die Welle 1 wirkt und dementsprechend ein Abbremsen derselbigen hervorruft. Um nun zudem eine Rückeinleitung von Energie in die Welle 1 und damit deren erneutes Beschleunigen im Zuge eines notwendigen Entspannens des jeweiligen Federelements 5 bzw. 6 zu verhindern, sind den Federelementen 5 und 6 jeweils Sperrvorrichtungen 11 und 12 zugeordnet. Diese umfassen dabei Haltenasen 13 und 14 bzw. 15 und 16 an den Hohlzylindern 7, 8, 9 und 10, welche in einem gespannten Zustand des jeweiligen Federelements 5 bzw. 6 in Wirkverbindung mit Schwenkhebeln 17 und 18 bzw. 19 und 20 gebracht werden.
-
Die Schwenkhebel 17 und 18 bzw. 19 und 20 sind dabei jeweils im Bereich der drehfesten Anbindung der Hohlzylinder 7, 8, 9 und 10 an der Welle 1 schwenkbar angelenkt und über Federn 21, 22, 23 und 24 in eine Haltestellung vorgespannt, in welcher sie jeweils gemeinsam die zwischenliegenden Haltenasen 13 und 14 bzw. 15 und 16 umgreifen. In der Folge wird ab einer vollständigen Spannung des jeweiligen Federelements 5 bzw. 6 und im Zuge der weiteren gemeinsamen Rotation mit der Welle 1, sowie dem hierbei erfolgenden Abheben der zugehörigen Hohlzylinder 7 und 8 bzw. 9 und 10 von den Scheiben 2 und 3 eine Rückeinleitung der verrichteten Federarbeit in die Welle 1 unterbunden. Die Haltenasen 13 und 14, sowie 15 und 16 sind auf einander zugewandten Seiten jeweils rampenförmig gestaltet, so dass die in die Haltestellung vorgespannten Schwenkhebel 17 und 18 bzw. 19 und 20 beim Spannen des jeweiligen Federelements 5 bzw. 6 über die Haltenasen 13 und 14 bzw. 15 und 16 schnappen können.
-
Um bei Drehbewegung der Welle 1 kontinuierlich ein Bremsmoment erzeugen zu können, müssen die Federelemente 5 und 6 nach einer Federspannung allerdings auch wieder entspannt werden, so dass ein erneutes Spannen und damit Verrichten von Federarbeit möglich ist. Dieses Entspannen wird nun gezielt in einem Drehwinkelbereich der Welle 1 hervorgerufen, in welchem die Federelemente 5 und 6 jeweils bei ihrer Rotation auf Höhe der Anlenkpunkte der Scheiben 2 und 3 liegen. In diesem Bereich kann sich das jeweilige Federelement 5 bzw. 6 entspannen und damit die zugehörigen Hohlzylinder 7 und 8 bzw. 9 und 10 auseinandergeschoben werden, ohne in Kontakt mit den Scheiben 2 und 3 zu gelangen.
-
In diesem Drehwinkelbereich wird ein gezieltes Öffnen der jeweiligen Sperrvorrichtung 11 bzw. 12 über Keile 25 und 26 hervorgerufen, die, wie in 2 anhand der Scheibe 2 dargestellt, seitens der Scheiben 2 und 3 vorgesehen sind und ein Schwenken der zugehörigen Schwenkhebel 17 und 18 bzw. 19 und 20 entgegen ihrer Federn 21 und 22 bzw. 23 und 24 in eine jeweilige Freigabestellung erzwingen. In dieser Freigabestellung halten die Schwenkhebel 17 und 18 bzw. 19 und 20 die Hohlzylinder 7 und 8 bzw. 9 und 10 nicht mehr in der voll eingeschobenen Position, so dass eine Entspannung des jeweiligen Federelements 5 bzw. 6 auftritt. Ein Auseinanderschieben der Hohlzylinder 7 und 8 bzw. 9 und 10 wird dabei über – vorliegend nicht weiter dargestellte – Anschläge an den Hohlzylindern 7 und 8 bzw. 9 und 10 begrenzt.
-
In Folge des erfindungsgemäßen Aufbaus wird bei dem einzelnen Federelement 5 bzw. 6 im Zuge einer Rotation der Welle 1 ein Spannen in einem Drehwinkelbereich von 0 bis 180 Grad vollzogen und diese Spannung ab 180 Grad bis nahezu 360 Grad beibehalten. Unmittelbar vor Erreichen der 360 Grad wird dann die Entspannung des jeweiligen Federelements 5 bzw. 6 vollzogen.
-
Optional kann zwischen der einen Scheibe 2 und zwei der Hohlzylinder 7, 9 einerseits und der anderen Scheibe 3 und den anderen beiden Hohlzylindern 8, 10 andererseits eine Axiallagerung vorgesehen sein.
-
Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Dauerbremseinrichtung kann ein Abbremsen einer Welle bei geringer Wärmeerzeugung realisiert werden. Aufgrund des hierdurch möglichen Entfalls einer Kühlvorrichtung ist ein kompakter Aufbau möglich.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Welle
- 2
- Scheibe
- 3
- Scheibe
- 4
- Gehäuse
- 5
- Federelement
- 6
- Federelement
- 7
- Hohlzylinder
- 8
- Hohlzylinder
- 9
- Hohlzylinder
- 10
- Hohlzylinder
- 11
- Sperrvorrichtung
- 12
- Sperrvorrichtung
- 13
- Haltenase
- 14
- Haltenase
- 15
- Haltenase
- 16
- Haltenase
- 17
- Schwenkhebel
- 18
- Schwenkhebel
- 19
- Schwenkhebel
- 20
- Schwenkhebel
- 21
- Feder
- 22
- Feder
- 23
- Feder
- 24
- Feder
- 25
- Keil
- 26
- Keil
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102012002039 A1 [0003, 0009, 0009]
