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Die Erfindung betrifft eine Dauerbremseinrichtung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, umfassend eine hydrodynamische Dauerbremse mit mehreren Rotoren, welche jeweils mit je einer Beschaufelung ausgestattet sind und gemeinsam einen zwischenliegenden Arbeitsraum definieren. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, in welchem eine vorgenannte Dauerbremseinrichtung vorgesehen ist.
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Dauerbremseinrichtungen kommen bei Kraftfahrzeugen insbesondere im Bereich der Nutzfahrzeuge zur Anwendung und dienen dort der Entlastung einer jeweiligen Betriebsbremse bei langanhaltenden Bremsmanövern, wie beispielsweise beim Befahren längerer Gefällestrecken. Zum überwiegenden Teil werden Dauerbremseinrichtungen dabei als verschleißfreie, hydrodynamische Dauerbremsen in Form von hydrodynamischen Retardern ausgeführt, welche sich klassischerweise aus einem Rotor und einem Stator zusammensetzen. Sowohl der Rotor, als auch der Stator sind dann jeweils mit Beschaufelungen versehen und definieren einen zwischenliegenden, üblicherweise torusförmig gestalteten Arbeitsraum, in den im Bremsbetrieb des Retarders eine dem darzustellenden Bremsmoment entsprechende Flüssigkeitsmenge eingebracht wird. Die eingebrachte Flüssigkeit wird dann über den drehenden Rotor mitgenommen und in Richtung der Beschaufelung des Stators gefördert, wo sie sich abstützt und wiederum zu der Beschaufelung des Rotors zurückgeleitet wird. Dies wirkt entsprechend verzögernd auf den Rotor. Allerdings werden immer höhere Bremsmomente gefordert, welche zudem bei möglichst gleichbleibendem Bauraum realisierbar sein sollen. Aus diesem Grunde wird vereinzelt von der oben beschriebenen, klassischen Bauweise eines hydrodynamischen Retarders abgewichen.
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Aus der
DE 197 51 776 A1 geht eine Dauerbremseinrichtung hervor, welche eine hydrodynamische Dauerbremse mit zwei Rotoren umfasst. Die Rotoren sind dabei jeweils mit einer Beschaufelung versehen und definieren gemeinsam einen zwischenliegenden, torusförmig gestalteten Arbeitsraum. Während der eine Rotor mit einer Abtriebswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes verbunden ist, kann der andere Rotor entweder an einem Gehäuse festgesetzt oder mit einer Antriebswelle des Kraftfahrzeuggetriebes gekoppelt werden. Letzteres führt zu einer gegenläufigen Drehbewegung der Rotoren, was gegenüber der klassischen Variante mit einem stillstehenden Stator aufgrund der dann hohen Relativdrehzahlen eine Erhöhung eines erzeugbaren Bremsmoments zur Folge hat.
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Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dauerbremseinrichtung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang zu schaffen, mittels welcher im Vergleich zum Stand der Technik eine weitere Steigerung eines darstellbaren Bremsmoments bei möglichst gleichbleibendem Bauraum realisierbar ist.
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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.
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Gemäß der Erfindung umfasst eine Dauerbremseinrichtung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang eine hydrodynamische Dauerbremse mit mehreren Rotoren, welche jeweils mit je einer Beschaufelung ausgestattet sind und gemeinsam einen zwischenliegenden Arbeitsraum der Dauerbremse definieren. Bevorzugt ist dieser Arbeitsraum dabei torusförmig gestaltet.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einer „Dauerbremse“ eine zusätzliche Bremsanlage des Kraftfahrzeuges zu verstehen, über die auch über einen langen Zeitraum ohne merklichen Leistungsabfall eine Bremskraft selbst erzeugt und aufrechterhalten werden kann. Diese Dauerbremse ist erfindungsgemäß dabei als hydrodynamische Dauerbremse gestaltet, bei welcher also die Bremskraft mit Hilfe der Strömungsenergie einer Flüssigkeit erzeugt wird. Besonders bevorzugt wird diese Flüssigkeit dabei nur im Zuge des Bremsbetriebes in den Arbeitsraum eingebracht, es ist jedoch für den Fall, dass die hydrodynamische Dauerbremse abseits eines Bremsbetriebes vollständig von dem Rest des Kraftfahrzeugantriebsstranges entkoppelt werden kann, auch denkbar, zumindest eine gewisse Flüssigkeitsmenge permanent im Arbeitsraum zu belassen. Explizit von dem Begriff „Dauerbremse“ sind im Sinne der Erfindung daher hydrodynamische Anfahrelemente abzugrenzen, über welche innerhalb eines Kraftfahrzeugantriebsstranges im Schleppbetrieb einer Antriebsmaschine zwar auch eine Bremskraft in den Antriebsstrang eingeleitet werden kann, diese Bremskraft dabei aber nicht durch das hydrodynamische Anfahrelemente selbst erzeugt wird.
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Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass die Dauerbremse neben den Rotoren zusätzlich über mindestens ein abgestütztes Leitrad verfügt, welches auf Seiten des Arbeitsraumes ebenfalls mit je einer Beschaufelung versehen ist und einer Abstützung von einer in einem Bremsbetrieb der Dauerbremse in den Arbeitsraum eingebrachten und zwischen den Beschaufelungen der Rotoren strömenden Flüssigkeit dient. Mit anderen Worten weist die hydrodynamische Dauerbremse also neben den mehreren Rotoren auch mindestens ein Leitrad auf, welches gemeinsam mit den Rotoren den Arbeitsraum definiert und auf Seiten des Arbeitsraumes mit je einer Beschaufelung versehen ist. Strömt in einem Bremsbetrieb der hydrodynamischen Dauerbremse eine Flüssigkeit zwischen den Rotoren, so bewirkt die Beschaufelung des mindestens einen Leitrades eine Abstützung der Flüssigkeit, da das mindestens eine Leitrad stillgesetzt ist.
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Die Abstützung des Leitrades erfolgt vorzugsweise gegenüber einem Gehäuse der Dauerbremseinrichtung. Die Abstützung kann fest sein, oder durch ein zusätzliches Element, wie beispielsweise einem Freilauf, variabel gestaltet sein.
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Eine derartige Ausgestaltung einer Dauerbremseinrichtung hat dabei den Vorteil, dass durch das mindestens eine abgestützte Leitrad ein Reaktionsmoment aufgenommen werden kann und es in der Folge zu einer Erhöhung des darstellbaren Bremsmoments kommt. Denn durch das Vorsehen des mindestens einen Leitrades ist die hydrodynamische Dauerbremse nach Art eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers gestaltet, über welchen an einer Seite der Dauerbremse eine Drehmomentsteigerung bis zum Faktor 3 hervorgerufen werden kann. Dies kann dabei bei im Wesentlichen gleichbleibendem Bauraum hervorgerufen werden, so dass eben bei gleichem Bauraum ein deutlich höheres Bremsmoment darstellbar oder bei gleichem darstellbaren Bremsmoment der benötigte Bauraum und damit auch das benötigte Gewicht deutlich reduzierbar ist.
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Im Falle der
DE 197 51 776 A1 wird zwar durch die gegenläufige Drehbewegung der beiden Rotoren im Vergleich zu einem klassischen Retarder, bei welchem ein Stator und nur ein drehender Rotor vorgesehen sind, bereits eine Steigerung eines darstellbaren Bremsmoments aufgrund der höheren Differenzdrehzahl ermöglicht, eine Übersetzung kann hier aber nicht dargestellt werden.
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Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung sind die Rotoren der Dauerbremse zumindest im Bremsbetrieb der Dauerbremse jeweils angetrieben. In Weiterbildung dieser Ausführungsform sind die Rotoren der Dauerbremse dabei über Übersetzungsstufen mit einer achsparallel laufenden Welle gekoppelt. In diesem Fall sind die Rotoren also jeweils permanent angetrieben, sofern sich eben die achsparallel laufende Welle dauerhaft im Kraftfluss befindet. Alternativ dazu erfolgt ein Antrieb der Rotoren nur in einem Bremsbetrieb der Dauerbremse, beispielsweise indem die achsparallele Welle, bei welcher es sich um eine Getriebewelle handeln kann, nur im Bedarfsfall in einen Kraftfluss eingebunden wird. Die Rotoren können also jeweils permanent eingebunden sein oder auch nur im Bedarfsfall zugeschaltet werden. Des Weiteren ist es denkbar, einen oder ggf. auch mehrere Rotoren, analog zu der Gestaltung der
DE 197 51 776 A1 , über je eine Schalteinrichtung entweder anzutreiben oder aber an einem Gehäuse festzusetzen, so dass der jeweilige Rotor dann quasi als Stator fungiert.
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Im Sinne der Erfindung setzt sich die hydrodynamische Dauerbremse bevorzugt aus zwei Rotoren und einem Leitrad zusammen. Es ist jedoch auch denkbar, einen dieser Rotoren mehrstufig auszuführen und quasi in mehrere Einzelrotoren aufzuteilen. Zwischen diesen Einzelrotoren können dann auch wiederum jeweils Leiträder vorgesehen sein, so dass die hydrodynamische Dauerbremse in diesem Fall auch mehrere Leiträder umfasst.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung sind zwei die Rotoren führende Rotorwellen vorgesehen, wobei die eine Rotorwelle über eine Übersetzungsstufe mehr mit der achsparallel laufenden Welle gekoppelt ist, als die andere Rotorwelle. Hierdurch wird eine gegenläufige Drehbewegung der Rotorwellen und damit auch der auf diesen vorgesehenen Rotoren erzeugt, so dass aufgrund der hierdurch erhöhten Differenzdrehzahl von vornherein her ein hohes Bremsmoment erzeugt werden kann. Abgesehen von der Koppelung mit ein und derselben achsparallel laufenden Welle können die Rotorwellen aber auch mit unterschiedlichen Wellen gekoppelt sein, wobei im Falle einer gleichen Drehrichtung dieser Wellen dann durch Anordnung entsprechender Übersetzungsstufen gegenläufige Drehbewegungen der Rotorwellen hervorgerufen werden sollten. Führen die Wellen allerdings von vornherein her Drehbewegungen in entgegengesetzte Drehrichtungen aus, so können die Rotorwellen jeweils über die gleiche Anzahl an Übersetzungsstufen angebunden oder auch starr mit diesen verbunden sein. Durch die Anordnung zweier gegenläufiger Rotoren herrscht eine große Drehzahldifferenz, wodurch bei der gesamten Bremsung eine starke Drehmomentwandlung erfolgt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist eine der Rotorwellen eine Vorgelegewelle eines Kraftfahrzeuggetriebes. In der Folge kann hinsichtlich der einen Rotorwelle bereits auf vorhandene Bauteile zurückgegriffen und damit der Herstellungsaufwand reduziert werden. Die hydrodynamische Dauerbremse kann zudem in ein Kraftfahrzeuggetriebe integriert sein oder aber separat zu diesem als Komponente im Kraftfahrzeugantriebsstrang vorgesehen sein. Im Allgemeinen kommt eine Anordnung primärseitig, d.h. zwischen dem Kraftfahrzeuggetriebe und einer Antriebsmaschine, oder aber auch sekundärseitig, d.h. dem Kraftfahrzeuggetriebe nachgeschaltet, im Rahmen der Erfindung in Betracht.
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Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein radial innenliegendes Leitrad vorgesehen, wobei dies in einer Weiterbildung dann radial innen zu einer Rotorwelle verlaufend an einem Gehäuse angebunden ist. Hierdurch kann ein geeigneter Aufbau der hydrodynamischen Dauerbremse realisiert werden.
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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 der Zeichnung hervorgehen, miteinander zu kombinieren.
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Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnung durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
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Die einzige Figur zeigt eine schematische Ansicht einer Dauerbremseinrichtung 1 entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Wie zu erkennen ist, umfasst diese Dauerbremseinrichtung 1 eine hydrodynamische Dauerbremse 2, die sich aus zwei Rotoren 3 und 4 und einem Leitrad 5 zusammensetzt. Die beiden Rotoren 3 und 4 und das Leitrad 5 sind dabei jeweils mit Beschaufelungen versehen und definieren gemeinsam einen zwischenliegenden, torusförmigen Arbeitsraum 6 der Dauerbremse 2.
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Sowohl der Rotor 3, als auch der Rotor 4 ist jeweils auf je einer Rotorwelle 7 bzw. 8 angeordnet, wobei beide Rotorwellen 7 und 8 mit einer achsparallel verlaufenden Welle 9 gekoppelt sind. Im Falle der Rotorwelle 7 wird dies über eine Übersetzungsstufe 10 realisiert, während seitens der Rotorwelle 8 insgesamt zwei Übersetzungsstufen 11 und 12 vorgesehen sind, die über ein gemeinsames Zwischenrad 13 verwirklicht sind. Da somit seitens der Rotorwelle 8 ein Zahneingriff mehr bei der Koppelung mit der Welle 9 stattfindet, als dies auf Seiten der Rotorwelle 7 der Fall ist, führt die Rotorwelle 8 auch entgegengesetzte Drehbewegungen zu der Rotorwelle 7 aus. Dies hat zur Folge, dass sich die Beschaufelungen der Rotoren 3 und 4 unter einer hohen Relativdrehzahl zueinander bewegen und damit bei Einbringen einer Flüssigkeit, beispielsweise in Form von Öl oder Wasser, in den Arbeitsraum 6 der Dauerbremse 2 die eingebrachte Flüssigkeit entsprechend zwischen den Beschaufelungen der Rotoren 3 und 4 gefördert wird.
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Folglich treten hohe Bremsmomente an den Rotorwellen 7 und 8 auf. Diese werden zu der Rotorwelle 8 nun noch gesteigert, indem das Leitrad 5 an einem Gehäuse 14 drehfest angebunden und damit stillgesetzt ist. In der Folge agiert die hydrodynamische Dauerbremse 2 nach Art eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers, bei welchem durch Abstützen der Flüssigkeit an der Beschaufelung des Leitrades 5 eine entsprechende Drehmomenterhöhung am Rotor 4 erzeugt wird. Diese Drehmomenterhöhung kann dabei bis zu einem Faktor 3 gehen.
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Das hinsichtlich der Rotoren 3 und 4 radial innenliegende Leitrad 5 ist vorliegend dadurch am Gehäuse 14 angebunden, indem die Rotorwelle 8 als Hohlwelle ausgeführt ist und radial innen hierzu die Anbindung des Leitrades 5 zum Gehäuse 14 geführt ist.
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Besonders bevorzugt ist die Dauerbremseinrichtung 1 innerhalb eines Kraftfahrzeugantriebsstranges in ein Kraftfahrzeuggetriebe integriert, wobei es sich bei der Rotorwelle 7 dann insbesondere um eine Vorgelegewelle dieses Kraftfahrzeuggetriebes handelt.
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Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Dauerbremseinrichtung kann somit eine deutliche Steigerung eines darstellbaren Bremsmoments bei gleichzeitig kompaktem Bauraum realisiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dauerbremseinrichtung
- 2
- Dauerbremse
- 3
- Rotor
- 4
- Rotor
- 5
- Leitrad
- 6
- Arbeitsraum
- 7
- Rotorwelle
- 8
- Rotorwelle
- 9
- Welle
- 10
- Übersetzungsstufe
- 11
- Übersetzungsstufe
- 12
- Übersetzungsstufe
- 13
- Zwischenrad
- 14
- Gehäuse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19751776 A1 [0003, 0011, 0012]
