DE112014004796B4

DE112014004796B4 - Kupplungsvorrichtung für einen Retarder

Info

Publication number: DE112014004796B4
Application number: DE112014004796.1T
Authority: DE
Inventors: Johnny FÄRM
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2013-11-18
Filing date: 2014-11-07
Publication date: 2024-02-22
Anticipated expiration: 2034-11-08
Also published as: DE112014004796T5; SE538906C2; WO2015072912A1; CN105848973A; CN105848973B; SE1351360A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung (4) für einen Retarder (2), umfassend eine erste Welle (18), die mit einem Rotor (20) des Retarders (2) verbunden ist, eine zweite Welle (22), die dafür angeordnet ist, mit einer Antriebsquelle (1) in Eingriff zu kommen, und ein erstes Kupplungselement (54), das zwischen der ersten und der zweiten Welle (18, 22) angeordnet ist. Ein zweites Kupplungselement (56) ist zwischen der zweiten Welle (22) und dem ersten Kupplungselement (54) angeordnet. Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, umfassend eine solche Kupplungsvorrichtung, und ein Verfahren zur Verbindung eines Retarders.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung für einen Retarder gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, ein Fahrzeug umfassend solch eine Kupplungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 17 und ein Verfahren zur Verbindung eines Retarders gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 18.
Ein Retarder dient dazu, eine Antriebsquelle wie etwa ein Fahrzeug abzubremsen. Häufig besteht der Retarder aus einer Hilfsbremse, die die Radbremsen des Fahrzeugs ergänzt. Somit wird übermäßiger Verschließ der Radbremsen vermieden. Der Retarder ist über eine Kraftübertragungseinrichtung mit dem Getriebe oder der Antriebswelle des Fahrzeugs verbunden. Um die Energieverluste zu verringern und somit den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs zu verringern, werden die Kraftübertragungseinrichtung und der Retarder vom Getriebe oder der Antriebswelle getrennt, wenn der Retarder ausgerückt ist und das Fahrzeug nicht abbremsen muss. Die Retarderwelle befindet sich im Stillstand oder beinahe im Stillstand, wenn der Retarder nicht aktiviert ist.
Der Rotor und der Stator des Retarders bilden einen Torus, der mit einer Flüssigkeit gefüllt werden muss, sobald eine Bremswirkung vom Retarder gewünscht wird. Wenn eine Kupplungsvorrichtung, die für die Verbindung des Retarders mit dem Getriebe oder der Antriebswelle und die Trennung von diesen verwendet wird, eine Synchronisationsvorrichtung mit Sychronisationsringen umfasst, ist die Verbindung der Kraftübertragungseinrichtung mit dem Getriebe oder der Antriebswelle und die Trennung von diesen schwieriger, da der Torus des Retarders eine bestimmte Menge Wasser enthält, was zu einem nicht vernachlässigbaren Drehmoment führt, das als Restmoment bezeichnet wird. Mit anderen Worten, um den Retarder in Drehung zu halten, ist aufgrund der darin verbliebenen Flüssigkeitsmenge ein Restmoment erforderlich. Während der gesamten Verbindungsabfolge einschließlich des Gleitens in die Synchronisation durch Drehen und anschließendes Arretieren muss die Synchronisationsvorrichtung es bewerkstelligen, die Drehzahldifferenz gering zu halten, auch wenn das Restmoment verbleibt. Wenn die Drehzahldifferenz zu groß wird, kann die Synchronisationsvorrichtung beschädigt werden. Um dem entgegenzuwirken, kann die Synchronisationsvorrichtung so bemessen werden, dass sie mit dem Restmoment zurechtkommt, mit dem Ergebnis, dass eine andere Art von Synchronisation verwendet werden muss.
Das Dokument DE 16 00 243 A1 zeigt einen Retarder für ein Fahrzeug, bei dem ein Stator einerseits mit einer Lamellenkupplung und andererseits mit einer formschlüssigen Kupplung verbunden werden kann. Wenn der Retarder nicht aktiviert ist, drehen sich der Rotor und der Stator. Um den Retarder beim Bremsen zu aktivieren, muss der Stator mit Hilfe der Lamellenkupplung und der formschlüssigen Kupplung bis zum Stillstand und in eine Arretierstellung abgebremst werden.
Das Dokument WO 2013/ 083 322 A1 betrifft einen Antriebsstrang für ein Motorfahrzeug, das zwei Kupplungen zur Verbindung eines Retarders umfasst.
Das Dokument DE 103 05 239 A1 betrifft eine Antriebsvorrichtung für einen verbindbaren Retarder, der mit einer Synchronisation und einer Klauenkupplung ausgestattet ist.
Das Dokument WO 2004/ 048 167 A1 zeigt einen Retarder für ein Fahrzeug, bei dem der Stator mit Hilfe einer Lamellenkupplung und der formschlüssigen Kupplung bis zum Stillstand und in eine Arretierstellung abgebremst wurde.
Das Dokument US 3 777 860 A zeigt einen Retarder für Fahrzeuge mit einem Rotor und einem Stator, wobei der Rotor installiert ist, um die Antriebswelle des Fahrzeugs mit einer Kupplungsvorrichtung zu verbinden und von dieser zu trennen, was je nach Aktivierung der Fahrzeugbremse automatisch gesteuert wird.
DE 10 2011 120 615 A1 offenbart einen Antriebsstrang mit einem hydrodynamischen Retarder mit einer Kopplungsvorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Über zwei in Serie geschaltete Lamellenkupplungen wird durch die erste Lamellenkupplung die Hauptgetriebewelle mit einem Satz Zahnräder gekoppelt. Über die zweite Lamellenkupplung, die nahe dem Retarder angeordnet ist, wird die Welle der Zahnräder mit der Welle des Retarders gekoppelt. Das Medium Luft zur Betätigung der Kupplungen und des Retarders ist dasselbe.
DE 16 00 148 A offenbart eine hydrodynamisch Bremse. Eine zu bremsende Welle wird über eine konische Reibungskupplung und eine Klauenkupplung mit der hydrodynamischen Bremse verbunden. Zunächst wird beim Zuschalten der Bremse mit der Reibungskupplung eine Synchronisierung der Wellen bewirkt. Darauf folgt das Ineinandergreifen der Klauenkupplung. Das Medium der Bremse dient dabei auch als Druckmittel zum Betätigen der beiden Kupplungen, sodass eine Betätigung der hydrodynamischen Bremse und die Betätigung der Kupplungen lediglich miteinander gekoppelt möglich sind.
DE 10 2004 017 123 A1 offenbart ein verrastbares Schaltelement in einem Automatgetriebe. In dem Automatgetriebe sind eine Lamellenkupplung und eine Klauenkupplung vorgesehen. Bei Betätigung des Schaltelements durch ein Druckmittel wird zunächst eine reibschlüssige Verbindung der Getriebewelle über einen Außenlamellenträger der Lamellenkupplung mit einem Innenlamellenträger bewirkt. Danach folgt die formschlüssige Verbindung zwischen Außen- und Innenlamellenträger.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Trotz Lösungen nach dem bisherigen Stand der Technik besteht Bedarf nach einer Weiterentwicklung einer Kupplungsvorrichtung für einen Retarder, die eine Antriebsquelle nicht erheblich belastet, wenn sie ausgerückt ist, sondern ein geringes Gewicht aufweist, und die eingerückt wird, wenn der Retarder eine Bremswirkung auf die Antriebsquelle ausüben soll.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Kupplungsvorrichtung für einen Retarder bereitzustellen, die in ausgerücktem Zustand im Wesentlichen kein Bremsmoment auf die Antriebsquelle ausübt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Kupplungsvorrichtung für einen Retarder bereitzustellen, die den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs verringert.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Kupplungsvorrichtung für einen Retarder bereitzustellen, die ein kompaktes Steuerelement mit einer geringen Anzahl zusammenwirkender Komponenten umfasst.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine Kupplungsvorrichtung mit einer erhöhten Lebensdauer und Zuverlässigkeit für einen Retarder bereitzustellen.
Diese Aufgaben werden mit einem Retarder des zu Beginn angegebenen Typs gelöst, der durch die in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gekennzeichnet ist.
Eine solche Kupplungsvorrichtung ist wenig Verschleiß unterworfen, was zu einer erhöhten Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Kupplungsvorrichtung führt. Die Kupplungsvorrichtung bedingt, dass der Retarder in ausgerücktem Zustand im Wesentlichen kein Bremsmoment auf die Antriebsquelle ausübt, was somit den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs verringert. Da das Steuerelement kompakt ist und eine geringe Anzahl von Komponenten umfasst, sind die Komplexität und das Gewicht der Kupplungsvorrichtung geringer, was den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs verringert und die Zuverlässigkeit der Kupplungsvorrichtung erhöht. Die beiden Kupplungselemente wirken zusammen und sind miteinander integriert und stehen mit einer gemeinsamen Kraftquelle in Eingriff, was dazu führt, dass nur eine Verbindung zwischen der Kraftquelle und den Kupplungsvorrichtungen erforderlich ist.
Die oben angegebenen Aufgaben werden auch mit einem Fahrzeug des oben genannten Typs gelöst, das durch die in Patentanspruch 17 angegebenen Merkmale gekennzeichnet ist. Der Retarder übt im Wesentlichen kein Drehmoment auf das Fahrzeug aus, um somit den Kraftstoffverbrauch zu verringern. Die gesteuerte Verbindung und Trennung des Retarders über die Kupplungsvorrichtung bedingt auch, dass sich seine Lebensdauer und Zuverlässigkeit erhöhen.
Die oben genannten Aufgaben werden auch mit einem Verfahren zur Verbindung eines Retarders des zu Beginn angegebenen Typs gelöst, das durch die in Patentanspruch 18 angegebenen Merkmale gekennzeichnet ist.
Andere Vorteile der Erfindung sind in der folgenden ausführlichen Beschreibung dargelegt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Das Folgende ist eine beispielhafte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, wobei:

1 eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung für einen Retarder zeigt,
2 eine Querschnittansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung für einen Retarder in einem getrennten Zustand zeigt,
3 eine Querschnittansicht der ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung für einen Retarder in einem verbundenen Zustand zeigt,
4 einen Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens für die Verbindung eines Retarders zeigt,
5 ein Diagramm verschiedener Druckwerte zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs 1, wobei das Fahrzeug 1 mit einem Retarder 2 ausgestattet ist, der mit einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung 4 verbunden und getrennt wird. Das Fahrzeug 1 ist auch mit einem Getriebe 6 ausgestattet, das mit einem Verbrennungsmotor 8 verbunden ist, der die Antriebsräder 10 des Fahrzeugs 1 über das Getriebe 6 und eine Antriebswelle 12 antreibt. Die Antriebsräder 10 sind mit Radbremsen 11 ausgestattet. Eine Steuervorrichtung 16 ist dafür angeordnet, den Retarder 2 zu steuern. Der Retarder 2 umfasst eine drehbare erste Welle 18, die mit einem ersten Drehzahlsensor 9 ausgestattet ist, um die Drehzahl der ersten Welle 18 zu erkennen. Der Drehzahlsensor 9 ist mit der Steuervorrichtung 16 verbunden.
2 zeigt eine Querschnittansicht einer Kupplungsvorrichtung 4 für einen Retarder 2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in getrenntem Zustand. Die erste Welle 18 ist mit einem Rotor 20 des Retarders 2 verbunden, und eine zweite Welle 22 ist dafür angeordnet, mit einer Antriebsquelle in Eingriff zu kommen. Gemäß der in 2 gezeigten Ausführungsform besteht die Antriebsquelle aus dem Fahrzeug 1, wobei die Verbindung des Retarders 2 mit dem Fahrzeug 1 über das Getriebe 6 erfolgt. In 2 ist das Getriebe 6 schematisch dargestellt. Die zweite Welle 22 ist zum Eingriff mit einer am Getriebe 6 angeordneten Kraftübertragungseinrichtung 26 mit Zähnen 24 ausgestattet, wobei die Kraftübertragungseinrichtung ein Zahnrad 28 zwischen der Abtriebswelle 30 und der zweiten Welle 22 des Getriebes 6 umfasst. Die Kraftübertragungseinrichtung 26 kann auch im Getriebe 6 angeordnet sein. An der Abtriebswelle 30 des Getriebes ist auch die Antriebswelle 12 angeordnet. Das Zahnrad 28 bedingt, dass die Abtriebswelle 30 des Getriebes immer die zweite Welle 22 antreibt, wenn sich die Antriebswelle 12 dreht. Vorzugsweise erfolgt durch die Kraftübertragungseinrichtung 26 eine Übersetzung im Verhältnis 3:1, aber andere Übersetzungen sind auch möglich, z. B. 1:1. Ein zweiter Drehzahlsensor 31 ist an der zweiten Welle 22 oder am Zahnrad 28 angeordnet, um die Drehzahl der zweiten Welle 22 oder des Zahnrads 28 zu messen. Der zweite Drehzahlsensor 31 ist in geeigneter Weise mit der Steuervorrichtung 16 verbunden (1).
Die erste Welle 18 ist vorzugsweise mit einem Lager 36 in einem Getriebegehäuse 38 und in einem Retardergehäuse 40 montiert. An der ersten Welle 18 ist der Rotor 20 angeordnet, der sich in verbundenem Zustand mit einer Drehzahl dreht, die zur Drehzahl der Abtriebswelle 30 des Getriebes 6 proportional ist. Ein Stator 42 ist mit dem Retardergehäuse 40 verbunden und dreht sich deshalb nicht.
Der Rotor 20 und der Stator 42 bilden gemeinsam einen torusförmigen Hohlraum, genannt Torus 44, der durch eine Öffnung 47 mit einer Flüssigkeit 46 wie etwa Wasser gefüllt wird, wenn der Retarder 2 ein Bremsmoment auf die Abtriebswelle 30 des Getriebes 6 ausübt, um das Fahrzeug 1 abzubremsen und somit die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 zu verringern. Die Bremswirkung tritt ein, da der Rotor 20 und der Stator 42 mit Blättern oder Schaufeln 48 ausgestattet sind, die ein Strömen von Flüssigkeit im Torus 44 erzeugen, wenn sich der Rotor 20 dreht. Das Strömen von Flüssigkeit erzeugt im Zusammenwirken mit den Schaufeln 48 des Rotors 20 und des Stators 42 eine Reaktionskraft, die die Bremswirkung bildet. Je höher die Drehzahl des Rotors 20 und je größer die Flüssigkeitsmenge im Torus 44, desto größer wird die Reaktionskraft und somit das Drehmoment. Bei den Gelegenheiten, wenn der Retarder 2 das Fahrzeug 1 nicht abbremsen muss, wird der Torus 44 von der Flüssigkeit 46 entleert, die teilweise durch Dampf ersetzt wird, was bedingt, dass die Schaufeln 48 des Rotors 20 und des Stators 42 primär ein Strömen von Dampf im Torus 44 erzeugen. Das Strömen von Dampf verursacht eine unerwünschte Reaktionskraft auf die erste Welle 18, was ein Bremsmoment auf die Abtriebswelle 30 des Getriebes 6 erzeugt. Das Bremsmoment vom Retarder 2 bedingt, dass der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs 1 steigt, wenn der Verbrennungsmotor 8 des Fahrzeugs 1 ein Drehmoment ausübt. Die Reibung von den Lagern der ersten Welle 18 gibt eine Reaktionskraft ab, die einen erhöhten Kraftstoffverbrauch bedingt. Aus diesem Grund kann die erste Welle 18 von der Abtriebswelle 30 des Getriebes 6 getrennt werden, wenn der Retarder 2 nicht dazu verwendet wird, das Fahrzeug 1 abzubremsen. Der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs 1 kann somit verringert werden. Das Füllen und Entleeren des Torus 44 mit der Flüssigkeit 46 geschieht über einen Flüssigkeitskreis.
Der Torus 44 muss so schnell wie möglich mit der Flüssigkeit 46 gefüllt werden, wenn eine Bremswirkung vom Retarder 2 gewünscht wird. Ein langsames Füllen bedingt anfänglich einen Mangel an Bremswirkung vom Retarder 2, was zu einem übertriebenen Gebrauch der Radbremsen des Fahrzeugs 1 führt, die dann unnötigem Verschleiß ausgesetzt sind.
Die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung 4 bedingt, dass die erste Welle 18 und somit der Retarder 2 vom Getriebe 6 getrennt werden können, was bedingt, dass der Retarder 2 keine Bremswirkung auf das Fahrzeug 1 hat, wenn der Retarder 2 ausgerückt ist. Wenn der Retarder 2 eingerückt werden soll, muss der Retarder 2 schnell und effizient mechanisch mit der Abtriebswelle 30 des Getriebes 6 verbunden werden. Um dies zu erreichen, sind zwischen der ersten und der zweiten Welle 18, 22 ein erstes und ein zweites Kupplungselement 54, 56 angeordnet. Das erste Kupplungselement 54 besteht aus einer Reibungskupplung des Lamellentyps, und das zweite Kupplungselement 56 besteht aus einer formschlüssigen Kupplung des Klauenkupplungstyps.
Das erste Kupplungselement 54 umfasst eine auf der ersten Welle verschiebbare Innenhülse 57, die durch die ersten Keile 59 drehschlüssig mit der ersten Welle verbunden ist. Die Innenhülse 57 ist dafür angeordnet, bei axialer Verschiebung mit dem ersten Kupplungselement 54 verbunden und von diesem getrennt zu werden.
Die zweite Kupplungsvorrichtung 56 umfasst eine axial verschiebbare Hülse 58, ausgestattet mit Zähnen 60, die dafür geeignet sind, mit den entsprechenden Zähnen 62 auf einem Träger 61 der zweiten Welle 22 in Eingriff zu kommen. Die zweite Welle 22 ist koaxial zur ersten Welle 18 angeordnet, und die zweite Welle 22 ist vorzugsweise mit Wälzlagern 63 an die erste Welle 18 montiert. Die axial verschiebbare Außenhülse 58 ist axial auf der Innenhülse 57 verschiebbar und durch zweite Keile 67 drehschlüssig mit der Innenhülse 57 verbunden.
Wenn der Retarder 2 einrücken soll, um das Fahrzeug 1 abzubremsen, wird somit die Kupplungsvorrichtung 4 eingerückt, so dass die erste Welle 18 über das erste Kupplungselement 54 mit der zweiten Welle 22 verbunden ist. Da sich die zweite Welle 22 von Beginn an dreht und die erste Welle 18 stillsteht, veranlasst das erste Kupplungselement 54 die erste Welle 18 zum Drehen. Das erste Kupplungselement 54 ist gemäß der Ausführungsform eine Lamellenkupplung, die die erste und die zweite Welle 18, 22 durch Reibung miteinander verbindet. Die Lamellenkupplung kann jedoch nicht das Bremsmoment übertragen, das auftritt, wenn der Retarder 2 das Fahrzeug 1 abbremsen soll. Aus diesem Grund wird das zweite Kupplungselement 56, das aus einer formschlüssigen Kupplung wie etwa einer Klauenkupplung besteht, verbunden. Das zweite Kupplungselement 56 ist dafür bemessen, das große Bremsmoment, das vom Retarder 2 ausgeübt wird, übertragen zu können.
3 zeigt eine Querschnittansicht der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung 4 für einen Retarder 2 in einem verbundenen Zustand. Die Außenhülse 58 wurde auf der Innenhülse in einer Richtung zum Träger 61 hin verschoben, so dass die Zähne 60, 62, die an der Außenhülse 58 und auf dem Träger 61 gebildet sind, ineinander eingreifen mit dem Ergebnis, dass die Außenhülse 58 und der Träger 61 die erste und die zweite Welle 18, 22 formschlüssig verbinden,
Wie in den 2 und 3 gezeigt, ist die erste Welle 18 mit einer ersten und einer zweiten mittigen Bohrung 64, 66 ausgestattet. Die erste Bohrung 64 führt dem Lager 63 und der Kupplungsvorrichtung 4 für Reibungsverringerungs-, Schmierungs- und Kühlungszwecke Schmiermittel zu. Die zweite Bohrung 66 führt Druckluft von einem Kraftelement 91, das vorzugsweise ein Druckluftkompressor ist, und weiter durch einen Druckluftkanal 70, um die Kupplungsvorrichtung 4 zu steuern. Die Innenhülse 57 ist mit einem ersten Kolbenabschnitt 72 ausgestattet, und die Außenhülse 58 ist mit einem zweiten Kolbenabschnitt 74 ausgestattet. Der erste und der zweite Kolbenabschnitt 72, 74 sind kreisförmig und dafür konzipiert, axial in einem ersten bzw. einem zweiten Zylinderabschnitt 76, 78 verschoben zu werden, die kreisförmig und auf der ersten Welle 18 angeordnet sind. Die Zylinderabschnitte 76, 78 können mit einem Formschlusselement 90 drehschlüssig mit der Welle verbunden sein. Die Druckluft wird über den Druckluftkanal 70 in den ersten bzw. zweiten Zylinderabschnitt 76, 78 geführt, um den ersten und den zweiten Kolbenabschnitt 72, 74 zu verschieben. Die Verbindung des ersten Zylinderabschnitts 76 mit dem Druckluftkanal 70 hat eine kleinere Oberfläche als die Verbindung des zweiten Zylinderabschnitts 78 mit dem Druckluftkanal 70. Entsprechend funktioniert die Verbindung des ersten Zylinderabschnitts 76 mit dem Druckluftkanal 70 wie eine Drossel 79, die bedingt, dass der Luftstrom und der Druckausgleich zwischen dem Zylinderabschnitt 76 und dem Druckluftkanal 70 verzögert werden.
Eine erste Rückstellfeder 80 ist zwischen der ersten Welle 18 und der Innenhülse 57 angeordnet. Die erste Rückstellfeder 80 strebt danach, die Innenhülse 57 in eine Stellung zurückzuführen, in der die Innenhülse 57 mit dem ersten Kupplungselement 54 nicht in Eingriff gelangt. Eine zweite Rückstellfeder 82 ist zwischen der ersten Welle 18 und der Außenhülse 58 angeordnet. Die zweite Rückstellfeder 82 strebt danach, die Außenhülse 58 in eine Stellung zurückzuführen, in der die Außenhülse 58 mit dem zweiten Kupplungselement 56 nicht in Eingriff gelangt.
Das erste Kupplungselement 54 ist mit einem ersten Satz Lamellen 84, die auf der ersten Welle 18 angeordnet sind, und mit einem zweiten Satz Lamellen 86, die auf dem Träger 61 angeordnet sind, angeordnet. Wenn die Innenhülse 57 axial in Richtung zu den Lamellen 84, 86 hin verschoben wird, werden diese zusammengedrückt, so dass die Reibung zwischen dem ersten und dem zweiten Satz Lamellen 84, 86 ein Reaktionsmoment zwischen der ersten und der zweiten Welle 18, 22 ergibt. Das Reaktionsmoment bedingt, dass die erste Welle 18 mit der zweiten Welle 22 mitgeschleppt wird, so dass die zweite Welle 22 die erste Welle 18 antreibt.
Wenn der Retarder 2 einrücken soll, um das Fahrzeug 1 abzubremsen, wird somit die Kupplungsvorrichtung 4 eingerückt, so dass die erste Welle 18 über das erste Kupplungselement 54 mit der zweiten Welle 22 verbunden ist. Da sich die zweite Welle 22 anfänglich dreht und die erste Welle 18 stillsteht, veranlasst das erste Kupplungselement 54 die erste Welle 18 zum Drehen. Das Kupplungselement 54 wird von einem Ventil 88 oder einem Schalter, das oder der mit dem ersten Kraftelement 91 verbunden ist, mit Druckluft beaufschlagt. Das Ventil 88 oder der Schalter, das oder der mit dem Kraftelement 91 in Form eines Druckluftkompressors verbunden ist, wird durch die Steuervorrichtung 16 gesteuert (1). Da das erste Kupplungselement 54 eine Lamellenkupplung ist, kann sie nicht das Bremsmoment übertragen, das auftritt, wenn der Retarder 2 das Fahrzeug 1 abbremsen soll. Der Grund liegt darin, dass die Lamellenkupplung zu klein ist, und wenn sie so bemessen wäre, das gesamte Bremsmoment zu übertragen, wäre sie sehr groß und sperrig. Aus diesem Grund wird das zweite Kupplungselement 56 verbunden, wenn die erste und die zweite Welle 18, 22 im Wesentlichen dieselbe Drehzahl erreicht haben. Das zweite Kupplungselement 56 ist dafür bemessen, das große Bremsmoment, das vom Retarder 2 ausgeübt wird, übertragen zu können, wenn der Torus mit Flüssigkeit gefüllt ist.
Durch Anordnen der ersten Rückstellfeder 80, des Kolbenabschnitts 72 und seiner Fläche, auf die die Luftdruck wirkt, und der Rückstellfeder 82, des Kolbenabschnitts 74 und seiner Fläche, auf die der Luftdruck wirkt, wird die Federkraft der ersten Rückstellfeder 80 durch einen Luftdruck vom Ventil 88 oder dem Schalter, das oder der mit dem Kraftelement 64 in Form eines Druckluftkompressors verbunden ist, überwunden, geringer als die Federkraft der zweiten Rückstellfeder 82. Mit anderen Worten, zur Überwindung der Federkraft der zweiten Rückstellfeder 82 ist ein höherer Luftdruck erforderlich als derjenige, der zur Überwindung der Federkraft der ersten Rückstellfeder 80 erforderlich ist.
Wenn die Kupplungsvorrichtung 4 zu einem ersten Zeitpunkt t1 verbunden wird, wird Druckluft mit einem ersten Druckwert p1 durch den Druckluftkanal 70 zugeführt, die sowohl auf den ersten als auch den zweiten Kolbenabschnitt 72, 74 mit einer ersten Kraft wirkt. Der erste Druckwert p1 wird so angepasst, dass die Federkraft der ersten Rückstellfeder 80 überwunden wird, aber die Federkraft der zweiten Rückstellfeder 82 nicht überwunden wird. Somit werden der erste Kolbenabschnitt 72 und die Innenhülse 57 in axialer Richtung zum ersten Kupplungselement 54 hin verschoben und drücken die ersten und die zweite Lamellen 84, 86 zusammen, so dass das erste Kupplungselement 54 eingerückt wird. Im selben Zeitraum wird die Außenhülse 58 durch den Luftdruck nicht axial verschoben. Wenn das erste Kupplungselement 54 eingerückt ist, wird die erste Welle 18 durch die Drehung der zweiten Welle 22 mitgeschleppt. Durch Messen der Drehung der ersten und der zweiten Welle 18, 22 mit dem ersten und dem zweiten Drehzahlsensor 9, 31 ist es möglich, zu bestimmen, wann die erste Welle 18 dieselbe oder im Wesentlichen dieselbe Drehzahl erreicht hat wie die zweite Welle 22. Wenn die erste Welle 18 dieselbe oder im Wesentlichen dieselbe Drehzahl erreicht hat wie die zweite Welle 22, wird der Luftdruck durch das Ventil 88 auf einen zweiten Druckwert p2 zu einem zweiten Zeitpunkt t2 erhöht, so dass die Außenhülse 58 die Federkraft der zweiten Rückstellfeder 82 durch eine zweite Kraft überwindet. Somit wird die Außenhülse 58 über die Druckluft, die auf den zweiten Kolbenabschnitt 74 wirkt, axial in Richtung zum Träger 61 hin verschoben. Wenn die Außenhülse 58 den Träger 61 erreicht, kommen die Zähne 60 der Außenhülse 58 mit den entsprechenden Zähnen 62 des Trägers 61 in Eingriff.
Wenn das zweite Kupplungselement 56 verbunden ist, wird der Torus 44 des Retarders 2 mit Flüssigkeit 46 gefüllt, was bedingt, dass der Retarder 2 eine Bremswirkung auf das Fahrzeug 1 ausübt, wie oben beschrieben. Entsprechend dem oben Gesagten, wird der Retarder 2 als in einem Fahrzeug 1 angeordnet beschrieben, um das Fahrzeug 1 abzubremsen, aber es ist auch möglich, den Retarder 2 gemäß der vorliegenden Erfindung für andere Anwendungen zu nutzen. Entsprechend dem oben Gesagten kann das Fahrzeug 1, der Verbrennungsmotor 8, das Getriebe 6 oder die Antriebswelle 12 eine Antriebsquelle bilden, die direkt oder indirekt mit dem Retarder 2 verbunden ist. Mit dem Retarder 2 können jedoch auch andere Antriebsquellen verbunden sein.
Wenn die Zähne 60, 62 der Außenhülse 58 und des Trägers 61 in einer Stellung enden, in der die Zähne 62 des Trägers 61 verhindern, dass die Außenhülse 58 axial verschoben wird, und somit verhindern, dass die Zähne 60 der Außenhülse 58 mit dem Zähnen 62 des Trägers 61 in Eingriff kommen, kommen sie miteinander in Eingriff, wenn der Torus 44 mit Flüssigkeit gefüllt ist, da das große Bremsmoment vom Retarder 2 die Reibungskraft im ersten Kupplungselement 54 überwindet und die ersten und die zweiten Lamellen 84, 86 relativ zueinander verdreht. Wenn die zweite Welle 22 relativ zur ersten Welle 18 verdreht wird, wird der Träger 61 im Verhältnis zur Außenhülse 58 verdreht, und als Ergebnis verhindern die Zähne 62 des Trägers 61 nicht mehr, dass die Außenhülse 58 axial verschoben wird, so dass die Zähne 60 der Außenhülse 58 mit den Zähnen 62 des Trägers 61 in Eingriff kommen. Um das zweite Kupplungselement 56 arretieren zu können, ohne dass das Arretiermoment im ersten Kupplungselement 54 zu sehr steigt, kann eine Drossel 79 zwischen dem Druckluftkanal 70 und dem ersten Zylinderabschnitt 76 eingefügt werden. Der Anstieg des Luftdrucks ist dann im ersten Zylinderabschnitt 76 im Verhältnis zum zweiten Zylinderabschnitt 78 verzögert. Das Einfügen der Drossel 79 bedingt, dass bei einander gegenüberliegenden Zähnen 60 und 62 und synchroner Drehzahl der Wellen 22 und 18 die zweite Welle 22 relativ zur ersten Welle 18 leichter verdreht werden kann, wenn das Bremsmoment des Retarders zunimmt, und entsprechend können die Zähne 60 der Außenhülse 58 leichter und schneller mit den Zähnen 62 des Trägers 61 in Eingriff kommen. Das Einfügen der Drossel 79 bedingt, dass bei nicht synchroner oder fast synchroner Drehzahl der Wellen 22 und 18 die Drehzahl der Welle 18 nicht zu sehr steigen kann, bevor das zweite Kupplungselement 56 mit den Zähnen 62 des Trägers 61 in Eingriff gekommen ist. Das ist in Fällen vorteilhaft, bei denen eine kontrollierte Drehzahldifferenz erreicht werden muss, damit das zweite Kupplungselement 56 mit den Zähnen 62 des Trägers 61 in Eingriff kommt.
Wenn der Retarder 2 getrennt wird, wird der Torus 44 von der Flüssigkeit entleert, und anschließend wird der Luftdruck auf den ersten Druckwert p1 verringert, so dass die Federkraft der zweiten Rückstellfeder 82 nicht mehr durch den Luftdruck überwunden werden kann. Somit bewegt die zweite Rückstellfeder 82 die Zähne 60 der Außenhülse 58 aus ihrer Eingriffstellung mit den Zähnen 62 des Trägers 61 heraus. Anschließend wird das Ventil 88 geschlossen, so dass der Luftdruck auf Atmosphärendruck verringert wird, worauf die Federkraft der ersten Rückstellfeder 80 nicht mehr durch den Luftdruck überwunden werden kann. Somit bewegt die erste Rückstellfeder 80 die Innenhülse 57 in einem Abstand von den Lamellen 84, 86 des ersten Kupplungselements 54, so dass das erste Kupplungselement 54 getrennt wird und die erste Welle 18 nicht mehr von der zweiten Welle 22 angetrieben wird. Somit dreht sich die erste Welle 18 nicht mehr oder dreht sich sehr langsam, was dazu führt, dass die Wirkung der ersten Welle 18 auf die zweite Welle 22 minimal wird. Anstatt den Luftdruck in zwei Stufen zu verringern, ist es möglich, den Luftdruck kontinuierlich vom zweiten Druckwert p2 auf Atmosphärendruck zu verringern.
Ein Verfahren zur Verbindung des Retarders 2 wird mit Hilfe der 4 und 5 erläutert. Das Ablaufdiagramm in 4 zeigt, dass in einem ersten Schritt a) eine erste Kraft, die durch einen ersten Luftdruck erreicht wird, auf das erste Kupplungselement 54 angewandt wird, so dass die zweite Welle 22 die erste Welle 18 veranlasst, sich mit im Wesentlichen derselben Geschwindigkeit zu drehen wie die zweite Welle 22. In einem zweiten Schritt b) wird eine zweite Kraft, die durch einen zweiten Luftdruck, der größer ist als der erste Luftdruck, erreicht wird, auf das zweite Kupplungselement 56 angewandt, so dass die erste und die zweite Welle 18, 22 miteinander verbunden werden. In einem dritten Schritt c) wird der Retarder 2 durch die Zufuhr von Flüssigkeit 46 in den Torus 44 des Retarders 20 aktiviert.
Das Diagramm in 5 zeigt, wie die erste Kraft in Schritt a) mit Druckluft mit dem ersten Druckluftwert p1 zum Zeitpunkt t1 erzeugt wird und dass die zweite Kraft in Schritt b) mit Druckluft mit dem zweiten Druckluftwert p2 zum Zeitpunkt t2 erzeugt wird, wobei der Druckluftwert p2 größer ist als der Druckluftwert p1.
Die oben angegebenen Komponenten und Merkmale können im Rahmen der Erfindung mit verschiedenen angegebenen Ausführungsformen kombiniert werden, ohne den alleine durch die Patentansprüche definierten Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.

Claims

Kupplungsvorrichtung für einen flüssigkeitsgesteuerten Retarder (2), umfassend eine erste Welle (18), die mit einem Rotor (20) des Retarders (2) verbunden ist; eine zweite Welle (22), die dafür angeordnet ist, mit einer Antriebsquelle (1) in Eingriff zu kommen; ein erstes Kupplungselement (54), das zwischen der ersten und der zweiten Welle (18, 22) angeordnet ist; und ein zweites Kupplungselement (56) zwischen der zweiten Welle (22) und dem ersten Kupplungselement (54) angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Kupplungselement (54, 56) mittels Druckluft gesteuert werden.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kupplungselement (54) und das zweite Kupplungselement (56) miteinander integriert sind und durch eine gemeinsame Kraftquelle (91) aktiviert werden.
Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kupplungselement (54) eine Reibungskupplung ist.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungskupplung eine Lamellenkupplung ist.
Kupplungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kupplungselement (56) eine formschlüssige Kupplung ist.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Kupplung eine Klauenkupplung ist.
Kupplungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kupplungselement (54) eine axial verschiebbare Innenhülse (57) auf der ersten Welle (18) umfasst, die durch erste Keile (59) drehschlüssig mit der ersten Welle (18) verbunden ist.
Kupplungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kupplungselement (56) eine axial verschiebbare Hülse (58) umfasst, ausgestattet mit Zähnen (60), die dafür geeignet sind, mit entsprechenden Zähnen (62) auf einem Träger (61), angeordnet auf der zweiten Welle (22), in Eingriff zu kommen.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülse (58) auf der Innenhülse (57) axial verschiebbar ist, wobei die Außen- und die Innenhülse (58, 57) durch zweite Keile (67) drehschlüssig miteinander verbunden sind.
Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 und 8 oder 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (57) mit einem ersten Kolbenabschnitt (72) und die Außenhülse (58) mit einem zweiten Kolbenabschnitt (74) ausgestattet ist, wobei der erste Kolbenabschnitt (72) dafür angeordnet ist, mit einem ersten Zylinderabschnitt (76) zusammenzuwirken und wobei der zweite Kolbenabschnitt (74) dafür angeordnet ist, mit einem zweiten Zylinderabschnitt (78) zusammenzuwirken.
Kupplungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Welle (22) mit Zähnen (24) zum Ineingriffkommen mit einem in der Antriebsquelle (1) angeordneten Zahnrad (28) ausgestattet ist.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drossel (79) zwischen dem ersten Zylinderabschnitt (76) und einem mit dem ersten und dem zweiten Zylinderabschnitt (76, 78) verbundenen Druckluftkanal (70) angeordnet ist, um einen vorbestimmten Druckausgleich zwischen dem ersten Zylinderabschnitt (76) und dem Druckluftkanal (70) zu erreichen.
Kupplungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Rückstellfeder (80) zwischen der ersten Welle (18) und der Innenhülse (57) angeordnet ist und eine zweite Rückstellfeder (82) zwischen der ersten Welle (18) und der Außenhülse (58) angeordnet ist, wobei die Federkraft der zweiten Rückstellfeder (82) zusammen mit dem Kolbenabschnitt (74) so angeordnet ist, dass ein größerer Luftdruck erforderlich ist, um die Federkraft der Rückstellfeder (82) zu überwinden, als zum Überwinden der Federkraft der Rückstellfeder (80) mit ihrem Kolbenabschnitt (72) erforderlich ist.
Kupplungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Welle (22) koaxial zur ersten Welle (18) angeordnet ist.
Kupplungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Welle (22) über Wälzlager (63) an die erste Welle (18) montiert ist.
Kupplungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsquelle ein Verbrennungsmotor in einem Fahrzeug (1) ist.
Fahrzeug (1), dadurch gekennzeichnet, dass es eine Kupplungsvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1-16 umfasst.
Verfahren zur Verbindung eines flüssigkeitsgesteuerten Retarders (2), gekennzeichnet durch die Schritte: a) Anwenden einer ersten Kraft, die mit einem ersten Luftdruck erreicht wird, auf ein erstes Kupplungselement (54), angeordnet zwischen einer ersten Welle (18), die mit einem Rotor (20) des Retarders (2) verbunden ist, und einer zweiten Welle (22), die dafür angeordnet ist, mit einer Antriebsquelle (1) so in Eingriff zu kommen, dass die zweite Welle (22) die erste Welle (18) veranlasst, sich mit derselben Geschwindigkeit zu drehen wie die zweite Welle (22), b) Anwenden einer zweiten Kraft, die mit einem zweiten Luftdruck, der größer als der erste Luftdruck ist, erreicht wird, auf ein zweites Kupplungselement (56), angeordnet zwischen der zweiten Welle (22) und dem ersten Kupplungselement (54), so dass die erste und die zweite Welle (18, 22) miteinander verbunden werden und c) Ineingriffbringen des Retarders (2), indem dem Torus (44) des Retarders (2) Flüssigkeit (46) hinzugefügt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kraft in Schritt a) mit Druckluft mit einem ersten Druckluftwert (p1) erzeugt wird und die zweite Kraft in Schritt b) mit Druckluft mit einem zweiten Druckluftwert (p2) erzeugt wird, wobei der Druckluftwert (p2) größer ist als der Druckluftwert (p1).