DE1655644A1

DE1655644A1 - Hydrodynamische Bremse mit Leistungsbegrenzung

Info

Publication number: DE1655644A1
Application number: DE19671655644
Authority: DE
Inventors: Helmut Mueller
Original assignee: Voith Getriebe KG
Current assignee: Voith Getriebe KG
Priority date: 1967-11-09
Filing date: 1967-11-09
Publication date: 1971-08-26
Also published as: GB1225136A; FR1590328A; US3542168A; DE1655644C3

Description

ap/A 2708 Voith Getriebe KG

"Bremsleistungsbegrenzung II" Heidenheim/Brenz

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Hydrodynamische Bremse mit Leistungsbegrenzung

Die Erfindung betrifft eine insbesondere für Fahrzeuge geeignete hydrodynamische Bremse mit einer Einrichtung zum selbsttätigen Begrenzen der maximalen Leistungsaufnahme.

Hydrodynamische Bremsen verwandeln kinetische· Energie durch innere Reibung innerhalb der Arbeitsflüssigkeit in Wärme, die abgeführt werden muß. Wird das abzubremsende Aggregat durch einen Motor angetrieben, welcher einen Wärmetauscher zum Abführen seiner Verlustenergie benötigt, z.B. bei einem verbrennungsmotor-getriebenen Schienenfahrzeug, so wird in aller Regel diese Motorkühlanlage auch zur Bremswärmeabfuhr herangezogen und entsprechend größer dimensioniert. Es muß lediglich über einem Flüssig-Flüssig-Wärmetauscher die Wärme des Arbeitsmediums der Bremse an die Kühlflüssigkeit des Motors abgegeben werden. Mit Rücksicht auf die erforderliche Betriebstemperatur der Motor-Kühlflüssigkeit darf jedoch von der Bremse her pro Zeiteinheit nicht ein beliebig hoher Energiebetrag in die Kühlanlage eingespeist werden, da sonst eine Überhitzung des Kühlwassers mit entsprechenden Folgeschäden am Motor zu erwarten ist. Die Möglichkeit einer solchen thermischen Überlastung der Motor-Kühlanlage leuchtet sofort ein, wenn man bedenkt, daß bei Fahrzeugen in aller Regel die hydrodynamischen Bremsen no ausgelegt sind, daß sie ohne weiteres den 1,5-fachen Betrag der vollen Motorleistung in Wärme umzuwandeln vermögen. Infolgedessen muß bei hydrodynamischen Bremsanlagen, deren Wärmetauscher in eine fremde Kühlanlage V/ärme einspeist, mit Rücksicht auf die iiri'orderniase dieser fremden Kühlanlage eine Leistungsbegrenzung vorgesehen werden. Doch auch bei unabhängigen hydro-

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dynamischen Bremsanlagen mit einer eigenen Kühlanlage muß einer Überhitzung des Arbeitsmediums mit Rücksicht auf dessen Schmierfähigkeit vorgebeugt werden.

Man hat bisher Einrichtungen zur Leistungsbegrenzung der Bremse vorgesehen. Bei ihnen wurde über die Messung der Bremsrotordrehzahl und des Bremsmomentes die Bremsleistung bestimmt und über einen Regler diese Regelgröße nach oben hin begrenzt, z.B. durch Füllungsrücknahme in der Bremse. Die auf einem solchen Wege erzielte Leistungsgrenze wird einmal einjustiert und liegt fest. Mit Rücksicht auf hohe Sommertemperaturen, Wärmetauscherverschmutzung etc. wird diese Leistungsgrenze ausreichend tief gelegt .

Ganz abgesehen von dem regeltechnischen Aufwand weist eine solche Einrichtung den Nachteil einer unverrückbaren Bremsleistungsgrenze auf, obwohl in der meisten Zeit des Jahres oberhalb dieser Grenze gefahrlos auch im Dauerbetrieb, z.B. bei Talfahrt, gebremst werden könnte. Da die Gesamtmasse der von der Kühlflüssigkeit sowie der von den Arbeitsmedien benetzten Teile und die Masse der Kühlflüssigkeit sowie die des Arbeitsmediums selber zusammen eine bestimmte, nicht unbeträchtliche Wärmekapazität besitzen, können diese Teile darüber hinaus ohne gefährlichen Temperaturanstieg einen relativ kurzen Wärmestoß aufnehmen, wie ihn eine Verzögerungsbremsung eines Fahrzeuges bei Fahrt in der Ebene darstellt. D.h. bei einer Verzögerungsbremsung ist eine Leistungsbegrenzung im Regelfall mit Rücksicht auf die thermische Belastung der Anlage unnötig und beschneidet nur die Kapazität der installierten Bremsen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der beschriebenen Einrichtung zur Bremsleistung3begrenzung zu vermeiden und im Hinblick auf eine Ausschöpfung der installierten Bremsleitung bewegliche Leistungsgrenzen einzuführen, indem mit Rücksicht auf die Festigkeit der Zahnräder zwischen Bremse und abzubremsender Achse das Bremsmoment und mit Rücksicht auf die Schmierfähigkeit des Arbeitsmediums dessen Temperatur als maßgebende Größen zur Leistungsbegrenzung eingeführt werden.

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Es wird daher erfindungsgemäß die kombinierte Anwendung einer Bremsmomentenbegrenzung und einer Arbeitsmittel-Temperaturbegrenzung vorgeschlagen, dergestalt, daß an dem Arbeitsraum der Bremse ein federbelastetes Druckbegrenzungsventil angebracht ist, dessen B'edervorspannung thermostatisch bei steigender Arbeitsmitteltemperatur vermindert wird. Zweckmässigerweise ist die mechanische Koppelung der Thermostaten an die Feder so ausgebildet, daß das Lösen der Federvorspannung erst ab einer bestimmten, einstellbaren Temperatur einsetzt.

Der Erfinder geht dabei von der in aller Regel, zumindest jedoch im oberen Betriebsbereich näherungsweise zutreffenden Annahme aus, daß das Drehmoment der hydrodynamischen Bremse bei konstanter Füllung proportional dem Druck am Aussenumfang des torusförmigen Ar- . beitsraumes ist. Dieser Druck wird durch vorgesehene Ventile begrenzt. Steigt der Druck im Arbeitsraum höher an als es die Federvorspannung zuläßt, d.h. ist das Bremsmoment zu hoch, so schiebt das Arbeitsmedium den Ventilkolben entgegen der Federkraft bis zu einem neuen Gleichgewichtszustand ein Stück weit zurück und legt dadurch Querschnitt frei, über den die Füllung des Arbeitsraumes der Bremse verringert wird. Durch diese FUllungrücknahme verringert sich das Bremsmoment, wenngleich der Füllungsdruck auf dem erhöhten, die Füllungsrücknahme auslösenden Wert beharren mag. Durch diese Maßnahme sind mechanische Folgeschäden an den Übertragungsgliedern zwischen Bremsrotor und abzubremsender Achse ausgeschaltet.

Da beim Einschalten der Bremse als erstes immer das Drehmoment durch die in Betrieb genommene hydrodynamische Bremse und der Druck am Außenumfang des Arbeitsraumes wirksam werden, wird demgemäß zunächst gegebenenfalls ein entsprechender Regelvorgang am Druckbegrenzungsventil ausgelöst, d.h. bei Beginn der Bremsung stellt sich selbsttätig das maximal zulässige Bremsmoment ein. Zeitlich später erfolgt erst eine thermische Auswirkung des Bremsvorganges. Je nach dessen Dauer und Intensität wird allmählich zusätzlich zur Wirkung des Druckes des Arbeitsmediums ein Temperatureinfluß auf den Ventilkolben gegeben; dieser wirkt bei einem Anstieg der Temperatur in öffnendem Sinn, d.h. der FUllungsgrad

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der Kupplung wird weiter verringert. Dadurch, daß nach Maßgabe der Erwärmung des Arbeitsmediums das Drehmoment begrenzt wird, kommt aufs Ganze gesehen eine Art Leistungsbegrenzung zustande.

Da die höchstzulässige Temperatur der Arbeitsflüssigkeit wegen ihrer gleichzeitigen Verwendung als Schmierflüssigkeit im allgemeinen niedriger ist als die höchstzulässige Kühlwassertemperatur eines eventulle nachgeschalteten Kühlkreislaufes , ist die Temperatur des Arbeitsöles diejenige, die über den Thermostaten auf das Begrenzungsventil einwirkt. Die Leistungsbegrenzung der Bremse über die Erwärmung der ArbeitsflUssigkeit führt zu einer beweglichen Leistungsgrenze, da Dank der erfundenen Einrichtung im Winter mehr Bremswärme abgeführt werden kann als im Sommer, ohne daß irgendeine Temperatur unzulässig überschritten wird. Die Temperatur, der eigentliche Grund zum Griff zu einer Leistungsbegrenzung, ist durch die Erfindung zu ihrer rechten Bedeutung gelangt und zur maßgebenden Größe bei der Leistungsbegrenzung gemacht worden.

Zur Kompensierung der Abweichung des linearen Zusammenhanges zwischen Bremsmoment und Druck am Außenumfang des Arbeitsraumes oder zur Einführung einer anderen Abhängigkeit wird in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, daß außer der Federvorspannung noch eine weitere Vorspannkraft auf den Steuerkolben des Druckbegrenzungsventils wirkt, insbesondere eine vorzugsweise mit der Bremsrotordrehzahl sich nach einer bestimmten Gesetzmäßigkeit ändernde Druckkraft. Zweckmässigerweise wird die Federvorspannung des Druckbegrenzungsventils bei erforderlichem Lösen auf Grund eines Temperatureinflusses hydrostatisch zurückgenommen, z.B. über einen Hilfskolben, wobei der Druck zum Beaufschlagen dieses Hilfskolbens über einem Temperatur-Druck-Meßwertumformer mit hydrostatischer Hllfsenergiezufuhr zur Verfügung gestellt wird.

Die Erfindung ist anhand zweier in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele im folgenden näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine hydrodynamische Bremse im Halbschnitt mit

einem Bremslelstungsbegrenzungsventil nach der

Erfindung und

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Fig. 2 die gleiche Bremse mit einem anderen Ausf-Uhrungsbeispiel des Begrenzungsventils.

Einander entsprechende, gleiche Teile der Darstellungen sind mit gleichen Bezugszeichen versehen; einander entsprechende, ähnliche Teile sind durch einen Strich voneinander unterschieden.

Die in den Figuren dargestellte hydrodynamische Bremse 5 weist einen Rotor 1 und einen Stator 2 auf, die beide mit einem Schaufelkranz 3 bzw. 4 ausgestattet sind, welche zusammen den torusförmigen Arbeitsraum 3/4 der Bremse 5 bilden. Am Außenumfang des Arbeitsraumes der Bremse 1st das Lelstungsbegrenzungsventil 6 (in Fig. l) bzw. 6* (in Fig. 2) angeordnet.

Das Begrenzungsventil nach Fig. 1 weist einen durch eine vorgespannte Feder 7 belasteten Steuerkolben 8 auf. In der Ruhestellung des Ventils verschließt der Kolben 8 die Überstromleitung 9- Bei Druckanstieg im Arbeitsraum über den durch die Federvorspannung bestimmten Wert hebt der Kolben 8 sich aus der Ruhelage und kommt in einer etwas zurückliegenden Stellung in eine Gleichgewichtslage. Dabei legt der Kolben einen gewissen Anteil des Querschnittes der Leitung 9 frei* über den der FUllungsgrad der Bremse abnehmen kann und bei einem kleineren Wert seinen neuen Beharrungszustand findet.

Die Größe des Füllungsgrades der Bremse 5 und damit des Bremsmomentes in Abhängigkeit vom Druck am Außenumfang des Arbeitsraumes 3/4 1st bestimmt durch die Vorspannung der Feder 7- Diese Feder stützt sich auf einen zweiten Kolben 10 ab, der seinerseits durch eine Feder 11, die stärker 1st als Feder 7* in einer Endlage gehalten wird. Auf diesen wirkt über ein Gestänge 12 und eine Justierschraube 13 der Stößel 14 eines Wachsthermostaten 15. Der Thermostat wird über die Leitungen l6 und 17 auf die Temperatur der abfließenden Arbeitsflüssigkeit gebracht. Je höher die Temperatur des Öles 1st, vm so mehr schiebt das Wachs den Stößel 14 aus dem Thermostaten heraus. Bei einer bestimmten Temperatur kommt der Stößel 14 am unteren Ende der Justierschraube 13 zur Anlage; bei weiterem Temperaturanstieg wird der Kolben 10 entgegen der Kraft der Feder 11 angehoben. Damit

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verringert sich die Vorspannung der Feder J. D.h. bei. gleichem Druck im Arbeitsraum vergrößert sich der Oberströmquerschnitt In die Leitung 9« der Füllungsgrad und damit die Bremsleistung nimmt durch Temperatureinfluß ab.

Bei dem Begrenzungsventil 6* nach Fig. 2 ist die Temperaturbeeinflussung etwas anders gelöst. Das Begrenzungsventil weist ebenfalls einen Kolben 8* auf« der durch die Kraft der vorgespannten Feder 7* in die die Oberströmleitung 9 verschließende Endstellung gedrückt wird. Ober die Kolbenstange 12* 1st der Kolben 14* an den Kolben 8* angehängt.

In der Oberströmleitung 9 ist ein Thermostat 15* angeordnet, der auf einen Temperatur-Druck-Heßwertumformer 20 einwirkt. Der umformer wird durch die Zahnradpumpe 21 mit Druck versorgt. In der vom umformer zum Druckraum des Kolbens 14* führenden Leitung 22 herrscht stets ein der Oltemperatur proportionaler Flüssigkeitsdruck. Diese Proportionalität setzt jedoch erst oberhalb einer bestimmten Temperatur ein; darunter 1st die Leitung 22 drucklos. Wird im öl eine Temperatur im Proportlonlitätsbereleh erreicht, so wird der Kolben 14* angehoben; er öffnet einen Oberströmquerschnitt in die Leitung 9* wodurch sich der Füllungsgrad der Bremse verringert· Das Bremsmoment geht infolgedessen zurück. Da bei gleicher Bremsrotordrehzahl die durch die Bremse umformbare Leistung abnimmt, geht auch die Erwärmung des Arbeitsmediums zurück solange für ausreichenden Durchsatz durch die Bremse gesorgt ist.

Die Vorteile der erfundenen Bremse liegen in der Einfachheit der Begrenzungseinrichtung und vor allem In der Beweglichkeit der Leistungsgrenze. Dadurch braucht nicht ein Sicherheitsabstand von der äußerstenfalls in Bezug auf die Kühlwasser- bzw. ölerwärmung zulässigen Leistungsgrenze eingehalten werden, sondern die Installierte Leistung kann weltgehend ausgenützt werden. Xn Winter bei hoher KUhI-kapazität ist die zulässige Bremsleistung höher als la Sommer. Bei einer Verzögerungsbremsung ist kurzzeitig eine sehr viel höhere Bremsleistung möglich als z.B. bei einer lang andauernden Talfahrt.

Heldenheim, den 7.11.1967 PÖ/Srö

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Claims

ap/A 2788 Voith Getriebe KO. Bremsleistungsbegrenzung II" Heidenheim/Brenz Patentansprüche

1. Hydrodynamische Bremse mit einer Einrichtung zum selbsttätigen Begrenzen der maximalen Leistungsaufnahme, insbesondere für Fahrzeuge, gekennzeichnet durch die kombinierte Anwendung einer Bremsmomentbegrenzung und einer Arbeitsmittel-Temperaturbegrenzung, dergestalt, daß an dem Arbeitsraum (3/4) der Bremse (5) ein federbelastetes Druckbegrenzungsventil (6 bzw. 6¹) angebracht ist, dessen Federvorspannung thermostatisch bei stei- · gender Arbeitsmitteltemperatür vermindert wird.

~, Bremse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Ausbildung des Thermostaten (15 bzw. 15* )* daß das Mindern der Federvorspannung des Druckbegrenzungsventils (6 bzw. 6') erst ab einer bestimmten, einstellbaren Temperatur einsetzt.

5. Bremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß außer der Federvorspannung noch eine weitere Vorspannkraft auf den Steuerkolben (8) des Druckbegrenzungsventils einwirkende Vorspannkraft vorgesehen ist, insbesondere eine vorzugsweise mit der Rotordrehzahl sich nach einer bestimmten Gesetzmäßigkeit ändernde Druckkraft.

4. Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine hydrostatische Betätigung der temperatürbeeinflußten Vorspannungsrücknahme am Druckbegrenzungsventil und durch einen Temperatur-Druck-Meßwertumformer (20) mit hydrostatischer Hilfsenergiezufuhr (21).

Heidenheim, den 7.II.1967
Pö/Srö

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