DE1655644B - Hydrodynamische Bremse mit einer Einrichtung zum selbsttätigen Begrenzen der maximalen Leistungsaufnahme, insbesondere für Fahrzeuge - Google Patents
Hydrodynamische Bremse mit einer Einrichtung zum selbsttätigen Begrenzen der maximalen Leistungsaufnahme, insbesondere für FahrzeugeInfo
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Description
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 verbrennungsmotorgetriebenen 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 Motpx-Kühlanlage leuchtet sofort ein, wenn
man bedenkt, daß bei Fahrzeugen in aller Regel die hydrodynamischen Bremsen so ausgelegt sind, daß
sie ohne weiteres den 1,5-fachen Betrag der vollen Motorleistung in Wärme umzuwandeln vermögen, Infolgedessen
muß bei hydrodynamischen Bremsanlas gen, deren Wärmetauscher in eine fremde Kühlanlage
Wärme einspeist, mit Rücksicht auf die Erfordernisse dieser fremden Kühlanlage eine Leistungsbegrenzung
vorgesehen werden. Doch auch bei unabhängigen hydrodynamischen Bremsanlagen mit einer eigenen
ίο Kühlanlage muß einer Überhitzung des Arbeitsmedi-'ums
vorgebeugt werden, insbesondere dann, wenn dieses Arbeitsmedium noch zur Schmierung dient und
bei einer Überhitzung seine Schmierfähigkeit verlieren würde.
π Es sind bereits Einrichtungen zur Leistungsbegrenzung einer hydrodynamischen Bremse bekannt
(DT-AS 1,184,790). Bei ihnen wird 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 Teufe darüber hinaus ohne gefährlichen Temperaturanstieg einen relativ
kurzen Wärmestoß aufnehmen, wie ihn eine Verzögerungsbremsung eines Fahrzeuges bei Fahrt in
der Ebene darstellt. Das heißt, 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 daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der beschriebenen Einrichtung zur
Bremsleistungsbegrenzung zu vermeiden und im Hinblick auf eine Ausschöpfung der installierten Bremsleistung
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 Größe zur Leistungsbegrenzung einge-5
führt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kombinierte Anwendung einer Bremsmomentenbegrenzung
und einer Arbeitsmittel-Temperaturbegrenzung gelöst, dergestalt, daß an dem Arbeitsraum
der Bremse ein federbelastetes Druckbegrenzungsventil angebracht ist, dessen Federvorspannung
thermostatisch bei steigender Arbeitsmitteltemperatur vermindert wird.
Zweckmäßigerweise ist die mechanische Koppelung der Thermostaten an die Feder so ausgebildet, daß
das Mindern der Federvorspannung erst ab einer bestimmten, einstellbaren Temperatur einsetzt.
Der Erfinder geht dabei von der in aller Regel, zumindest
jedoch im oberen Betriebsbereich näherungs-
weise zutreffenden Annahme aus, daß das Drehmoment der hydrodynamischen Bremse bei konstanter
Füllung proportional dem Druck am Außenumfang des torusförmigcn Arbeitsraumes ist, Dieser Druck
wird durch vorgesehene Ventile begrenzt. Steigt der Druck im Arbeitsraum höher an »ils es die Federvorspannung
zuläßt, d.h. ist das Bremsmoment zu hoch, so schiebt das Arbeitsmedium den Veiitilkolben entgegen
der Federkraft bis zu einem neuen Gleichgewichtszustand ein Stück weit zurück und legt dadurch
den Querschnitt frei, über den die Füllung des Arbeitsraumes der Bremse verringert wird. Durch diese
Füllungsrücknahme 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 ate 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 Drukkes des Arbeitsmediums ein Temperatureinflu3 auf
den Ventilkolben gegeben; dieser wirkt bei einem Anstieg der Temperatur in öffnendem Sinn, d.h. der Füllungsgrad
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 eventuell
nachgeschalteten Kühlkreislaufes, ist die Temperatur des Arbeitsöles diejenige, die über den Thermostaten
auf das Begrenzungsventil einwirkt. Die Leistungsbegrenzung der Bremse über die Erwärmung der Arbeitsflüssigkeit
führt zu einer beweglichen Leistungsgrenze, da 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 somit durch die Erfindung 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 7iirückeenommen. z.B. über einen Hilfskolben, wobei
der Druck zum Beaufschlagen dieses Hilfskolbens über einem Temperatur-Druck-Meßwertumformer mit
hydrostatischer Hilfscnergiezufuhr zur Verfügung gestellt wird,
! Zwei Ausführungsbeispielo der Erfindung sind nachfolgend
anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt. „ „ , .,,
Fig. 1 eine hydrodynamische Bremse im Halbschnitt mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Brems-
ieistungsbegrenzungsventil und
Fig. 2 die gleiche Bremse mit einem anderen Ausfuhrungsbeispiel
des Begrenzungsventils.
Einander entsprechende, gleiche Teile der Darstellungen sind mit gleichen Bezugszeichen versehen; ein-
ander 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 ist das Leistungsbegrenzungsventil
6 (in Fig. 1) bzw. 6'(in Fig. 2) angeordnet.
2s 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 Überströmleitung 9. Bei Druckanstieg im Arbeitsraum über den durch die Federvor-
spannung 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 Füllungsgrad 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 ist 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 ist 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 16 und 17 auf
die Temperatur der abfließenden Arbeitsflüssigkeit gebracht. Je höher die Temperatur des Öles ist, um 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 verringert sich die Vor-5
spannung der Feder 7. Das heißt bei gleichem Druck im Arbeitsraum vergrößert sich der Überströmquerschnitt
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 T in die die Überströmleitung 9 verschließende Endstellung
gedrückt wird. Über die Kolbenstange 12'ist der Kolben
14'an den Kolben 8' angehängt.
' In der Überströmleitung 9 ist ein Thermostat 15' angeordnet, der auf einen Temperatur-Druck-Meßwert-
' In der Überströmleitung 9 ist ein Thermostat 15' angeordnet, der auf einen Temperatur-Druck-Meßwert-
umformer 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 Öltemperatur
proportionaler Flüssigkeitsdruck. Diese Proportionalität setzt jedoch erst oberhalb einer bestimmten
Temperatur ein; darunter ist die Leitung 22 drucklos. Wird im Öl eine Temperatur im Proportionalitätsbereich
erreicht,_so wird der Kolben 14' angehoben; er öffnet einen Überströmquerschnitt 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 erfindungsgemäß ausgebildeten 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 weitgehend ausgenützt werden. Im Winter
bei hoher Kühlkapazität ist die zulässige Bremsleistung höher als im Sommer. Bei einer Verzögerungsbremsung ist kurzzeitig eine sehr viel höhere Bremsleistung
möglich als z.B. bei einer lang andauernden
π Talfahrt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Hydrodynamische Bromse mit einer Einrichtung
zum selbsttätigen Begrenzen der maximalen Leistungsaufnahme, insbesondere Tür Fahrzeuge,
gekennzeichnet durch die kombinierte Anwendung einer Brems momentbegrenzung und einer
Arbeitsmittel-Temperaturbegrenzung, dergestalt, daß an dem Arbeitsraum (3/4) der Bremse (5) ein
federbelastetes Druckbegrenzungsventil (6 bzw. 6') angebracht ist, dessen Federvorspannung thermostatisch
bei steigender Arbeitsmitteltemperatur vermindert wird.
2. 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.
3. Bremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß außer der Federvorspannung
noch eine weitere Vorspannkraft auf den Steuerkol ben (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 temperaturbeeinflußten Vorspannungsrücknahme am Druckbegrenzungsventil und durch
einen Temperatur-Druck-Meßwertumformer (20) mit hydrostatischer Hilfsenergiezufuhr (21).
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2642867A1 (de) * | 1975-09-24 | 1977-04-07 | Volvo Ab | Hydrodynamische bremsvorrichtung fuer motorfahrzeug |
DE19716919A1 (de) * | 1997-04-23 | 1998-10-29 | Voith Turbo Kg | Verfahren und Vorrichtung zur maximalen Ausnutzung der Bremswirkung eines Retarders |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2642867A1 (de) * | 1975-09-24 | 1977-04-07 | Volvo Ab | Hydrodynamische bremsvorrichtung fuer motorfahrzeug |
DE19716919A1 (de) * | 1997-04-23 | 1998-10-29 | Voith Turbo Kg | Verfahren und Vorrichtung zur maximalen Ausnutzung der Bremswirkung eines Retarders |
DE19716919C2 (de) * | 1997-04-23 | 2001-07-12 | Voith Turbo Kg | Verfahren und Vorrichtung zur maximalen Ausnutzung der Bremswirkung eines Retarders |
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