DE19509417A1

DE19509417A1 - Antriebseinheit

Info

Publication number: DE19509417A1
Application number: DE19509417A
Authority: DE
Inventors: Werner Adams; Peter Edelmann; Juergen Friedrich; Peter Heilinger; Peter Rose; Klaus Vogelsang
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 1994-12-16
Filing date: 1995-03-16
Publication date: 1996-06-20
Also published as: DE4445024A1; US5829562A; DE59509512D1; RU2200679C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit, im einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In Antriebsanlagen von Fahrzeugen oder stationären Anlagen ist als Mittel zur Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlreduzierung häufig ein Retarder integriert. Der Retarder wird beim Einsatz im Kraftfahrzeug oder bei Anlagen mit stark wechselndem Betrieb durch Füllen und Entleeren des beschaufelten Arbeitskreislaufes mit einem Betriebsfluid ein- oder ausgeschaltet.

Die stationären oder fahrbaren Einheiten - beispielsweise Kraftfahrzeuge -, in welchen die genannten Antriebseinheiten eingebaut sind, haben in der Regel weitere Aggregate, die einer Kühlung bedürfen. Hierbei ist beispielsweise an Motoren, Bremsen, Kupplungen, Getriebe zu denken.

Diese anderen Aggregate können ebenfalls einen Kühlkreislauf aufweisen, um deren Arbeitsmedium zu kühlen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinheit gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 derart zu gestalten, daß der zum Kühlen des Retarders sowie ggf. weiterer Aggregate der zugeordneten, stationären oder fahrbaren Einheit verringert wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im übrigen folgendes dargestellt:

Fig. 1a-1c zeigen eine bevorzugte Ausführung mit im Getriebe integriertem Retarder in verschiedenen Betriebszuständen;

Fig. 2 eine Anordnung gemäß der Fig. 1 im Bremsbetrieb mit vertauschten Lagern;

Fig. 3a-3b zeigen eine Ausführung entsprechend den Fig. 1 mit auf der Rotorschaufelradwelle fliegend gelagertem und getriebeseitig angeordnetem Ritzel;

Fig. 4 zeigt eine Ausführung entsprechend den Fig. 1 mit auf der Rotorschaufelradwelle fliegend gelagertem und retarderseitig angeordneten Ritzel;

Fig. 5 zeigt eine Ausführung mit im Getriebe integriertem Retarder;

Fig. 6 zeigt eine Ausführung entsprechend Fig. 5 mit vertauschten Lagern;

Fig. 7 zeigt eine Ausführung mit im Getriebe integriertem Retarder und mit auf der Rotorschaufelradwelle fliegend gelagertem und getriebeseitig angeordnetem Ritzel;

Fig. 8 zeigt eine Ausführung entsprechend Fig. 7 mit vertauschten Lagern;

Fig. 9a und 9b zeigen Ausführungen mit im Getriebe integriertem Retarder und mit auf der Rotorschaufelradwelle fliegend gelagertem und retarderseitig angeordnetem Ritzel;

Fig. 10 zeigt eine Ausführung entsprechend Fig. 6 mit einer in den Retarder integrierten zusätzlichen Förderpumpe.

Die Fig. 1a-1c zeigen eine bevorzugte Ausführung mit im Getriebe integriertem Retarder in verschiedenen Betriebszuständen. Zur Verdeutlichung sind hier lediglich das Getriebe und die zur Funktionsweise erforderlichen Komponenten schematisch dargestellt.

Ein hydrodynamischer Retarder 100 ist im Antriebsstrang in einem Getriebe 200, insbesondere ins Getriebeendgehäuse 1 integriert. Der hydrodynamische Retarder 100 umfaßt ein Rotorschaufelrad 2 und ein Statorschaufelrad 3 sowie ein Rotorschaufelradgehäuse 4 und ein Statorschaufelradgehäuse 5. Das Rotorschaufelrad ist drehfest mit einer Rotorschaufelradwelle 6 verbunden. Die Rotorschaufelradwelle 6 ist dabei parallel zu einer Getriebewelle 10, welche als Getriebein-, oder wie hier dargestellt, als Getriebeausgangswelle fungiert, angeordnet. Das Rotorschaufelrad 2 ist fliegend auf der Rotorschaufelradwelle 6 gelagert. Die Rotorschaufelradwelle 6 ist in diesem Beispiel im Getriebegehäuse 1 und im Rotorschaufelradgehäuse 4 gelagert. Die Lagerung, bestehend aus einem Loslager 7 und einem Festlager 8, befindet sich somit im Getriebe und kann deshalb über den Getriebeölhaushalt mit Schmieröl versorgt werden. Der Kraftfluß bzw. Drehmomentenfluß erfolgt über die Getriebewelle 10 auf die Rotorschaufelradwelle 6, die quasi als Nebenzweig fungiert. Zur Drehmomentenübertragung ist auf der Getriebewelle 10 ein Zahnrad 11 drehfest anordenbar, und dazu analog auf der Rotorschaufelradwelle 6 ein Ritzel 9.

Im Bremsbetrieb, wie in der Fig. 1 dargestellt, stehen Zahnrad und Ritzel in Drehverbindung miteinander. Die Drehmomentenübertragung erfolgt somit von der Getriebewelle 10 auf die Rotorschaufelradwelle 6. Ist der Retarder mit dem zur Kühlung des Fahrzeugs verwendeten Medium befüllt, ist es erforderlich, da im Bremsbetrieb hohe Temperaturen anfallen, die Betriebsflüssigkeit - z. B. Öl - zu kühlen. Zu diesem Zweck ist ein Wärmetauscher 12 vorgesehen. Der Energieaustausch im Bremsbetrieb erfolgt somit über einen Öl-H₂O-Wärmetauscher, der ins Kühlsystem des Fahrzeuges integriert ist, d. h. der Wärmetauscher 12 ist wasserseitig mit einem Fahrzeugkühler 13 verbunden, die Ölseite des Wärmetauschers ist mit den Zu- und Ablaufkanälen des Statorschaufelrades 3 gekoppelt.

Die Fig. 1b verdeutlicht eine Anordnung gemäß der Fig. 1a im Retarder-Leerlaufbetrieb, d. h. im Nichtbremsbetrieb, wobei die Entkopplung der Rotorschaufelradwelle von der Getriebewelle 10 durch Entkopplung des Ritzels 9 realisiert wird. Das Ritzel 9 kann dazu beispielsweise auf einer Schiebewelle 101 drehfest angeordnet sein, welche die Rotorschaufelradwelle 6 umschließt und auf dieser axial verschiebbar ist. Die Fig. 1c verdeutlicht ebenfalls eine Möglichkeit zur Realisierung einer Entkopplung der Rotorschaufelradwelle 6 von der Getriebewelle 10. Der Grundaufbau entspricht auch hier dem in der Fig. 1a beschriebenen, weshalb für gleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet wurden. Im in der Fig. 1c dargestellten Fall verbleibt das Ritzel 9 in seiner Lage unverändert auf der Rotorschaufelradwelle 6, während das Zahnrad 11 von dem Ritzel 9 entkoppelt wird.

Zur Realisierung der Entkopplung sind verschiedene Möglichkeiten denkbar, die sich in der Anordnung bzw. der Befestigung von Ritzel und Zahnrad widerspiegeln. Diese sind jedoch dem Fachmann geläufige konstruktive Maßnahmen, weshalb hier im Einzelfall nicht auf diese eingangen wird.

Die Fig. 2 verdeutlicht eine Anordnung gemäß der Fig. 1, hier im Bremsbetrieb dargestellt, bei welcher die einzelnen Lager der Lagerung der Rotorschaufelradwelle 6 vertauscht wurden. Die Rotorschaufelradwelle stützt sich über das Loslager 7 am Getriebegehäuse 1 und das Festlager 8 am Rotorschaufelradgehäuse 4 ab, wobei das Rotorschaufelradgehäuse sich wiederum am Getriebegehäuse abstützt.

Die Fig. 3a verdeutlicht eine Anordnung entsprechend der Fig. 1 im Bremsbetrieb bei der als Abwandlung auch das auf der Rotorschaufelradwelle 6 angeordnete Ritzel 9 fliegend gelagert ist. Für gleiche Elemente wurden deshalb gleiche Bezugszeichen verwendet. Auch hier ergibt sich die Möglichkeit, entweder das Ritzel 9 oder aber das Zahnrad 11 zu entkoppeln.

Die Fig. 3b verdeutlicht eine Ausführung entsprechend der Fig. 3a, wobei jedoch die Lager 7 und 8 der Lagerung der Rotorschaufelradwelle vertauscht wurden. Auch hier stützt sich die Rotorschaufelradwelle 6 über das Rotorschaufelradgehäuse 4 am Getriebeendgehäuse 1 ab. Möglichkeiten der Entkopplung sind sowohl für das Ritzel 9 als auch für das Zahnrad 11 vorsehbar.

Die Fig. 4 zeigt eine Ausführung mit einem im Getriebe integrierten hydrodynamischen Retarder, wobei die Rotorschaufelradwelle 6 von der Getriebewelle 10 entkoppelbar ist und die Drehmomentenübertragung von der Getriebewelle 10 über ein Zahnrad 11 auf das Ritzel, welches mit der Rotorschaufelradwelle drehfest verbindbar ist und welches getriebeausgangsseitig angeordnet ist, erfolgt. Das Ritzel 9 ist hier fliegend auf der Rotorschaufelradwelle 6 retarderseitig angeordnet. Dementsprechend kann auch eine analoge Ausführung mit retarderseitig fliegend gelagertem Ritzel 9 entsprechend der Fig. 4, hier jedoch nicht dargestellt, mit Vertauschen der Lager der Lagerung realisiert werden.

Die Fig. 5 zeigt eine Ausführung mit im Getriebegehäuse integriertem hydrodynamischen Retarder 100, der einflutig oder mehrflutig mit dem Kühlmedium des Fahrzeugs betrieben wird. Dieser umfaßt ein Rotorschaufelrad 2, ein Statorschaufelrad 3, ein Rotorschaufelradgehäuse 4, ein Statorschaufelradgehäuse 5 und eine Rotorschaufelradwelle 6. Das Rotorschaufelrad ist dabei fliegend auf der Rotorschaufelradwelle 6 angeordnet. Die Lagerung des Rotorschaufelrades erfolgt auch hier über eine Lagerung bestehend aus einem Loslager 7 und einem Festlager 8, wobei die Abstützung über das Festlager 8 der Rotorschaufelradwelle 6 am Getriebegehäuse 1 erfolgt und die Abstützung über das Rotorschaufelradgehäuse 4 am Getriebegehäuse 1 über das Loslager 7. Die Lagerung befindet sich auch hier vollständig im Getriebe und kann deshalb vom Getriebeölhaushalt mit Schmieröl versorgt werden.

Die Rotorschaufelradwelle 6 ist parallel zu einer Getriebewelle 10 angeordnet. Die Getriebewelle 10 kann dabei der Getriebeausgangswelle entsprechen. Eine Drehmomentenübertragung von der Getriebewelle 10 auf die Rotorschaufelradwelle 6 erfolgt dabei über ein drehfest mit der Getriebewelle 10 verbindbares Zahnrad und einem mit der Rotorschaufelradwelle 6 drehfest verbindbaren Ritzel 9, die im Bremsbetrieb miteinander kämmen. Im Nichtbremsbetrieb besteht zur Entkopplung der Rotorschaufelradwelle von der Getriebewelle 10 die Möglichkeit, entweder das Ritzel 9 vom Zahnrad 11 zu entkoppeln oder aber auch umgekehrt. Durch diese Maßnahme wird der Retarder inaktiv, die Rotorschaufelrad-Drehzahl gleich Null gesetzt.

Bei dem in dieser Figur dargestellten hydrodynamischen Retarder handelt es sich um einen Wasserretarder. Zum Energieaustausch für den Bremsbetrieb kann dieser sofort ohne zusätzliche Maßnahmen in das Fahrzeugkühlsystem eingebunden werden. Dies bedeutet im einzelnen, daß die Zu- und Ablaufkanäle des Retarder-Statorschaufelrades 3 mit dem Fahrzeugkühler bzw. dem Motoraustritt verbunden sind. Die Betriebsflüssigkeit, hier Wasser, wird dabei mittels dem Kühler 13 abgekühlt.

Die Fig. 6 verdeutlicht eine Ausführung entsprechend der Fig. 5, weshalb für gleiche Elemente die gleichen Bezugszahlen verwendet wurden. In dieser Ausführung wurden lediglich die Lager der Lagerung vertauscht, so daß sich die Rotorschaufelradwelle 6 am Getriebegehäuse über das Loslager 7 und am Getriebegehäuse 1 über das Rotorschaufelradgehäuse mittels dem Festlager 8 abstützt.

Die Fig. 7 zeigt eine Ausführung entsprechend der Fig. 5, wobei jedoch das Ritzel 9 fliegend auf der Rotorschaufelradwelle 6 getriebeseitig gelagert ist. Dementsprechend verdeutlicht die Fig. 8 eine Anordnung entsprechend der Fig. 7 mit vertauschten Lagern.

Die Fig. 9a zeigt eine Ausführung entsprechend der Fig. 5a im Bremsbetrieb, wobei jedoch das Ritzel 9 retarderseitig fliegend gelagert ist. In Analogie dazu zeigt die Fig. 9b eine Ausführung entsprechend der Fig. 9a, wobei jedoch die Lager 7 bzw. 8 in ihrer Lage vertauscht wurden.

Die Fig. 10 verdeutlicht eine Ausführung entsprechend der Fig. 5 mit zusätzlicher auf der Rotorschaufelradwelle 6 oder einer separaten Welle angeordneten Kühlmittelpumpe 14, welche im Bremsbetrieb dazu dient, die motorseitig angeordnete Kühlmittelpumpe zusätzlich zu unterstützen. In dieser Figur ist die Anordnung der Kühlmittelpumpe 14 lediglich schematisch angedeutet, auf die Darstellung der konstruktiven Ausführung wurde verzichtet. Dadurch wird erzielt, daß der Kühlmitteldurchfluß im Bremsbetrieb geschwindigkeitsabhängig ist, d. h., daß bei hohen Geschwindigkeiten die Kühlmittelmengen gegenüber der üblichen Ausführung entsprechend der Fig. 5a noch erhöht werden können und damit eine bessere Kühlleistung des Retarderkühlsystems erzielt wird. Auch für diese Ausführung ergeben sich eine Reihe von Möglichkeiten für die Anordnung des Ritzels 9 sowie die Ausführung der Lagerung der Rotorschaufelradwelle. Diese Möglichkeiten entsprechen denen in den vorangegangenen Figuren bereits beschriebenen, weshalb auf diese nicht mehr im einzelnen eingegangen werden soll.

Für die Anordnung und Lagerung der Rotorschaufelradwelle parallel zu einer Getriebewelle, vorzugsweise der Getriebeausgangswelle, sind weitere Möglichkeiten denkbar. Die konstruktive Gestaltung zur Erzielung einer parallelen Anordnung des Rotorschaufelrades zur Getriebewelle, wobei die Möglichkeit besteht, das Rotorschaufelrad von dieser zu entkoppeln, liegt im Ermessen des Fachmannes.

Claims

1. Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug

1.1 mit einem Motor;
1.2 mit einem Getriebe;
1.3 mit einem hydrodynamischen Retarder, umfassend ein Rotorschaufelrad und ein Statorschaufelrad;
1.4 der Motor und das Getriebe sind im Hauptantriebsstrang angeordnet;
1.5 der hydrodynamische Retarder ist dem Hauptantriebsstrang derart zugeordnet, daß das Rotorschaufelrad des hydrodynamischen Retarders über den Hauptantriebsstrang angetrieben wird;
gekennzeichnet durch das folgende Merkmal:
1.6 das Betriebsfluid ist das zur Kühlung des Fahrzeuges verwendete Medium.

2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Betriebsfluid ein zur Kühlung des Motors verwendetes Medium ist.

3. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelkreislauf des Retarders Bestandteil des Kühlmittelkreislaufes des Kraftfahrzeuges ist.

4. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rotorschaufelrad im Bremsbetrieb angetrieben, und im Nichtbremsbetrieb ohne Unterbrechung des Kraftflusses im Hauptantriebsstrang von diesem abkoppelbar ist.

5. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Zulauf zum Statorschaufelrad des Retarders eine Flüssigkeitsförderpumpe angeordnet ist.

6. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Retarder in einem Nebenzweig zum Hauptantriebsstrang angeordnet ist.

7. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

7.1 die Rotorschaufelradwelle ist parallel zum Hauptantriebsstrang angeordnet;
7.2 auf der Rotorschaufelradwelle ist ein mit dieser drehfest verbindbares Ritzel angeordnet;
7.3 auf der Hauptantriebswelle ist ein zum Ritzel komplementäres Zahnrad vorgesehen, welches mit dieser drehfest verbindbar ist;
7.4 das Zahnrad und das Ritzel stehen ständig miteinander im Eingriff;
7.5 es sind Mittel vorgesehen, die es ermöglichen, im Nichtbremsbetrieb die Drehmomentenübertragung zwischen Hauptantriebswelle und Nebenzweig zu unterbrechen.

8. Antriebseinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel eine synchronisierbare Klauenkupplung ist, mit welcher das Zahnrad im Bremsbetrieb mit einer Welle im Hauptantriebsstrang koppelbar und im Nichtbremsbetrieb entkoppelbar ist.

9. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel eine synchronisierbare Klauenkupplung ist, mit welcher das Ritzel im Bremsbetrieb mit der Rotorschaufelradwelle koppelbar und im Nichtbremsbetrieb entkoppelbar ist.

10. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

10.1 die Rotorschaufelradwelle ist parallel zum Hauptantriebsstrang angeordnet;
10.2 das Rotorschaufelrad ist auf der Rotorschaufelradwelle fliegend gelagert;
10.3 auf der Rotorschaufelradwelle ist ein mit dieser drehfest verbindbares Ritzel angeordnet;
10.4 auf der Hauptantriebswelle ist ein zum Ritzel komplementäres Zahnrad vorgesehen, welches mit dieser drehfest verbindbar ist;
10.5 es sind Mittel vorhanden, die es ermöglichen, daß im Bremsbetrieb das Zahnrad und das Ritzel miteinander kämmen und im Nichtbremsbetrieb Zahnrad und Ritzel voneinander trennen.

11. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Rotorschaufelrad auf der Rotorschaufelradwelle fliegend gelagert ist.

12. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der hydrodynamische Retarder zwischen Motor und Getriebe angeordnet ist.

13. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der hydrodynamische Retarder als selbständige Baueinheit hinter dem Getriebe angeordnet ist.

14. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der hydrodynamische Retarder im Getriebegehäuse angeordnet ist.

15. Antriebseinheit nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

15.1 das Rotorschaufelradgehäuse stützt sich am Getriebegehäuse ab;
15.2 die Rotorschaufelradwelle stützt sich über ein Loslager direkt am Getriebegehäuse und über ein Festlager am Rotorschaufelradgehäuse ab.

16. Antriebseinheit nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

16.1 das Rotorschaufelradgehäuse stützt sich am Getriebegehäuse ab;
16.2 die Rotorschaufelradwelle stützt sich über ein Festlager am Getriebegehäuse und über ein Loslager am Rotorschaufelradgehäuse ab.

17. Antriebseinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Ritzel fliegend auf der Rotorschaufelradwelle getriebeseitig gelagert ist.

18. Antriebseinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Ritzel auf der Rotorschaufelradwelle fliegend gelagert und retarderseitig angeordnet ist.

19. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 7 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß Ritzel und Zahnrad vertauscht sind.

20. Antriebseinheit nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal:
das Rotorschaufelrad des hydrodynamischen Retarders ist drehfest mit einer Welle des Hauptantriebsstranges verbindbar.