DE19646597C5

DE19646597C5 - Hydrodynamische Bremse

Info

Publication number: DE19646597C5
Application number: DE1996146597
Authority: DE
Inventors: Karl-Fritz Heinzelmann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1996-11-12
Filing date: 1996-11-12
Publication date: 2012-10-18
Anticipated expiration: 2016-11-13
Also published as: DE19646597B4; DE19646597A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Bremse mit einem mit der Gelenkwelle eines Fahrzeugs verbundenen Rotor (1) und mit einem dem Rotor gegenüberliegenden, durch einen Spalt von ihm getrennten, mit dem Gehäuse der hydrodynamischen Bremse verbundenen Stator (4), wobei der Rotor (1) als auch der Stator (4) mit Schaufelrädern versehen sind und der Rotor (1) über eine Lagerbuchse (8) auf der Rotorwelle (2) verschiebbar gelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Bremse, mit einem mit der Gelenkwelle eines Fahrzeugs verbundenen Rotor und mit einem dem Rotor gegenüberliegenden, durch einen Spalt von ihm getrennten, mit dem Gehäuse der hydrodynamischen Bremse verbundenen Stator, wobei sowohl Rotor als auch Stator mit Schaufelrädern versehen ist und mit einem Hydraulikanschluß, um ein Hydraulikfluid beim Bremsvorgang in die Bremse einzufüllen und bei Leerlauf aus dieser abzuführen.
Bremsen dieser Art, die auch als Retarder bezeichnet werden, haben den Vorzug, die abzubremsende Energie ohne Verschleiß in Wärme umzuwandeln. Ein besonderes Problem ist jedoch die Verlustleistung im Leerlauf, die trotz entleertem Arbeitsraum der Bremse infolge der Luftzirkulation und anderer Einflüsse erheblich störend sein kann.
Eine hydrodynamische Bremse gleicht dem Aufbau einer hydrodynamischen Kupplung, wobei sich die beiden Schaufelräder gegenüberstehen. In die Kammern wird beim Bremsvorgang ein Hydraulikfluid, z. B. Öl, eingefüllt, so daß die Gelenkwelle, die mit dem Rotor verbunden ist, diesen in Bewegung setzt, wodurch das Öl die Rotationsbewegung aufnimmt. Die mechanische Energie des Rotors verwandelt sich dabei in kinetische Energie des Hydraulikfluids. Durch die Fliehkraft wird das Öl in die Kammern des Stators gepreßt und möchte diesen, wie das Turbinenrad einer hydrodynamischen Kupplung, mit in die Bewegung einbeziehen. Da aber der Stator des Retarders feststeht, wird die kinetische Energie verzögert, d. h. abgebremst. Der Verzögerungseffekt überträgt sich durch die Rückkopplung auf den Rotor und von diesem auf die Gelenkwelle, wodurch das Fahrzeug langsamer wird. Bei abgeschaltetem Retarder dreht sich der beschaufelte Rotor in Luft, wodurch die Verlustleistung entsteht.
Um diese Verlustleistung möglichst klein zu halten, werden üblicherweise im Leerlaufzustand Strömungshindemisse, wie z. B. Blenden, zwischen den beiden Schaufelrädern angeordnet, um eine Zirkulation von Luft und gegebenenfalls restlichem Strömungsmittel zu verhindern.
Stand der Technik
Durch die DE 16 75 248 A ist es bekannt, axial verschiebbare Paßstücke in den Schaufelzwischenräumen des Stators anzuordnen, die im Leerlauf bis etwa zum Schaufelradspalt zwischen Rotor und Stator vorgeschoben werden und die eine Strömungsmittelzirkulation unterbinden. Die Vielzahl der dabei erforderlichen Paßstücke und eine gleiche Anzahl von Betätigungsanordnungen zur Verschiebung dieser Paßstücke erhöhen den Herstellaufwand einer solchen hydrodynamischen Bremse in nicht unerheblicher Weise.
Die DE 26 05 229 C2 beschreibt eine hydrodynamische Bremse, bei der zur Verminderung der Ventilationsverluste veränderliche Strömungshindernisse zwischen Rotor und Stator angeordnet sind, die im Leerlaufbetrieb, d. h. bei entleerter Bremse, eine blendenartige Öffnung von veränderlicher Größe bilden, um dadurch den Strömungsquerschnitt zwischen Rotor und Stator einzueengen und der Bremsbetrieb bei gefüllter Bremse auf die Toruskontur bzw. hinter diese zurückgezogen wird. Die blendenartige veränderliche Öffnung wird durch einen offenen, d. h. mit einer Umfangslücke versehenen und dadurch elastisch federnden Ring mit etwa rechteckförmigem Querschnitt gebildet, dessen Innendurchmesser durch Verändern der Weite der Umfangslücke zwischen einem engsten und einem weitesten Wert verändert werden kann. Die Veränderung des Innendurchmessers des Ringes erfolgt dabei durch eine zwischen den freien Enden des offenen Ringes angeordnete Kniehebelanordnung, deren mittlerer Gelenkpunkt durch eine radial zur Bremse gerichtete Betätigungskraft beaufschlagbar ist. Auch hier ist noch ein erheblicher Bauaufwand erforderlich; ferner ist die Breite des elastisch federnden Ringes stark begrenzt, so daß die Reduzierung der Verluste im Leerlaufbetrieb nicht ausreichend ist.
Aus der DE 40 28 128 A1 ist eine hydrodynamische Bremse bekannt, bei der zur Verringerung der Ventilationsverluste ebenfalls veränderliche Strömungshindernisse zwischen Rotor und Stator angeordnet werden. Ein oder mehrere im Querschnitt winkelförmige Strömungshindernisse trennen im Leerlaufbetrieb bei ölentleerter Bremse im äußeren Bereich der Torusräume über einen radial nach innen ragenden ringförmigen Schenkel diese Räume, wobei ein in axialer Richtung zylinderförmig angeordneter Schenkel an der inneren Wand einer Kammer anliegt. Im Bremsbetrieb, d. h. bei ölbefüllter hydrodynamischer Bremse, steht der radial nach innen ragende Schenkel mit seiner vorderen Kante hinter den Torusräumen zurück. Die Betätigung in die radial äußere und innere Endstellung erfolgt dabei über eine Betätigungseinrichtung in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit mit zwei Kolben und mit einer Mitnahmeeinrichtung an den Kolben und Mitnehmern am Strömungshindernis, wobei die innere Stellung dieser Federn und die äußere Stellung über den Druck eines Druckmittels in einem zwischen den beiden Kolben angeordneten Druckraum erzielt wird. Auch diese hydrodynamische Bremse erfordert nicht nur einen erheblichen Bauaufwand, sondern auch noch eine Steueranordnung, um im Leerlaufbetrieb das Strömungshindernis in den Raum zwischen Rotor und Stator einzubringen.
Aus der DE 16 00 243 C3 eine hydrodynamische Bremse bekannt, deren Statorrad axial verschiebbar gelagert ist, wobei das Statorrad mit Hilfe einer druckmittelbetätigten Reibungsbremse festhaltbar ist. Auch diese Bremse ist in ihrer Funktionsweise noch verbesserungsbedürftig.
Schließlich ist aus der DE-OS 15 25 396 eine hydrodynamische Bremse mit einem mit der Gelenkwelle eines Fahrzeugs verbundenen Rotor und mit einem dem Rotor gegenüberliegenden, durch einen Spalt von ihm getrennten, mit dem Gehäuse der hydrodynamischen Bremse verbundenen Stator bekannt. Rotor und Stator sind mit Schaufelrädern versehen. Der Rotor ist über eine Lagerbuchse auf der Rotorwelle verschiebbar gelagert und wird im Bremsbetrieb durch eine bauraumraubende Reibungskupplung und eine Klauenkupplung mit der Rotorwelle gekuppelt, wobei der Rotor vom Stator weg bewegt wird.
Aufgabenstellung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine hydrodynamische Bremse zu schaffen, bei der der Bauraum erheblich verringert ist und die vollautomatisch, d. h. ohne äußere Steuereinflüsse im Leer laufbetrieb, die Verlustleistung auf einen Minimalwert herabsetzt.
Ausgehend von einer hydrodynamischen Bremse der eingangs näher genannten Art erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit dem im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmal; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Durch die erfindungsgemäße Verschiebbarkeit des Rotors auf seiner Rotorwelle mit Hilfe einer Mitnahmeverzahnung, die derart ausgestaltet ist, daß bei anliegendem Drehmoment eine Axialkraft entsteht, die den Rotor bis zu einem definierten Anschlag in Richtung Stator verschiebt und durch das Vorsehen einer ringförmigen Kolbenfläche, welche durch den Fülldruck der hydrodynamischen Bremse beim Befüllen derart beaufschlagt wird, daß eine zusätzliche Axialkraft entsteht, die den Rotor ebenfalls in Richtung zum Stator zieht sowie durch das Vorsehen einer entsprechend dimensionierten Feder, die bei ausgeschaltetem Retarder, d. h. wenn das Hydraulikfluid abgezogen wurde, den Rotor vom Stator wegverschiebt, wird der Vorteil erzielt, daß der Bauraum im Vergleich zu den herkömmlichen hydrodynamischen Bremsen mit ortsveränderlichen Strömungshindernissen erheblich verringert ist und daß die Herabsetzung der Verlustleistung im Leerlaufbetrieb vollautomatisch erfolgt.
Ausführungsbeispiel
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel dargestellt ist.
Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße hydrodynamische Bremse während des Bremsvorgangs und
2 einen Querschnitt durch diese Bremse während des Leerlaufzustands.
In den Figuren ist mit 1 ein Rotor bezeichnet, der mit einer (nicht dargestellten) Gelenkwelle eines Fahrzeugs verbunden ist und der über eine Lagebuchse 8 auf einer Gelenkwelle 2 angeordnet ist. Gegenüber dem Rotor 1 ist ein Stator 4 angeordnet, der mit dem Gehäuse der hydraulischen Bremse fest verbunden ist, wobei gemäß 1 zwischen Rotor 1 und Stator 4 ein schmaler Spalt 10 besteht. Sowohl der Rotor als auch der Stator sind mit (nicht dargestellten) Schaufelrädern versehen, die in herkömmlicher Weise ausgestaltet sind. Ferner ist die hydrodynamische Bremse mit einem ebenfalls nicht dargestellten herkömmlichen Hydraulikanschluß versehen, um zur Einleitung des Bremsvorgangs ein Hydraulikfluid, z. B. Öl, in die durch die beiden Schaufelräder eingenommenen Kammern einleiten und aus diesen Kammern abführen zu können.
Erfindungsgemäß ist nun der Rotor 1 mit seiner Lagerbuchse 8 verschiebbar auf der Rotorwelle 8 gelagert. Die Drehmomentübertragung vom Rotor 1 auf die Rotorwelle 2 erfolgt dabei über eine Mitnahmeverzahnung 3, die derart ausgebildet ist, daß bei einem durch das eintretende Fluid erzeugten Drehmoment eine axiale Kraft entsteht, die den Rotor 1 bis zu einem definierten Anschlag in Richtung Stator 4 verschiebt.
Die dem Stator 4 abgewandte Seite der Lagerbuchse 8 ist mit einer Ringnut 6 versehen, die als Kolbenfläche wirkt, so daß durch den Fülldruck der mit dem Hydraulikfluid gefüllten Hydraulikbremse eine zusätzliche Axialkraft erzeugt wird, die den Rotor 1 in Richtung Stator 4 verschiebt.
Am statorseitigen Ende der Lagerbuchse 8 stützt sich ein Ende einer Feder 5 ab, beispielsweise eine die Rotorwelle koaxial umgebende Spiralfeder, deren anderes Ende sich an einem Anschlag 11 an der Rotorwelle 2 abstützt, so daß der Rotor 2 in die Leerlaufstellung der hydrodynamischen Bremse vom Stator 4 weg verschoben wird. Dies bedeutet, daß die Feder 5 derart zu dimensionieren ist, daß bei Leerlaufstellung der Bremse, d. h. bei abgeführtem Öl, der Rotor gegen die an der Mitnahmeverzahnung anstehende Axialkraft infolge des Leerlaufmoments vom Stator weg verschoben wird, wie es in 2 dargestellt ist, so daß der Spalt 10' zwischen Stator und Rotor vergrößert wird. Dieser vergrößerte Spalt 10' führt dazu, daß die mit 7 angedeutete Luftströmung in der Beschaufelung gestört wird, wodurch die Leerlaufverluste reduziert werden.
Bezugszeichenliste

1: Rotor
2: Rotorwelle
3: Verzahnung
4: Stator
5: Feder
6: Ringnut
7: Luftströmung
8: Lagerbuchse
10: Spalt
10': vergrößerter Spalt
11: Anschlag

Claims

Hydrodynamische Bremse mit einem mit der Gelenkwelle eines Fahrzeugs verbundenen Rotor und mit einem dem Rotor gegenüberliegenden, durch einen Spalt von ihm getrennten, mit dem Gehäuse der hydrodynamischen Bremse verbundenen Stator, wobei sowohl Rotor als auch Stator mit Schaufelrädern versehen sind, und mit einem Hydraulikanschluß, um ein Hydraulikfluid beim Bremsvorgang in die Bremse einzuführen und bei Leerlauf aus dieser abzuführen, wobei der Rotor (1) über eine Lagerbuchse (8) auf der Rotorwelle (2) verschiebbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbuchse (8) des Rotors (1) über eine Mitnahmeverzahnung (3) auf der Rotorwelle (2) gelagert ist, so daß bei eingefülltem Hydraulikfluid das dadurch entstehende Drehmoment eine auf den Rotor wirkende Axialkraft erzeugt, die letzteren in Richtung Stator (4) verschiebt.
Hydrodynamische Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Stator (4) abgewandte Seite der Lagerbuchse (8) mit einer Ringnut (6) versehen ist, die als Kolbenfläche wirkt, so daß durch den Fülldruck der mit dem Hydraulikfluid gefüllten hydraulischen Bremse eine zusätzliche Axialkraft erzeugt wird, die den Rotor (1) in Richtung Stator (4) verschiebt.
Hydrodynamische Bremse nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das statorseitige Ende der Lagerbuchse (8) von einem Ende einer Feder (5) beaufschlagt wird, deren anderes Ende sich an einem Anschlag (11) der Rotorwelle (2) abstützt, so daß der Rotor (1) in der Leerlaufstellung der hydrodynamischen Bremse vom Stator (4) weg verschoben wird.