DE19716922C2 - Verfahren und Vorrichtung zur geregelten Begrenzung der Bremswirkung eines Retarders - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur geregelten Begrenzung der Bremswirkung eines RetardersInfo
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Description
Bei Retardern besteht im Bremsbetrieb die Schwierigkeit, daß die vom
Retarder erzeugte Wärme abgeführt werden muß, um eine Überhitzung und
damit Zerstörung des Retarders auszuschließen.
Die während des Bremsvorgangs vom Retarder erzeugte Wärme kann mit
Hilfe eines Kühlmediums eines Kühlsystems abgeführt und über einen Kühler
eines Kühlsystems an die Umgebung abgegeben werden. In Fahrzeugen mit
Verbrennungsmotor ist es vorteilhaft, als Kühlsystem für den Retarder das
Motorkühlsystem des Fahrzeuges heranzuziehen. Hierbei muß dafür Sorge
getragen werden, daß das Leistungsvermögen des Kühlsystems nicht
überschritten wird und es beispielsweise zu Motorschäden wegen
Überhitzung kommt.
Eine Möglichkeit eine Überhitzung des Motorkühlsystems zu verhindern
besteht darin, die Temperatur im Kühlsystem ständig zu überwachen und bei
Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur das Bremsmoment des
Retarders zu begrenzen bzw. einzustellen oder zu regeln. Für einen
hydrodynamischen Retarder ist eine derartige Steuerung bzw. Regelung, die
sicherstellt, daß es im Bremsbetrieb nicht zu einer Überschreitung der
Temperatur im Motorkühlsystem kommt, aus ATZ, automobiltechnische
Zeitschrift 95 (1993) S. 250-255, "Der ZF-Intarder von Manfred Schwab,
Wilhelm Härdtle, Karl-Fritz Heinzelmann" bekanntgeworden. Die Steuerung,
die aus diesem Stand der Technik bekannt wurde, zeichnet sich dadurch aus,
daß die Temperatur des Kühlwassers über einen Sensor ständig gemessen
wird. Sobald der vorgegebene Maximalwert erreicht wird, reduziert die
elektronische Steuerung automatisch das Bremsmoment, so daß dieser Wert
nicht überschritten wird.
Auch aus der WO 94/27845 A1 ist für einen hydrodynamischen Retarder eine
Steuerung bekanntgeworden, bei der das Bremsmoment bei Überschreiten
einer vorgegebenen Kühlmitteltemperatur begrenzt wird. Nachteilig an all
diesen aus dem Stand der Technik bekannten Regelsystemen ist, daß die
Kühlleistung des Kühlsystems nicht optimal ausgenutzt werden kann, will man
eine Überhitzung des Motorkühlsystems ausschließen.
Aus der DE 31 51 456 A1 ist ein System bekanntgeworden, bei dem, falls die
Dauerbremsflüssigkeits-Temperatur oder deren Anstiegs-Gradient einen
gegebenen Maximalwert überschreitet, eine Steuerschaltung über eine
Umschaltstufe ein zweites kleineres Bremssignal vorgibt.
Die aus der DE 31 51 456 A1 bekannte Begrenzung der Bremsleitung in
Abhängigkeit von der Temperatur des Betriebsmittels, dient dem Schutz des
Retarders vor Zerstörung.
Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend vom Stand der Technik ein Verfahren bzw. ein Steuer-
bzw. Regelsystem anzugeben, bei dem die Bremswirkung des Retarders
mindestens als Funktion der Temperatur begrenzt wird, um so nicht nur eine
Überhitzung des Kühlsystems zu vermeiden, sondern auch die Kühlleistung
des Kühlsystems in optimaler Weise auszunutzen.
Das Problem der Erfindung wird bei einem Verfahren mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen dadurch gelöst, daß
die vorbestimmte
Temperatur in Abhängigkeit vom zeitlichen Temperaturverlauf des
Kühlmediums des Retarders so gewählt wird, daß
die Kühlleistung des Kühlsystems maximal ausgenutzt wird, wobei in
Abhängigkeit vom Anstieg oder Abfall der Kühlmitteltemperatur die
vorbestimmte Temperatur gesetzt, wird.
Eine optimale, d. h. maximale Ausnutzung der Kühlleistung des Kühlsystems
ist beispielsweise dann möglich, wenn der Verlauf der Kühlmittel- und/oder
Arbeitsmediumtemperatur in einer ersten Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Verfahrens überwacht wird und in Abhängigkeit vom
zeitlichen Anstieg oder Abfall derselben die vorbestimmte Temperatur, ab der
die Regelung bzw. Steuerung einsetzt, gesetzt wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die vorbestimmte Temperatur, ab der die
Regelung einsetzt, bei großen Temperaturgradienten zu niedrigeren Werten
hin verschoben wird und bei sehr kleinen Temperaturgradienten zu höheren
hin verschoben wird.
Neben dem Temperaturgradienten, der als Maß für das Einsetzen der
Regelung herangezogen werden kann, ist es auch möglich, den
vorbestimmten Temperaturwert, ab dem eine Begrenzung des
Bremsmomentes vorgenommen wird, auch noch in Abhängigkeit weiterer
Parameter zu setzen. So ist bekanntermaßen beispielsweise bei einer
niedrigen Umgebungstemperatur die Kühlleistung eines Kühlsystems höher
als bei hoher Umgebungstemperatur. Dies wiederum bedeutet, daß die
vorbestimmte Temperatur, ab der die Regelung einsetzt, bei niedrigen
Umgebungstemperaturen zu hohen Werten hin verschoben sein kann. Andere
Größen, die die Lage der vorbestimmten Temperatur beeinflussen, können
sein:
die Gehäusetemperatur des Retardergehäuses, die Stellung des Thermostaten im Kühlkreislauf, die ein Maß dafür ist, wieviel Kühlmittelmenge durch den Kühler und wieviel Kühlmittelmenge am Kühler vorbeigeführt wird, des Druckes im Kühlkreislauf, der kapazitiven Energieaufnahme der gesamten Kühlanlage, der Lüfterdrehzahl sowie der Wasserpumpendrehzahl.
die Gehäusetemperatur des Retardergehäuses, die Stellung des Thermostaten im Kühlkreislauf, die ein Maß dafür ist, wieviel Kühlmittelmenge durch den Kühler und wieviel Kühlmittelmenge am Kühler vorbeigeführt wird, des Druckes im Kühlkreislauf, der kapazitiven Energieaufnahme der gesamten Kühlanlage, der Lüfterdrehzahl sowie der Wasserpumpendrehzahl.
Besonders bevorzugt, ohne hierauf jedoch beschränkt zu sein, ist es, wenn
das erfindungsgemäße Regel- bzw. Steuerverfahren bei einem
hydrodynamischen Retarder Anwendung findet. Gleichwohl ist das
erfindungsgemäße Regelverfahren bzw. das erfindungsgemäße
Steuerverfahren auch beispielsweise bei elektrischen Retardern, die aus bus
magazin, Heft 8, August 1993, S. 36-39, "Fahrzeugkomponenten (Retarder),
Mehr Sicherheit und fahrgastfreundlich", deren Offenbarungsgehalt voll
umfänglich in diese Anmeldung mit einbezogen werden soll, anwendbar.
Ebenso ist das erfindungsgemäße Regel- bzw. Steuerungsverfahren nicht
alleine auf Motorkühlsysteme beschränkt, sondern für jedwedes
Retarderkühlsystem anwendbar. Gleichwohl ist ein bevorzugter
Anwendungsbereich derjenige, bei dem das Kühlsystem der
Antriebsmaschine des Fahrzeuges zur Kühlung des Retarders mit
herangezogen werden.
Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren stellt die Erfindung auch ein
Steuer-/Regelsystem zur geregelten Begrenzung der Bremswirkung eines
Retarders mit den im Patentanspruch 7 genannten Merkmalen zur Verfügung.
In der Steuer-/Regeleinheit ist ein Speicherbaustein vorgesehen sein, in dem
der zeitliche Temperaturunterlauf für einen zuvor festgelegten Zeitabschnitt
abgespeichert wird. Hieraus können dann die Temperaturgradienten
berechnet werden. In einer vereinfachten Ausführungsform ist es auch
möglich, nur zwei Temperaturen in einem vorbestimmten Zeitintervall
aufzunehmen und aus der sich hieraus ergebenden Temperaturdifferenz den
Gradienten zu bestimmen. In Abhängigkeit vom Wert des Gradienten wird
dann, wie beim Verfahren zuvor beschrieben, der vorbestimmte
Temperaturwert, ab dem die Regelung einsetzt, gesetzt.
Zur Aufnahme des Temperaturwertes kann mit Vorteil ein im Kühl- und/oder
Arbeitsmediumkreislauf an einer bestimmten Stelle angeordneter
Temperatursensor, beispielsweise ein Widerstands-Temperaturfühler, wie er
aus Lexikon Elektronik und Mikroelektronik, VDI Verlag, S. 904-905,
bekanntgeworden ist, eingesetzt werden.
Neben dem Temperatursensor, der unter anderem der Aufnahme der
Temperatursignale zur Bestimmung des Temperaturgradienten dient, kann
das System noch Sensoren zur weiteren Erfassung von die Kühlanlage
beeinflussenden Parametern umfassen in diesem Zusammenhang seien
beispielsweise Sensoren zur Bestimmung der Umgebungstemperatur, der
Gehäusetemperatur, des Druckes im Kühlsystem, der Lüfterdrehzahl sowie
der Wasserpumpendrehzahl genannt.
Wie bereits zuvor ausgeführt, ist ein besonderes Einsatzgebiet der
erfindungsgemäßen Steuerung die Regelung von hydrodynamischen
Retardern. Gleichwohl ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt, sondern
umfaßt beispielsweise auch elektrische Retarder.
Generell kann das erfindungsgemäße Steuer /Regelsystem sowohl bei
Retardern Verwendung finden, deren Arbeitsmedium zugleich Kühlmedium ist.
Ein derartiger Retarder ist beispielsweise in der DE 196 09 150 A1 offenbart,
deren Offenbarungsgehalt voll umfänglich in diese Anmeldung mit
aufgenommen wird. Das erfindungsgemäße Steuer-/Regelsystem kann aber
auch bei Retardern, deren Arbeitsmedium vom Kühlmedium getrennt ist, und
bei denen die Wärmeabfuhr über einen Wärmetauscher in das Kühlmedium
bewerkstelligt wird, Verwendung finden. Ein derartiger Retarder ist
beispielsweise in dem zuvor beschriebenen Aufsatz in ATZ,
Automobiltechnische Zeitschrift 95 (1993), auf S. 253, offenbart, deren
Offenbarungsgehalt hiermit voll umfänglich in diese Anmeldung mit
einbezogen wird.
Die Erfindung soll nunmehr anhand der Zeichnungen beispielhaft beschrieben
werden.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Antriebseinheit mit einem Retarder, dessen Arbeitsmedium
zugleich Kühlmedium ist, und der erfindungsgemäßen Steuer-
/Regeleinheit
Fig. 2 eine Antriebseinheit umfassend die erfindungsgemäße Steuer-
/Regeleinheit sowie einen Retarder, dessen Arbeitsmedium vom
Kühlmedium getrennt ist
Fig. 3 das Temperaturverhalten des Kühlmediums in Abhängigkeit von
dem vorbestimmten Temperaturwert, ab dem die Regelung
einsetzt bei Regelung auf einen vorbestimmten maximalen
Temperaturwert des Kühlmediums
Fig. 4 Verlauf des vorbestimmten Temperaturwertes, ab dem die
Regelung einsetzt in Abhängigkeit vom Temperaturgradienten
Fig. 5 Verlauf des Retarderbremsmomentes in Abhängigkeit von der
Kühlmitteltemperatur
Fig. 1 zeigt eine Antriebseinheit mit einem Motor 2, einer Pumpe 4 zur
Förderung des Kühlmediums, einem Lüfter 6, einem Kühler 8, einem
Überlaufbehälter 10, einem Thermostatventil 12 und einem Retarder 14. Der
Retarder ist in den Motorkühlkreislauf 16 integriert und das Arbeitsmedium
des Retarders ist damit zugleich Kühlmedium des Kühlkreislaufes. Das
Retarderbremsmoment wird in vorliegendem Ausführungsbeispiel mit Hilfe
einer Drossel 18, die in den Arbeitsmediumkreislauf eingebracht ist,
eingestellt. Durch die Verengung wird im Retarder ein Gegendruck aufgebaut
und somit ein Bremsmoment entwickelt. Im Bremsbetrieb kann der
Durchflußquerschnitt in der Leitung mit Hilfe der Drossel stufenlos eingestellt
werden. Eine derartige Einstellung eines Bremsmomentes mittels einer
Drossel ist in der DE 44 08 349 A1 offenbart, deren Offenbarungsgehalt voll
umfänglich in diese Anmeldung mit aufgenommen wird.
Der Kühlkreislauf umfaßt des weiteren ein Umschaltventil 20, mit dem die
Kühlflüssigkeit durch den Retarder 14 im Bremsbetrieb bzw. über die
Bypassleitung 22 am Retarder vorbei geleitet werden kann. Der mindestens
eine Temperatursensor, zur Ermittlung des aktuellen Temperaturwertes des
Kühlmediums im Kühlkreislauf, ist mit der Bezugsziffer 42 bezeichnet und in
vorliegendem Ausführungsbeispiel im Kühlkreislauf 16 dem Retarder nach-
und dem Kühler 8 vorangestellt. Das vom Temperatursensor 42 ermittelte
Temperatursignal wird über Leitung 44 an die Steuer-/Regeleinheit 28
übermittelt. Überschreitet der mittels des Temperatursensors 42 bestimmte
Temperaturwert einen vorgegebenen Temperaturwert, der in Abhängigkeit
vom zeitlichen Verlauf der Temperatur des Kühlmediums gesetzt wird, so wird
das Bremsmoment des Retarders 14 reduziert und zwar derart, daß der
vorgegebene Temperaturmaximalwert des Kühlsystems nicht überschritten
wird, d. h. bei dem der Erfindung zugrunde liegenden Regelverfahren ist
vorzugsweise das Bremsmoment die Stellgröße und die Temperatur die
Regelgröße. Betreffend der unterschiedlichen Typen von Reglern, die in
vorliegendem Fall Verwendung finden können, wird auf Dubbel, Taschenbuch
für den Maschinbau, 18. Auflage, Springer Verlag, Berlin - Heidelberg, 1996,
S. X7-X18 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt voll umfänglich in diese
Anmeldung mit einbezogen wird.
Wie angegeben, können zur optimalen Ausnutzung der Kühlleistung des
Kühlsystems auch andere Größen, wie beispielsweise die
Umgebungstemperatur etc., für das Setzen des vorbestimmten Wertes, ab
dem die Steuerung bzw. Regelung einsetzt, berücksichtigt werden, um eine
optimale Ausnutzung der Kühlleistung des Kühlsystems zu gewährleisten. In
diesem Zusammenhang wird auf den Umgebungstemperatursensor 50 und
die diesem zugeordnete Signalleitung 52, den Drucksensor 54 zur
Bestimmung des Druckes im Kühlsystem mit zugeordneter Signalleitung 56
sowie die Sensoren 24 und 30 mit den zugeordneten Signalleitungen 32 und
26 zur Bestimmung der Temperaturdifferenz, die durch die Wärmeabgabe des
Retarders verursacht wird, sowie den Sensor 34 zur Bestimmung des
Retarderbremsmomentes mit zugeordneter Signalleitung 36 verwiesen. Mit
Hilfe der Temperaturdifferenzmessung über die Sensoren 24 und 30 sowie
der Messung des Retarderbremsmomentes über Sensor 34 ist es möglich, die
aktuelle Kühlmitteldurchflußmenge im Kühlkreislauf als weitere Große, die zur
Regelung herangezogen werden kann, zu bestimmen. Wie bereits eingangs
erwähnt, kann das Retarderbremsmoment in vorliegendem
Ausführungsbeispiel über die Drossel 18 eingestellt werden. Die Ansteuerung
der Drossel 18 erfolgt über Leitung 38. Wird die Kühlleistung des
Kühlsystems, beispielsweise aufgrund einer niedrigen Pumpendrehzahl der
Pumpe 4 und damit einer geringen Fördermenge von Kühlmittel vollständig
für die Motorkühlung beansprucht, so muß der Regler des weiteren das
Retarderbremsmoment auf Null reduzieren, um ein Überhitzen der Kühlanlage
zu verhindern. In einem solchen Fall wird das Umschaltventil 20 über Leitung
40 angesteuert und das Kühlmedium, das in vorliegendem
Ausführungsbeispiel zugleich Arbeitsmedium des Retarders ist, über
Bypassleitung 22 am Retarder vorbeigeleitet.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsform einer Antriebsmaschine dargestellt, bei
der der Arbeitsmediumkreislauf 102 des Retarders 14 vom Kühlkreislauf 16
getrennt ist. Gleiche Aggregate wie in Fig. 1 sind in Fig. 2 mit denselben
Bezugsziffern bezeichnet. Die Abführung der Wärme aus dem Kreislauf des
Arbeitsmediums wird in Fig. 2 über den Wärmetauscher 100 bewerkstelligt.
Die Einstellung des Bremsmomentes des Retarders 14 erfolgt wiederum
beispielsweise mit Hilfe einer Drossel 18. Bei der Ausführungsform gemäß
Fig. 2 wird die Temperatur im Kühlmedium über Temperatursensor 42
ermittelt und Leitung 44 der Steuer /Regeleinheit 28 zugeführt, die
entsprechend der Regelabweichung die Drossel 18 über Leitung 38 ansteuert,
d. h. das Bremsmoment begrenzt. Zusätzlich zur Ausführungsform gemäß
Fig. 1 kann bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ein Temperatursensor
104 im Kreislauf 102 des Arbeitsmediums vorgesehen sein, der die
Temperatur in diesem Kreislauf aufnimmt und über Leitung 106 an die Steuer-
/Regeleinheit 28 übermittelt. Neben der Regelung auf eine bestimmte
Kühlmitteltemperatur kann gemäß Fig. 2 zusätzlich oder anstelle der
Regelung der Kühlmitteltemperatur eine Regelung der Temperatur des
Arbeitsmediums gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein.
D. h. überschreitet der Temperaturgradient des Arbeitsmediums einen
vorbestimmten Wert, so setzt eine Regelung bzw. Steuerung ein, die das
Bremsmoment des Retarders reduziert, um eine Überhitzung des
Arbeitsmediums zu verhindern. Eine derartige Steuerung bzw. Regelung kann
analog zur Steuerung bzw. Regelung des Kühlkreislaufes 16 erfolgen.
Fig. 3 zeigt den zeitlichen Temperaturverlauf einer Regelung gemäß dem
Stand der Technik sowie der erfindungsgemäßen Regelung.
Die Kurve 200 repräsentiert den zeitlichen Temperaturverlauf einer Regelung
gemäß dem Stand der Technik. Diese Regelung setzt beim Erreichen des
maximal zulässigen Temperaturwertes des Kühlsystems ein und regelt die
Regelgröße Temperatur durch eine Veränderung des Bremsmomentes des
Retarders als Stellgröße auf die vorgegebene Solltemperatur max. Deutlich zu
erkennen im Temperaturverlauf ist das Überschwingen der Regelung, das
abhängig von der Regelkreisdämpfung (siehe Dubbel, Taschenbuch für den
Maschinenbau, 18. Auflage, Berlin - Heidelberg, 1995) zu Beginn des
Regelvorganges auftritt. Dieses Überschwingen der Regelung kann zu
schweren Motorschädigungen bei sehr trägen, d. h. in der Sprache der
Regelungstechnik wenig gedämpften Systemen, infolge einer Überhitzung
führen.
Um eine derartige Schädigung zu verhindern, ist im allgemeinen vorgesehen,
das die Regelung bereits bei einem Temperaturwert von 1 < max einsetzt.
Der sich bei einer derartigen Regelung auf den Temperaturwert 1, ergebende
zeitliche Temperaturverlauf ist in Kurve 202 dargestellt. Wie aus Kurve 202
ersichtlich, wird durch eine derartige Regelung sichergestellt, daß der
maximale Temperaturwert max im zeitlichen Verlauf nicht überschritten und
somit eine Überhitzung des Systems verhindert wird. Nachteilig an einer
derartigen Regelung ist, daß das Bremsmoment im Gleichgewichtszustand
stärker reduziert ist, als erforderlich, so daß die Kühlleistung des Kühlsystems
nicht optimal ausgenutzt wird.
Der zeitliche Temperaturverlauf der erfindungsgemäßen Regelung ist in Kurve
204 dargestellt. Gemäß der Erfindung soll die Temperatur, bei der die
Regelung einsetzt, in Abhängigkeit vom zeitlichen Temperaturverlauf,
beispielsweise dem Temperaturgradienten δ/δt gesetzt werden. Durch
die Aufnahme des Temperaturgradienten in die Regelung wird die Trägheit
des Kühlsystems bei Einsetzen der Regelung berücksichtigt. So wird bei
großen Temperaturgradienten das System immer träger als bei geringen
Temperaturgradienten auf eine Änderung bzw. Regelung reagieren. In
Konsequenz bedeutet dies, daß beispielsweise bei steil ansteigendem
Temperaturverlauf die Regelung gemäß der Erfindung bei niedrigeren
Temperaturwerten als bei nur langsam ansteigender Temperatur einsetzen
muß.
Für die Regelung selbst sind unterschiedliche Konzepte denkbar. Als
Regelgröße dient in dem nachfolgend vorgestellten beispielhaften
Regelverfahren wiederum die Temperatur, als Stellwert wiederum das
Retarderbremsmoment.
In einer ersten Ausführungsform einer Regelung kann wiederum auf einen fest
vorgegebenen Temperaturwert < max geregelt werden. Dieser festgesetzte
Temperatursollwert wird in Abhängigkeit vom Temperaturgradienten gewählt
und muß nicht identisch mit dem vorgegebenen Temperaturwert 1 sein,
zu dem die Regelung einsetzt. Im allgemeinen wird der Temperatursollwert,
auf den geregelt wird, umso näher bei max liegen, je geringer der
Temperaturanstieg, d. h. der Temperaturgradient ist.
Eine andere Möglichkeit einer Regelung bestünde darin, stets auf den
maximalen Temperaturwert max es Kühlsystems zu regeln und zwar unter
Berücksichtigung des Temperaturgradienten δ/δt. Dies kann
beispielsweise dadurch geschehen, daß für die Stellgröße eine
Kennlinienschar in Abhängigkeit vom Temperaturgradienten hinterlegt ist, so
daß die Stellgröße "Retarderbremsmoment" sowohl eine Funktion der
Temperatur des Kühlmediums, wie auch des zeitlichen Temperaturverlaufs, d. h.
des Temperaturgradienten, des Kühlmediums ist. In diesem
Zusammenhang wird auf Fig. 5 und die hierzu gegebenen Erläuterungen
verwiesen.
Der zeitliche Verlauf der Temperatur des Kühlmediums bei einer derartigen
Regelung ist in Fig. 3 mit der Bezugsziffer 204 gezeigt. Die Regelung setzt
bei = ein(1) in Abhängigkeit vom Verlauf des Temperaturgradienten ein. Wie
aus dem Verlauf der Kurve 204 zu erkennen, ist eine derartige Regelung
dadurch ausgezeichnet, daß ein Überschwingen wie im Stand der Technik
gemäß dem Kurven 200 bzw. 202 vermieden wird und durch das geregelte
Heranführen an die maximal zulässige Temperatur max des Kühlsystems,
dessen Kühlleistung optimal ausgenutzt wird.
In Fig. 4 ist beispielhaft der Verlauf der vorbestimmten Temperatur ein, zu
der die Regelung einsetzt, in Abhängigkeit vom Temperaturgradienten δ/δt
mit der Bezugsziffer 210 dargestellt. Im vorliegenden Fall ist der Verlauf linear
gewählt, selbstverständlich kann der Fachmann im Rahmen von
Optimierungen auch einen anderen Verlauf der Abhängigkeit der Temperatur
ein, zu der die Regelung einsetzt, in Abhängigkeit vom Temperaturgradienten
wählen. Wie Fig. 4 gut zu entnehmen ist, nimmt die vorbestimmte
Temperatur ein, zu der die Regelung einsetzt, mit steigendem
Temperaturgradienten ab, d. h. die Regelung setzt bei steil ansteigendem
Temperaturverlauf bereits sehr früh ein.
In Fig. 5 ist beispielhaft der Verlauf der Stellgröße Retarderbremsmoment
MRet in Abhängigkeit von der Regelgröße Temperatur dargestellt.
Wie Fig. 5 zu entnehmen ist, wird bis zu einer Temperatur ein(1), das ist die
Temperatur, bei der die Regelung für den größen angenommenen
Temperaturanstieg bzw. Temperaturgradienten δ/t einsetzt, keine
Begrenzung des Retarderbremsmomentes vorgenommen. Es liegt das
maximale Retarderbremsmoment MRet(max) an, da die gesamte während des
Bremsvorganges vom Retarder entwickelte Wärme vom Kühlsystem abgeführt
werden kann. Wird nun vom Temperatursensor der Regeleinrichtung eine
Temperatur größer ein(1) registriert, so wird das Bremsmoment entlang der
Kennlinie 300 auf den bei dieser Temperatur vorgesehenen Bremsmomentwert
reduziert, beispielsweise 80% MRet(max). Fällt nun aufgrund der geringeren,
von der Retarderbremse abgegebenen Wärmemenge die Temperatur
unterhalb eines Wertes ein(1), so wird die Regelung wieder das maximale
Retarderbremsmoment zulassen. Erfolgt der Temperaturanstieg nunmehr
langsamer, d. h. δ/δt ist kleiner als δ/δt = max, so setzt die Regelung
beispielsweise erst zu dem Zeitpunkt ein(2) ein, und der Bremsmomentwert
wird entsprechend dem Verlauf der Kurve 302 bei steigender Temperatur
reduziert. Wie Fig. 5 zu entnehmen ist, werden bei langsamer ansteigendem
Gradienten bei gleicher Temperatur der Stellgröße Bremsmoment höhere
Werte zugeordnet.
Ist der Temperaturgradient identisch = Null, d. h. liegt ein stationärer Zustand
mit δ/δt = 0 vor, so wird die Kurve 304 in Fig. 5 erreicht, die wie die
Kurven bzw. Kennlinien 300 und 302 den Verlauf der Stellgröße
Bremsmoment in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur darstellen, wenn
< max ist. Wird im stationären Fall aufgrund eines kurzfristigen Anstieges die
Temperatur max im Kühlsystem überschritten, so wird das Bremsmoment
entsprechend der Kennlinie 304 reduziert, um ein Überhitzen des Kühlmittels
zu verhindern. Dieser Fall stellt somit derjenige dar, bei dem die Kühlleistung
des Kühlsystems optimal ausgenutzt wird.
In einer vereinfachten Ausführungsform der Erfindung kann anstelle einer
Regelung, bei der die Regelgröße, in vorliegendem Beispielen die
Temperatur, fortlaufend erfaßt, mit der Führungsgröße bzw. dem Sollwert,
vorliegend beispielsweise der maximalen Temperatur max, verglichen und
abhängig von diesem Vergleich über entsprechende Änderung der Stellgröße,
in vorliegendem Beispiel das Retarderbremsmoment, im Sinne einer
Angleichung an die Führungsgröße angepaßt wird (siehe hierzu Dubbel,
Taschenbuch für den Maschinenbau, 18. Auflage, Berlin 1996, S. X1-X2),
lediglich eine Steuerung vorgesehen sein.
Bei einer Steuerung beeinflussen ein oder mehrere Eingangsgrößen die
Ausgangsgröße aufgrund einer Gesetzmäßigkeit (siehe hierzu Dubbel aaO,
S. X1-X2). Vorliegend wäre die nachfolgende Steuerung ohne Beschränkung
hierauf denkbar.
So könnte bei einer bestimmten Temperatur und bei einem bestimmten
Temperaturgradienten bei Überschreitung einer in Abhängigkeit vom
Temperaturgradienten vorbestimmten Temperatur ein das Bremsmoment
entsprechend der in Fig. 5 dargestellten Kennlinie reduziert werden. Eine
derartige Steuerung würde das Bremsmoment gerade nur so stark reduzieren,
daß bei dem vorliegendem Temperaturgradienten ein Überschwingen
verhindert und somit eine Schädigung des Kühlsystems vermieden wird.
Somit wird wiederum die Kühlleistung des Kühlsystems optimal ausgenutzt.
In der Erfindung wird somit erstmals ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Verfügung gestellt, die es erlaubt, die Bremswirkung eines Retarders geregelt
bzw. gesteuert genau derart zu begrenzen, daß die Kühlleistung des
Kühlsystems maximal ausgenützt wird, wobei sichergestellt ist, daß es zu
keiner Überhitzung im Kühlsystem und damit zu einer Schädigung desselben
bzw. der gekühlten Komponenten kommt.
Claims (12)
1. Verfahren zur geregelten Begrenzung der Bremswirkung eines
Retarders, bei dem die während des Bremsens erzeugte Wärme mit
Hilfe eines Kühlmittels eines Kühlsystems abgeführt wird, wobei die
geregelte Begrenzung der Bremswirkung mindestens nach Erreichen
einer vorbestimmten Temperatur einsetzt,
das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Temperatur in Abhängigkeit vom zeitlichen Temperaturverlauf des Kühlmediums des Retarders so gewählt wird,
daß die Kühlleistung des Kühlsystems maximal ausgenutzt wird, wobei in Abhängigkeit vom Anstieg oder Abfall der Kühlmitteltemperatur die vorbestimmte Temperatur gesetzt wird.
das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Temperatur in Abhängigkeit vom zeitlichen Temperaturverlauf des Kühlmediums des Retarders so gewählt wird,
daß die Kühlleistung des Kühlsystems maximal ausgenutzt wird, wobei in Abhängigkeit vom Anstieg oder Abfall der Kühlmitteltemperatur die vorbestimmte Temperatur gesetzt wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Temperatur mit
größerem Temperaturgradienten des Kühlmittels abnimmt und mit
geringer werdendem Temperaturgradienten des Kühlmittels zunimmt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Temperatur des
weiteren eine Funktion mindestens einer der nachfolgenden Größen ist:
der Umgebungstemperatur, der Gehäusetemperatur, der Stellung des
Thermostaten im Kühlkreislauf, des Druckes im Kühlkreislauf, der
kapazitiven Energieaufnahme der gesamten Kühlanlage.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Retarder ein hydrodynamischer Retarder ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Kühlsystem das Motorkühlsystem ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
vorbestimmte Temperatur des weiteren eine Funktion mindestens einer
der nachfolgenden Größen ist: der Lüfterdrehzahl und/oder der
Wasserpumpendrehzahl.
7. Steuer-/Regelsystem zur geregelten Begrenzung der Bremswirkung
eines Retarders umfassend:
Mittel zur Erfassung der Temperatur des Kühlmediums im Kühlsystems des Retarders
Mittel zur Erfassung der Retarderbremsleistung
Mittel zur Einstellung der Retarderbremslelstung
eine Steuer-/Regeleinheit, wobei die Steuer-/Regeleinheit die Retarderbremsleistung mindestens nach Erreichen einer vorbestimmten Temperatur des Kühlmediums begrenzt;
das Steuer-/ Regelsystem ist dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der Mittel zur Erfassung der Temperatur des Kühlmediums die Kühlmediumtemperatur kontinuierlich oder in gewissen, vorherbestimmten Zeitabständen aufgenommen wird und die Steuer-/Regeleinheit einen Speicher umfasst, in dem der aufgenommene zeitliche Temperaturverlauf für einen vorbestimmten Zeitabschnitt abgespeichert wird und in Abhängigkeit vom Anstieg oder Abfall der Kühlmitteltemperatur die vorbestimmte Temperatur zur Begrenzung der Retarderbremsleistung gesetzt wird.
Mittel zur Erfassung der Temperatur des Kühlmediums im Kühlsystems des Retarders
Mittel zur Erfassung der Retarderbremsleistung
Mittel zur Einstellung der Retarderbremslelstung
eine Steuer-/Regeleinheit, wobei die Steuer-/Regeleinheit die Retarderbremsleistung mindestens nach Erreichen einer vorbestimmten Temperatur des Kühlmediums begrenzt;
das Steuer-/ Regelsystem ist dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der Mittel zur Erfassung der Temperatur des Kühlmediums die Kühlmediumtemperatur kontinuierlich oder in gewissen, vorherbestimmten Zeitabständen aufgenommen wird und die Steuer-/Regeleinheit einen Speicher umfasst, in dem der aufgenommene zeitliche Temperaturverlauf für einen vorbestimmten Zeitabschnitt abgespeichert wird und in Abhängigkeit vom Anstieg oder Abfall der Kühlmitteltemperatur die vorbestimmte Temperatur zur Begrenzung der Retarderbremsleistung gesetzt wird.
8. System gemäß dem Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
das System mindestens einen der nachfolgenden Sensoren umfasst:
Sensor(en) zur Bestimmung der Umgebungstemperatur,
Sensor(en) zur Bestimmung der Gehäusetemperatur,
Sensor(en) zur Bestimmung des Druckes im Kühlsystem,
Sensor(en)zur Bestimmung der Lüfterdrehzahl sowie
Sensor(en)zur Bestimmung der Wasserpumpendrehzahl, und in Abhängigkeit von den von dem bzw. diesen Sensor(en) aufgenommenen Signalen die vorbestimmte Temperatur zur Begrenzung der Retarderbremsleistung variiert wird.
Sensor(en) zur Bestimmung der Umgebungstemperatur,
Sensor(en) zur Bestimmung der Gehäusetemperatur,
Sensor(en) zur Bestimmung des Druckes im Kühlsystem,
Sensor(en)zur Bestimmung der Lüfterdrehzahl sowie
Sensor(en)zur Bestimmung der Wasserpumpendrehzahl, und in Abhängigkeit von den von dem bzw. diesen Sensor(en) aufgenommenen Signalen die vorbestimmte Temperatur zur Begrenzung der Retarderbremsleistung variiert wird.
9. System gemäß einem der Ansprüche 7 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Retarder ein hydrodynamischer Retarder ist.
10. System gemäß Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Kühlmedium zugleich Arbeitsmedium des Retarders ist.
11. System gemäß Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Kühlsystem des Retarders Teil des Motorkühlsystems ist.
12. System gemäß Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Kühlmedium vom Arbeitsmedium des Retarders getrennt ist.
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