DE19817865A1

DE19817865A1 - Getriebe mit Retarder

Info

Publication number: DE19817865A1
Application number: DE19817865A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Gumpoltsberger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1998-04-22
Filing date: 1998-04-22
Publication date: 1999-10-28
Also published as: US6159123A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeuggetriebe für Nutzfahrzeuge mit einer zusätzlichen Dauerbremseinrichtung, wobei die zusätzliche Dauerbremseinrichtung als ein Anfahrretarder (2) außer zum Dauerbremsen auch zum Anfahren des Fahrzeuges vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für Nutzfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Neben den Betriebsbremsen eines Fahrzeugs, insbesonde re eines Nutzfahrzeugs, die im Regelfall einem Verschleiß unterliegende Reibungsbremsen sind, werden zusätzliche Ver zögerungseinrichtungen wie Retarder mehr und mehr auch vom Gesetzgeber gefordert und von den Fahrzeugherstellern ange boten. Speziell in Stadtbussen, aber auch in anderen Fahr zeugen, wird eine verschleißlose Bremse gefordert, um Be triebskosten und Betriebssicherheit zu verbessern.

Zu den Retardern werden sowohl zusätzlich am Getriebe oder Motor angeordnete hydrodynamische, hydrostatische oder elektrodynamische Bremseinrichtungen gezählt, als auch sol che Systeme, die innerhalb des Getriebegehäuses vorgesehen sind.

Retarder werden desweiteren unterschieden in Primärretar der, die in Abhängigkeit von der Motordrehzahl arbeiten, und in Sekundärretarder, die in Abhängigkeit von der Fahr zeuggeschwindigkeit arbeiten. Retarder für automatische Nutzfahrzeuggetriebe mit Planetenradsätzen werden überwie gend als Primärretarder betrieben. Bekannt sind derartige Anordnungen beispielhaft aus dem Artikel "Retarder rechnen sich" aus der Zeitschrift "Nutzfahrzeug", Dezember 1991, Seite 32 ff.

Für die Betätigung des Retarders werden verschiedene Arten unterschieden. Die Bremswirkung kann im Rahmen der maximalen Leistungsfähigkeit des Retarders in Stufen oder stufenlos gesteuert werden.

Das Anfahren in Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor er folgt im Augenblick durch verschiedene Verfahren:

- mit einem reinen Drehzahlwandler (Anfahrkupplung trocken oder naß);
- mit einem Drehzahl- und Drehmomentwandler (Trilok- Wandler) verschiedener Ausführungen;
- geared-neutral durch Getriebe mit unendlicher Überset zung oder
- durch Hydrostaten oder Elektromotorische Getriebe.

In Bussen mit Automatgetrieben sind augenblicklich fast ausnahmslos hydrodynamische Wandler im Einsatz.

In der Vergangenheit wurde des öfteren versucht, einen als Anfahrelement verwendeten Drehmomentwandler auch als verschleißlose Bremse (Retarder) zu verwenden. So ist bei spielsweise auf Seite 310 von Johannes Looman, "Zahnradgetriebe", 3. Auflage 1996, Springer-Verlag, be schrieben, das Leitrad eines Drehmomentwandlers eines Auto matgetriebes für Omnibusse festzuhalten und damit den Wand lers als Retarder wirken zu lassen. Ähnlich wird dies im gleichen Buch auf Seite 305 auch für ein anderes Automatge triebe für Nutzfahrzeug beschrieben, wo ebenfalls der Wand ler zugleich als hydrodynamische Bremse verwendet wird.

Diese Bremsen haben jedoch den Nachteil der schwieri gen Bremskraftbeeinflussung und der unter Umständen zu ge ringen Bremsleistung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Automatgetriebe den konstruktiven Aufbau zu vereinfachen und Bauteile einzusparen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Idee, ein verschleißloses Bremselement ebenfalls zum Anfah ren zu verwenden, anstatt wie bisher ein Anfahrelement als Retarder zu verwenden.

Dazu wird ein hydrodynamischer Retarder mit einem Pla netensatzes kombiniert.

Ein Planetensatz eines Planetengetriebes besitzt zwei kinematische Freiheitsgrade und einen statischen Freiheits grad, so daß bei der Vorgabe eines Drehmomentes für eine Eingangswelle die Drehmomente auf den beiden Ausgangswellen bestimmt sind. Wird jedoch eine Drehzahl vorgegeben, so sind die daraus resultierenden beiden anderen Drehzahlen noch nicht bestimmt. Um folglich definierte Drehzahlver hältnisse zu bekommen, müssen zwei Drehzahlen vorgegeben werden.

Setzt man einen Planetensatz in den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, so wird eine Welle mit der Kurbelwelle eines Antriebsmotors verbunden, eine zweite Welle ist die Abtriebswelle. Die verbleibende dritte Planetensatzwelle wird mit einem Retarder verbunden. Zum Anfahren steht der Abtrieb, die Eingangswelle dreht mit Motordrehzahl, folg lich ist die Drehzahl der dritten Welle vorgegeben. Wird das Moment in der Retarderwelle jedoch nicht abgestützt, kann auch kein Moment an die Abtriebswelle übertragen wer den, was sich durch das notwendige Momentengleichgewicht ergibt. Wird der Retarder befüllt, so kann er ein Moment am Gehäuse abstützen, wodurch nun auch ein Moment auf den Ab trieb wirken kann. Dieser Vorgang ist vergleichbar mit dem Schließen einer konventionellen Kupplung. Durch eine geeig nete Gestaltung des Planetensatzes ergibt sich jedoch eine Momentensteigerung, die bei einer konventionellen Kupplung nicht auftritt.

Die Anfahrbeschleunigung kann durch Steuerung des Re tarderbremsmomentes bestimmt werden.

Durch Beschleunigung des Abtriebes nimmt die Drehzahl der Retarderwelle ab und zur Beendigung des Anfahrvorganges kann der Retarder überbrückt werden. Dies kann entweder durch eine Bremse, beispielsweise in Form einer Lamellen bremse, oder durch eine Überbrückungskupplung erfolgen. Nach dem Anfahrvorgang kann der Retarder zum verschleißlo sen Bremsen als Primärretarder verwendet werden.

Um mit dem Anfahrretarder Bremsen zu können, sollte er überbrückt sein, d. h. der Planetensatz muß als Block umlau fen. Andernfalls ist es denkbar, daß die Motordrehzahl un günstig beeinflußt wird, was zu einem Überdrehen des Motors führen könnte, da die Motorwelle bei offener Anordnung be schleunigt wird.

Die Anordnung eines Anfahrretarders kann auf verschie dene Arten erfolgen:

- als eigene Baugruppe bestehend aus Planetensatz, Re tarder, Überbrückungskupplung und eventueller Bremse vor oder nach einem Getriebe,
- in ein bestehendes Planetengetriebe integriert.

Im zweiten Fall muß das Getriebe eine ausreichende Anfahrübersetzung aufweisen. Der Retarder muß mit einer Welle verbunden werden, die im 1. und Rückwärtsgang abge bremst bzw. am Gehäuse abgestützt sein muß. Wird der Retar der nur zum Vorwärtsanfahren verwendet, so wird eine Kupp lung/Bremse für den R-Gang als Anfahrelement ausgelegt.

Als Ersatz für eine Anfahrkupplung ergibt sich durch den Anfahrretarder der Vorteil einer zusätzlichen Überset zung und des hydraulischen Anfahrvorganges, was auch zu einem Komfortvorteil führt.

Als Ersatz für einen Wandler muß man zwar eine Einbuße hinnehmen bezüglich der Gangspreizung, das wird aber durch den Vorteil bezüglich Bauraum, Gewicht und Preis kompen siert. Das gilt insbesondere dann, wenn sowieso ein Retar der vorhanden sein muß.

Der größte Aufwand für Retarder bedeutet die Kühlung des Öles, das während des Bremsvorganges die kinetische Energie als Wärme aufnimmt und diese Wärme in einem Kühler an die Umgebung abgeben muß.

Ein zusätzlicher Aufwand für einen Anfahrretarder kann die umgekehrte Drehrichtung des Retarderrotors während des An fahrvorganges bedeuten. Dies kann durch einen doppelfluti gen Retarder gelöst werden, in dem der zweite Kreislauf entgegengesetzt zum ersten Kreislauf beschaufelt wird, um eine ausreichende Bremsleistung in beiden Drehrichtungen zu erhalten.

Anstatt eines hydraulischen Retarders kann auch ein elek trischer Retarder als Wirbelstrombremse oder eine andere Bremseinrichtung verwendet werden. Diese weisen zwar im allgemeinen einen größeren Bauraum auf, bieten aber den Vorteil einer besseren Steuerung der Bremsleistung. Dies betrifft besonders die Bereiche geringer Relativgeschwin digkeit und der Ansprech- und der Abschaltzeiten.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher darge stellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Anordnung eines doppelflutigen Anfahrretarders;

Fig. 2 eine zweite Anordnung eines doppelflutigen Anfahrretarders;

Fig. 3 die Anordnung nach Fig. 1 in einem Automat getriebe;

Fig. 4 eine aufgelöste Anordnung;

Fig. 5 einen doppelflutiger Anfahrretarder im Schnitt;

Fig. 6 einen Schnitt der Anordnung nach Fig. 5;

Fig. 7 eine dritte Anordnung eines doppelflutigen Anfahrretarders und

Fig. 8 eine vierte Anordnung eines doppelflutigen Anfahrretarders.

Ein Anfahrretarder 2 wird in Fig. 1 und Fig. 2 darge stellt. Der Anfahrretarder 2 besteht in Fig. 1 aus Plane tensatz 4, doppelflutigem Rotor 6, Stator 8, und Über brückungskupplung 10. Die Überbrückungskupplung 10 ist am Plane tenradträger 14 angeordnet, der mit der Abtriebswelle 16 des Anfahrretarders verbunden ist. Angetrieben wird der Anfahrretarder 2 von einer Antriebswelle 18, die mit einem nicht dargestellten Antriebsmotor verbunden ist. Von der Antriebswelle 18 wird über einen Schwingungsdämpfer 20 das Hohlrad 28 des Planetensatzes 4 angetrieben. Die Planeten räder 22 sind mit einem Sonnenrad 24 im Zahneingriff und auf dem Planetenträger 14 gelagert. Mit dem Sonnenrad 24 ist der doppelflutige Rotor 6 drehfest verbunden. Der Sta tor 8 ist fest am Gehäuse 26 des Anfahrretarders 2 angeord net.

Die Fig. 2 zeigt eine zweite Anordnung eines doppel flutigen Anfahrretarders 2, bei dem an dem doppelflutigen Stator noch eine Überbrückungsbremse 12 angeordnet ist. Diese Überbrückungsbremse 12 kann bei Beherrschung des Überbrückungsvorganges durch eine Kupplung des Getriebes entfallen.

Um eine Übersetzungssteigerung durch den Anfahrretar der zu erreichen, ist im allgemeinen eine negative Drehzahl im Retarder abzubremsen. Damit ein Retarder leistungsfähig bremsen kann, muß die Beschaufelung von Rotor und Stator auf die Drehrichtung ausgelegt sein. Bei umgekehrter Dreh richtung ist die Bremswirkung jedoch minimal. Deshalb muß ein zweiter Retarderkreislauf vorhanden sein, der auf nega tive Drehzahlen ausgelegt ist. Dies bedeutet jedoch nur einen geringen Mehraufwand.

Die Übersetzungssteigerung des Anfahrretarders sollte im Bereich des Gangsprunges des ersten Ganges des Getriebes liegen, also im wesentlichen zwischen 1,4 und 1,8.

Die Anordnungen eines Anfahrretarders 2 nach Fig. 1 und Fig. 2 können als separates Bauteil einem eigenständi gen Getriebe vorgeschaltet sein. Das nachfolgende Getriebe kann ein Planetengetriebe, ein Vorgelegegetriebe oder ein anderes Getriebe sein, beispielsweise ein Reibradgetriebe, ein Umschlingungsgetriebe oder ein hydrostatisch leistungsverzweigtes Getriebe.

Eine beispielhafte Anordnung eines Anfahrretarders als eigenes Bauteil dargestellt in Kombination mit einem nach folgenden Getriebe wird in Fig. 3 gezeigt. Dort wird der Anfahrretarder nach Fig. 1 mit einem nachgeschalteten Ge triebe in Planetenbauweise 30 in bekannter Bauart kombi niert. Die drei Planetensätze 32, 34 und 36 des Getrie bes 30 sind über Bremsen 38, 40 und 42 mit dem Gehäuse 26 und über Kupplungen 44, 46 und 48 an die Abtriebswelle 16 des Anfahrretarders 2 verbindbar. Der Planetenträger 50 des Planetensatzes 36 bildet die Abtriebswelle des Getrie bes 30.

Die Integration eines Anfahrretarders 2 in einem Ge triebe in Planetenbauweise wird in Fig. 4 dargestellt. In einem Getriebe 52 wird die Antriebswelle 53 über einen Schwingungsdämpfer 54 mit dem Rotor 56 eines Primärretar ders 58 verbunden, dessen Stator 60 am Gehäuse 26 angeord net ist. Die Anordnung der Bremsen 38, 40 und 42 und der Kupplungen 44, 46 und 48 entspricht der Fig. 3. Zusätzlich ist an dem Hohlrad 62 des Planetensatzes 36 ein weiterer Rotor 64 angeordnet, der mit einem Stator 66 zusammenwirkt, der am Gehäuse 26 befestigt ist. Die Anordnung aus Rotor 64 und Stator 66 wirkt als integrierter Anfahrretarder.

Die Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch eine Stator- und Rotorbeschaufelung eines Anfahrretarders 2 nach Fig. 1 und Fig. 2. Der doppelflutige Rotor 6 wirkt mit den Statortei len 8 zusammen. In der Fig. 6 ist in einem Schnitt A-B nach Fig. 5 die Anordnung der Beschaufelung von Rotor 6 und Stator 8 aufgezeigt. Die Schaufeln 68 sind in einem ersten Kreislauf in einer ersten Richtung zur Umfangsrichtung 70 geneigt angeordnet. Die in der zweiten Hälfte des Rotors 6 angeordneten Schaufeln 72 sind in einem zweiten Kreislauf gegenüber den Schaufeln 68 in einer zweiten, entgegenge setzten Richtung geneigt. Dadurch wird eine ausreichende Bremsleistung in beiden Drehrichtungen erhalten.

Ein weiterer Anfahrretarder 2 wird in Fig. 7 darge stellt. Der Anfahrretarder 2 besteht aus Planetensatz 4, doppelflutigem Rotor 6, Stator 8, und Überbrückungskupp lung 10. Die Überbrückungskupplung 10 ist an der Antriebs welle 18 des Anfahrretarders 2 angeordnet. Angetrieben wird der Anfahrretarder 2 von der Antriebswelle 18, die mit ei nem nicht dargestellten Antriebsmotor verbunden ist. Von der Antriebswelle 18 wird über einen Schwingungsdämpfer 20 der Planetenträger 14 des Planetensatzes 4 angetrieben. Die Planetenräder 22 sind mit einem Sonnenrad 24 im Zahnein griff und auf dem Planetenträger 14 gelagert. Mit dem Son nenrad 24 ist der doppelflutige Rotor 6 drehfest verbunden. Der Stator 8 ist fest am Gehäuse 26 des Anfahrretarders 2 angeordnet. Das Hohlrad 28 ist mit der Abtriebswelle 16 drehfest verbunden.

Die Fig. 8 zeigt eine weitere Variante des Anfahrre tarder 2. Der Anfahrretarder 2 besteht in Fig. 8 aus Plane tensatz 4, doppelflutigem Rotor 6, Stator 8, und Über brückungskupplung 10. Die Überbrückungskupplung 10 ist am Plane tenradträger 14 angeordnet, der mit dem Rotor 6 verbunden ist. Angetrieben wird der Anfahrretarder 2 von einer An triebswelle 18, die mit einem nicht dargestellten Antriebs motor verbunden ist. Von der Antriebswelle 18 wird über einen Schwingungsdämpfer 20 das Sonnenrad 24 des Planeten satzes 4 angetrieben. Die Planetenräder 22 sind mit einem Hohlrad 28 im Zahneingriff und auf dem Planetenträger 14 gelagert. Mit dem Sonnenrad 24 kann der doppelflutige Ro tor 6 über die Überbrückungskupplung 10 drehfest verbunden werden. Der Stator 8 ist fest am Gehäuse 26 des Anfahrre tarders 2 angeordnet. Das Hohlrad 28 ist mit der Abtriebs welle 16 drehfest verbunden.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung kann bei einem Automatischen Getriebe auf einen Wandler als Anfahrelement verzichtet werden. Mit Hilfe des Anfahrretarders wird so wohl angefahren als auch bei einem Verzögerungsprozess eine Dauerbremseinrichtung gewährleistet, die eine Unterstützung der Betriebsbremsen bewirkt. Der Anfahrretarder kann entwe der integrales Bestandteil des Fahrzeuggetriebes sein, oder aber auch als separates Bauteil einem Getriebe vor- oder auch nachgeschaltet sein.

Bezugszeichenliste

2

Anfahrretarder

4

Planetensatz

6

Rotor

8

Stator

10

Überbrückungskupplung

12

Bremse

14

Planetenradträger

16

Abtriebswelle

18

Antriebswelle

20

Schwingungsdämpfer

22

Planetenrad

24

Sonnenrad

26

Gehäuse

28

Hohlrad

30

Getriebe

32

Planetensatz

34

Planetensatz

36

Planetensatz

38

Bremse

40

Bremse

42

Bremse

44

Kupplung

46

Kupplung

48

Kupplung

50

Planetenträger

52

Getriebe

53

Antriebswelle

54

Schwingungsdämpfer

56

Rotor

58

Primärretarder

60

Stator

62

Hohlrad

64

Rotor

66

Stator

68

Schaufel

70

Umfangsrichtung

72

Schaufel

Claims

1. Fahrzeuggetriebe für Nutzfahrzeuge mit einer zu sätzlichen Dauerbremseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Dauerbremseinrich tung als ein Anfahrretarder (2) außer zum Dauerbremsen auch zum Anfahren des Fahrzeuges vorgesehen ist.

2. Fahrzeuggetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfahrretarder (2) ei nen Planetensatz (4) aufweist, dessen Antriebswelle (18) mit einem Hohlrad (28) verbunden ist, das mit Planetenrä der (22) in Eingriff steht, die auf einem Planetenträ ger (14) gelagert sind, der mit der Abtriebswelle (16) des Planetensatzes (2) verbunden ist und der über eine Über brückungskupplung (10) wahlweise mit dem Rotor (6) des An fahrretarders (2) verbindbar ist.

3. Fahrzeuggetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfahrretarder (2) ei nen Planetensatz (4) aufweist, dessen Abtriebswelle (18) mit einem Hohlrad (28) verbunden ist, das mit Planetenrä der (22) in Eingriff steht, die auf einem Planetenträ ger (14) gelagert sind, der mit der Antriebswelle (16) des Planetensatzes (2) verbunden ist und der über eine Über brückungskupplung (10) wahlweise mit dem Rotor (6) des An fahrretarders (2) verbindbar ist.

4. Fahrzeuggetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfahrretarder (2) ei nen Planetensatz (4) aufweist, dessen Abtriebswelle (18) mit einem Hohlrad (28) verbunden ist, das mit Planetenrä der (22) in Eingriff steht, die auf einem Planetenträ ger (14) gelagert sind, der mit dem Rotor (6) verbunden ist und der über eine Überbrückungskupplung (10) wahlweise mit der Antriebswelle (16) des Planetensatzes (2) des Anfahrre tarders (2) verbindbar ist.

5. Fahrzeuggetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (6) über eine Bremse (12) mit dem Gehäuse (26) verbindbar ist.

6. Fahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbin dung zwischen Antriebswelle (18) und Planetenradsatz (4) einen Schwingungsdämpfer (20) aufweist.

7. Fahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfahrre tarder (2) als ein separates Bauteil dem Fahrzeuggetrie be (30) vor- oder nachgeschaltet ist.

8. Fahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfahrre tarder (56, 60, 64, 66) in das Getriebe (52) integriert ist.

9. Fahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfahrre tarder (2) durch einen hydrodynamischen Retarder mit Ro tor (6) und Stator (8) gebildet ist.

10. Fahrzeuggetriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der hydrodynamische Retar der (6, 8) doppelflutig ausgebildet ist, in dem die Schau fel (72) eines zweiten Kreislauf entgegengesetzt zu den Schaufeln (68) eines ersten Kreislauf angeordnet sind, um eine ausreichende Bremsleistung in beiden Drehrichtungen zu erhalten.

11. Fahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfahrre tarder (2) durch einen elektrischen Retarder (Wirbelstrom bremse) gebildet ist.

12. Fahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfahrretarder (2) zum Anfahren in Vorwärtsfahrtrichtung vorgesehen ist und eine Kupplung/Bremse zum Anfahren im Rückwärtsgang vorgesehen ist.