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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen einem Getriebe nachgeschalteten
hydrodynamischen Retarder für
ein Kraftfahrzeug, der einen auf einer Welle angeordneten Rotor
aufweist, der mit der Abtriebswelle des Getriebes gekoppelt ist
und der einen Stator aufweist, wobei der Rotor und der Stator in
einem Gehäuse
angeordnet sind, das mit einem Ölkreislauf
verbunden ist, der einen Speicher, eine Pumpe, ein Umschaltventil
und eine Steueranordnung aufweist.
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Ein
Kraftfahrzeug mit einem hydrodynamischen Retarder ist aus der DE
A 41 08 658 bekannt. Der dort beschriebene hydrodynamische Retarder wird
im Nebenabtrieb von einer Abtriebswelle eines Zahnräderwechselgetriebes über einen
Stirnabtrieb angetrieben, wobei die Abtriebswelle im Getriebegehäuse gelagert
ist. Eine aus Rotor und Stator bestehende Einheit des hydrodynamischen
Retarders ist in einem Retardergehäuse angeordnet. Zur Erzielung
eines ausreichenden Bremsmoments des Retarders muss eine möglichst
grosse Übersetzung
der Stirnradstufe ins Schnelle und möglichst grosse Durchmesser
von Rotor und Stator der Retardereinheit eingehalten werden.
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Derartige
hydrodynamische Retarder werden neben der Betriebsbremse in Nutzkraftfahrzeugen
aus Kosten- und Sicherheitsgründen
zunehmend als verschleissfreie und für Dauerbremsungen geeignete
Aggregate eingesetzt. Mit Hilfe des Rotors und des Stators wird
dabei auf hydraulischem Weg ein Bremsmoment erzeugt.
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In
der
EP 0 812 746 A2 ist
eine Antriebsbaugruppe mit einem Retarder und einem Wärmetauscher
beschrieben. Die Antriebsbaugruppe weist einen Adapter auf, welcher
als zentrales Bauteil den Retarder, den Wärmetauscher und gegebenenfalls ein
Getriebe mechanisch miteinander verbindet. Der Adapter weist Kanäle auf zum
Leiten von Arbeitsmedien, durch welche entsprechen de Verbindungen
zu den genannten Bauteilen hergestellt werden. Durch den Adapter
kann ein rasches und unmittelbares Anschließen des Wärmetauschers und des Retarders sowie
gegebenenfalls des Getriebes realisiert werden, wobei keine Schlauchverbindungen
mehr benötigt
werden.
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Im
Zuge der Weiterentwicklung und der vereinfachten Zusammenarbeit
von Kraftfahrzeugkomponenten, z. B. durch gemeinsame elektronische Kfz-Steuergeräte, ist
es wünschenswert,
für Nutzkraftfahrzeuge
eine Bremsanlage zu entwickeln, die nur dann die verschleissbehaftete
Betriebsbremse einsetzt, wenn dies unbedingt erforderlich ist. Ein grosser
Teil der Bremsvorgänge
soll allein durch den Retarder oder zumindest mit dessen Unterstützung durchgeführt werden.
Dies führt
zu verringerten Fahrzeugbetriebskosten und zu einer erhöhten Verfügbarkeit,
da die verschleissbehafteten Bremsbeläge der herkömmlichen Reibungsbremse weniger
häufig ausgewechselt
werden müssen.
Obendrein führt
die geringere thermische Belastung der Betriebsbremse bei Einsatz
eines Retarders zu einer erhöhten
Fahrzeugbetriebssicherheit.
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Herkömmliche
hydrodynamische Retarder, wie sie von der Anmelderin beispielsweise
unter der Bezeichnung ZF-Intarder angeboten werden, sind als Dauerbremseinrichtung
z. B. für
langgezogene Bergabfahrten ausgelegt, bei der nicht mit kurzfristig
aufeinanderfolgenden Bremsungen zu rechnen ist, so dass auch nur
ein geringer Wert auf das Ansprech- und Wiederansprechverhalten
dieser Retarder gelegt wurde.
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Der
wünschenswerte
Einsatz als Ergänzungseinrichtung
zur Betriebsbremse macht es jedoch erforderlich, die Ansprechzeit
erheblich zu verkürzen
und zwar in der Grössenordnung
von weniger als eine Sekunde. Ebenso muss bei kurzfristig wiederholten
Bremsungen, wie sie im normalen Fahrbetrieb bei Betätigung der
Betriebsbremse auftreten, eine gleichbleibend kurze Ansprechzeit
gewährleistet werden.
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In
der
JP 07132805 A ist
ein hydrodynamischer Retarder für
ein Kraftfahrzeug offenbart, der einen auf einer Welle angeordneten
Rotor und einen Stator aufweist. Der Rotor und der Stator sind in
einem Gehäuse
angeordnet, das mit einem Ölkreislauf verbunden
ist. Zur Ansteuerung des Retarders wird über einen Speicher eine bestimmte
Druckluftmenge bereitgestellt, welche über ein Proportionalventil
einstellbar ist und mit Hilfe derer Öl direkt aus dem Ölsumpf in
den Retarder befördert
werden kann. Über diesen
Speicher kann ein weiterer Druckluftspeicher befüllt werden, welcher über ein
elektromagnetisches Ventil ebenfalls mit dem Ölsumpf verbunden werden kann.
Werden sowohl das Proportionalventil als auch das elektromagnetische
Ventil betätigt,
dann steht eine entsprechend höhere
Druckluftmenge zur Verfügung,
wodurch mehr Öl
aus dem Ölsumpf
in den Retarder befördert
werden kann. Die Ansprechzeit des Retarders kann somit verkürzt werden,
wodurch die Bremskraft des Retarders früher zur Verfügung steht.
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Ferner
ist auch bei der Zusammenarbeit von Retarder und herkömmlicher
Betriebsbremse die Funktion des ABS-Systems zu berücksichtigen. Bei dieser hochdynamischen
fahrsicherheitsrelevanten Einrichtung ist die Darstellung der Funktion
der Bremseinrichtung mit den kürzesten
Reaktionszeiten und der besten Regelungsfähigkeit vorbehalten. Die konventionelle
Betriebsbremse ist dabei der Hydrodynamik des Retarders überlegen.
Um aber eine Störung
des ABS-Systems
durch das Retardersystem zu vermeiden, muss letzteres bei Aktivierung
der ABS-Steuerung schnellstmöglich
abschaltbar sein.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen hydrodynamischen
Retarder vorzuschlagen, bei dem Befüllung und Entleerung des Retarderkreislaufes
bei kürzestmöglicher
Ansprechzeit immer gleich schnell erfolgen und bei dem bei Aktivierung
des ABS-Systems eine schnelle Entleerung des Retarderkreislaufs
zum Abbau der zu diesem Zeitpunkt anliegenden Bremsmomentes gewährleistet
ist.
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Ausgehend
von einem Retarder der eingangs näher genannten Art erfolgt die
Lösung
dieser Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs
angegebenen Merkmalen.
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Im
Gegensatz zu den herkömmlichen
Retardersystemen, bei denen die Baugruppen Gehäuse mit dem Rotor und dem Stator
und Speicher räumlich sehr
weit voneinander angeordnet sind, wird also im Hinblick auf kürzest mögliche Befüll- und Entleerzeiten
vorgeschlagen, die beiden Baugruppen unmittelbar nebeneinander anzuordnen
und das Gehäuse mit
dem Rotor und dem Stator unmittelbar neben dem Getriebe anzuordnen,
so dass der Vorteil erzielt wird, dass lange Strö mungswege und damit hohe Strömungswiderstände vermieden
werden können.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in
der schematisch die erfindungsgemässe Anordnung dargestellt ist;
es zeigen:
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1 den
schematischen Aufbau eines Retardersystems,
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2 schemtisch
die bisherige räumliche Anordnung
von Getriebe, Gehäuse
und Speicher und
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3 eine
erfindungsgemässe
Anordnung von Gehäuse
und Speicher neben dem Getriebe.
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Ganz
allgemein kann ein Retarderkreislauf als ein Behälter aufgefasst werden, in
dem ein Rührwerk
mechanische Energie über
Reibungseffekte in thermische Energie umsetzt. Zu diesem Zweck zirkuliert
im Ölkreislauf
eine bestimmte Menge Öl
zwischen Rotor und Stator zur hydraulischen Bremsmomenterzeugung,
d. h. zur Umsetzung der mechanischen Energie in Strömungsenergie
und thermische Energie, wobei die dabei auftretende Wärme in einem
Kühler
zur Abführung
an den Kühlkreislauf
des Fahrzeugs entzogen wird. Neben der Energiewandlung kann der
Rotor auch als Pumpe zur Ölversorgung
im Kreislauf verwendet werden.
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Die
Einstellung des Bremsmomentes eines Retarders ist üblicherweise
in mehreren Stufen möglich.
Jeder Bremsstufe ist dabei ein entsprechender Innendruck des Retarderkreislaufs
zugeordnet, der in der Grössenordnung
zwischen 1 und 10 bar liegt. Über
ein Steuerventil wird ein der Bremsstufe entsprechender Steuerdruck
an ein Regelventil weitergeleitet. Dieses regelt einerseits die
Abführung
und andererseits die Zuführung
von Getriebeöl
aus dem Getriebesumpf aus bzw. in den Retarderkreislauf entsprechend
dem momentanen Innendruck des Kreislaufs. Reguliert wird der Innendruck
des Retarderkreislaufs über
die Ölmenge
im Kreislauf.
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Zwischen
den Bremsphasen, wobei der Retarder als Getriebeölkühler dient, sind Rotor und
Stator des Retarders durch eine entsprechende Ansteuerung eines
Umschaltventils vom Kühlkreislauf
getrennt und mit dem Getriebesumpf verbunden.
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Nach
Umschaltung des Umschaltventils in den Bremsbetrieb befindet sich
eine definierte Menge Luft im Retarderkreislauf. Diese erlaubt durch
ihre Kompressibilität
im Bremsbetrieb in einem weit gespreizten Bereich die Ansteuerung
eines definierten Innendruckes durch entsprechende Regelung der Ölmenge im Ölkreislauf.
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Die
Befüllung
des leeren Gehäuses
mit dem Rotor und dem Stator erfolgt über eine Retarderpumpe, die
mit einer Standardübersetzung über die
Getriebeabtriebswelle gekoppelt ist. Neben der Befüllfunktion
hat die Retarderpumpe die Aufgabe, einen maximalen Leckagestrom
zu kompensieren. Wenn das Fördervolumen
der Pumpe zu gering ist, um den Retarderkreislauf bei Bremsmomentanforderungen ausreichend
schnell zu befüllen,
ist die Installation eines zusätzlichen
Speichers notwendig, der seinen Inhalt über eine Druckluftbetätigung in
den Retarderkreislauf überführt. Bei
anliegender Druckluft während
der gesamten Bremsphase am Speicher wird ein Zurückströmen von Öl in den Speicher verhindert.
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Das
Druckniveau des Kühlkreislaufs
wird durch ein Ventil mit einem Schaltwert von z. B. 1,5 bar vor
dem Ausgang in den Getriebssumpf bestimmt. Läuft während des Kühlbetriebs, d. h. bei ausgeschaltetem
Retarder, die Retarderpumpe mit, so stellt dies einen Schleppverlust
für den
Fahrzeugantrieb dar, so dass die Wahl des Innendrucks über dieses
Ventil einen Kompromiss zwischen Speicherbefüllgeschwindigkeit und Schleppverlusten
des Retarders bedeutet.
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1 zeigt
nun die Komponenten einer unter der Bezeichnung Intarder von der
Anmelderin angebotenen Dauerbremsanlage und deren Verbindungen untereinander.
Die Einstellung des Bremsmomentes ist dabei in mehreren Stufen möglich, wobei jeder
Bremsstufe ein entsprechender Innendruck des Retarderkreislaufs
zugeordnet ist und über
das Steuerventil an das Regelventil weitergeleitet wird. Das Regelventil
steuert die Abführung
bzw. Zuführung von Öl aus dem
Getriebesumpf in den Retarderkreislauf, wobei zwischen den Bremsphasen
der Rotor/Statorblock des Retarders durch Ansteuerung des Umschaltventils
vom Kühlkreislauf
getrennt wird; die Befüllung
des leeren Rotor/Statorbereichs erfolgt über die Intarderpumpe (= Retarderpumpe),
die an die Getriebeabtriebswelle gekoppelt ist. Bei geringem Fördervolumen
der Intarderpumpe erfolgt die Befüllung des Retarderkreislaufs
bei Bremsmomentanforderung durch den zusätzlich vorgesehenen Speicher,
der seinen Inhalt über
eine Druckluftbetätigung
in den Retarderkreislauf entleert. Die Druckluft liegt während der
gesamten Bremsphase am Speicher an und verhindert das Zurückströmen von Öl in den
Speicher.
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Bei
diesem bekannten Retardersystem wird der pneumatische Speicherbetätigungsdruck
von beispielsweise 9 bar zum Auspressen des Ölvorrates erst auf Umgebungsdruck
abgebaut, wenn der Speicher befüllt
werden soll und die Retarderpumpe hierfür Drucköl liefert. Aufgrund der Kompressibilität der Druckluft
und der begrenzten Ausströmöffnung wird der
Luftdruck im Inneren des Speichers nur langsam abgebaut. Das heisst,
dass Drucköl
erst einströmen kann,
wenn der Innendruck unter den Druck der Ölversorgungsleitung (üblicherweise
ca. 1,5 bar) abgefallen ist.
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2 zeigt
schematisch die Anordnung eines herkömmlichen Retardersystems mit
dem Getriebe, dem Gehäuse,
in dem der Rotor und der Stator angeordnet sind, dem Steuerblock,
dem Wärmetauscher
und dem Speicher.
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3 zeigt
dass dem Getriebe weiterhin das Gehäuse mit dem Rotor und dem Stator
unmittelbar zugeordnet ist und dass dem Gehäuse mit dem Rotor und dem Stator
unmittelbar der Speicher zugeordnet ist. Räumlich gesehen ist dem Speicher
dann der Steuerblock und der Wärmetauscher
nachgeordnet.