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Antriebsvorrichtung für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor,
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insbesondere für Nutzkraftfahrzeuge Stand der Technik Die Erfindung
geht aus von einer Antriebsvorrichtung für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor nach
der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine solche Antriebsvorrichtung aus
der DE-AS 23 60 804 bekannt, bei der neben einer Betriebsbremse eine Dauerbremse
vorgesehen ist, die z.B.
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bei langen Gefällstrecken eingelegt wird. Die zusätzliche Bremse kann
dabei nach Art einer an sich bekannten Lamellen-Reibungskupplung oder als Wirbelstrombremse
ausgebildet sein. Sie ist unabhängig von der Betriebs-Bremse betätigbar.
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Weiterhin ist aus der DE-AS 23 60 804 eine Antriebsanordnung für Nutzfahrzeuge
bekannt, bei der eine hydrodynamische Dauerbremseinrichtung zusätzlich zur normalen
Betriebsbremse vorgesehen ist. Dabei soll die Anordnung derart getroffen sein, daß
die Dauerbremseinrichtung von einem Nebenabtrieb des Wechselgetriebes im konstanten
Verhältnis schneller als die Eingangswelle des Wechselgetriebes angetrieben ist.
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Außerdem ist es aus der DE-OS 24 08 859 bekannt, ein Kraftfahrzeug
mit einer Freilauf-Kupplungslamelle auszurüsten, welche bei normaler Fahrweise,
d.h während des Antriebes des Kraftfahrzeuges durch den Motor, den Kraftschluß zwischen
Motor und Getriebe herstellt. Bei Schiebebetrieb löst dieser bekannte Freilauf automatisch
den Kraftschluß zwischen Motor und Getriebe, so daß durch den im Leerlauf sich drehenden
Motor keine Bremswirkung entsteht. Hierdurch erreicht man, daß das Fahrzeug infolge
seiner Schwungkraft ohne Brennstoffverbrauch und ohne die Bremswirkung des Motors
lange Strecken rollt, wodurch sich eine erhebliche Brennstoffersparnis sowie ein
verringerter Verschleiß des Motors ergibt. Außerdem sinkt der Ausstoß an giftigen
Auspuffgasen, welche im Schiebebetrieb in starkem Maße anfallen. Eine ähnliche Anordnung
mit einem Freilauf ist auch aus der DE-OS 26 30 093 bekannt, wobei der Freilauf
nur in den höheren Getriebegängen, zumindest im Dauerfahrgang wirksam ist. Hierdurch
bleibt die Möglichkeit bestehen, die Bremswirkung des Motors in den unteren Gängen
weiterhin auszunutzen, um die Betriebsbremse zu schonen. Diese bekannten Freilauf-Anordnungen
hatten alle den Nachteil, daß die Betriebsbremse durch den Wegfall der Motorbremse
wesentlich stärker beansprucht wurde. Hierdurch ist entweder eine Überlastung der
Betriebsbremse bedingt, was zu schwerwiegenden Ausfällen
der Bremse
führen kann, oder die Bremse muß überdimensioniert werden, um den erhöhten Anforderungen
gewachsen zu sein. Der erhöhte Verschleiß an der Betriebsbremse macht außerdem die
Wartung aufwendig und kostspielig. Trotz eines erheblichen Bedarfs hinsichtlich
Energieeinsparung und Verringerung der Schadstoffemission konnte bislang keine befriedigende
Lösung zum Einsatz von Freilaufgetrieben in Kraftfahrzeugen gefunden werden.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung mit
den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß
alle Vorzüge des Freilaufs genutzt werden können ohne erhöhtes Betriebsrisiko und
ohne hohe Mehrkosten. Die entstehenden Mehrkosten amortisieren sich sehr rasch durch
die Betriebsstoffersparnis.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Antriebsvorrichtung
möglich.
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Besonders vorteilhaft ist dabei, daß an sich bekannte Freilaufkonstruktionen,
vorzugsweise in Klemmkörperbauweise, benutzt werden können. Der Freilauf kann je
nach den speziellen Platzverhältnissen im Getriebegehäuse, im Gelenkwellenstrang
oder zwischen Kupplung und Getriebe eingebaut sein. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung
ist es besonders zweckmäßig, den Freilauf in allen Fahrgängen vorzusehen. Durch
die Verwendung einer Freilaufsperre ist einerseits der Einbau zwischen Hinterachse
und Getriebe möglich und andererseits kann im Bedarfsfall weiterhin die Motorbremswirkung
ausgenutzt werden, beispielsweise bei einem Defekt an der verschleißlosen Bremse
oder bei Glätte. Die Betriebsstoffersparnis macht sich zwar am
stärksten
im Dauerfahrgang bemerkbar, jedoch wird unter dem Postulat der Umweltfreundlichkeit
von Fahrzeugen die Schadstoffemission im Schiebebetrieb in den unteren Gängen vermieden,
was sich besonders in dicht besiedelten Gebieten bei entsprechend niedrigen Fahrgeschwindigkeiten
vorteilhaft bemerkbar macht. Durch die Verwendung der zusätzlichen Dauerbremse ist
die Anordnung des Freilaufs in allen Vorwärtsgängen möglich, ohne daß eine Überlastung
der praktisch verschleißfreien Dauerbremse zu befürchten wäre. Letztere wird beispielsweise
bei Omnibussen vorteilhafter Weise als hydrodynamische Strömungsbremse ausgebildet,
bei der die entstehende Wärme leicht über das Kühlsystem des Motors abführbar ist.
Bei Lastkraftwagen, insbesondere bei deren Anhängern, eignet sich besser eine Wirbelstrombremse,
welche mit Luftkühlung arbeitet. Aus Sicherheitsgründen ist es bei Verwendung des
Freilaufes in Lastzügen sehr wichtig, daß sowohl das Zugfahrzeug als auch der Anhänger
mit einer Dauerbremse ausgerüstet sind.
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Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die
Figur zeigt mehrere Möglichkeiten für die Anordnung und den Einbau des Freilaufes
und der Dauerbremse.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels In der Figur ist mit 10 ein
Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges bezeichnet, welcher über eine Kupplung 11
mit einem Getriebe 12 verbunden ist. Mit 13 ist ein Gelenkwellenstrang (Kardanwelle)
bezeichnet, über welchen unter Zwischenschaltung eines Hinterachsgetriebes 14 und
über
zwei Achswellen 15 und 16 die Hinterräder 17 und 18 angetrieben werden.
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Für den Einbau des Freilaufes sind in der Zeichnung drei verschiedene
Möglichkeiten angedeutet, einmal bei 19 innerhalb des Getriebes 12, bei 20 im Verlauf
der Kardanwelle 13 und zum andern bei 24 zwischen Kupplung und Getriebe. Letzteres
ist nur möglich bei Verwendung der Strömungsbremse als Dauerbremse. Für den Einbau
der Dauerbremse ergeben sich im wesentlichen drei Möglichkeiten, entweder die Verwendung
von Dauerbremseinrichtungen 21 und 22 an den Hinterrädern 17 und 18, der Einbau
einer Dauerbremse 23 im Verlauf der Kardanwelle 13 oder der Einbau einer Dauerbremse
25 zwischen Freilauf 24 und Getriebe 12. Letzteres ist wiederum nur möglich bei
Verwendung einer Strömungsbremse als Dauerbremse. Den besten Wirkungsgrad erreicht
man, wenn der Freilauf und die Dauerbremse (Strömungsbremse) zwischen Kupplung und
Getriebe eingebaut wird. Dadurch ergibt sich beim Fahren in allen Getriebegängen
eine optimale Bremswirkung, wenn durch richtige Gangwahl, abhängig von der Fahrgeschwindigkeit,
die Eingangswelle (Kupplungs- oder Hauptwelle) im günstigsten Drehzahlenbereich
gehalten wird. Die Strömungsbremse kann in diesem Fall kleiner gebaut werden, da
sie für einen engeren Drehzahlbereich ausgelegt werden kann. Beim Schaltgetriebe
muß bei dieser Anordnung die Bremswirkung der Strömungsbremse während des Schaltvorganges
automatisch ausgeschaltet werden, um eine Überbeanspruchung der Kraftübertragungsaggregate
beim Einkuppeln nach dem Zurückschalten zu vermeiden.
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Bei Streckenabschnitten mit einem leichten Gefälle muß man, um eine
gleichbleibende Geschwindigkeit einhalten zu können, den Motor 10 durch Gasgeben
mit einer bestimmten Drehzahl fahren. Hierbei wird Kraftstoff nutzlos verbraucht.
Es wird dabei nicht nur die Leerlaufkraftstoffmenge,
die im Leerlaufbetrieb
vom Vergaser oder von der Einspritzpumpe bereitgestellt wird, verbraucht, sondern
erheblich mehr. Die Teillastkraftstoffmenge steigt mit höheren Drehzahlen beträchtlich
an.
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Aus Verkehrssicherheitsgründen war es bisher nicht möglich, diesen
unnötigen Kraftstoffverbrauch zu vermeiden, da wegen der Gefahr des Versagens der
Betriebsbremse im Schiebebetrieb teilweise mit der erforderlichen Teilastkraftstoffmenge
gefahren werden mußte.
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Die Verwendung einer verschleißfreien Bremse in Verb in dung mit dem
Freilauf ist bislang nicht in Erwägung gezogen worden. Erst durch die Einführung
der verschleißlosen Bremse, deren Bremswirkung ebenso wie die des Motors über die
Antriebsachsen auf die Fahrbahn übertragen wird, ist es möglich, durch den Einbau
eines Freilaufes zwischen Motor und verschleißloser Bremse eine beachtliche Betriebsstoffersparnis
und eine wichtige Verringerung der Schadstoffemission zu erzielen, ohne daß die
Verkehrssicherheit des Fahrzeuges beeinträchtigt wird. Vielmehr steht eine zweite
wirksame Bremse ständig zur Verfügung, welche beim Ausfall der Betriebsbremse zusätzlich
zu der Feststellbremse zum Abbremsen des Fahrzeuges benutzt werden kann. Diese zusätzliche
Dauerbremsvorrichtung ist bei Nutzfahrzeugen zwar bereits vorgeschlagen worden,
die Kombination der verschleißfreien Bremse mit dem betriebsstoffsparenden und umweltfreundlichen
Freilauf wird jedoch mit der vorliegenden Erfindung erstmals zur Anwendung gebracht.
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Die Antriebsvorrichtung, welche sich für alle Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren
- beispielsweise also auch für Schienenfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren - eignet,
wirkt folgendermaßen:
Wird das Fahrzeug nicht mehr beschleunigt,
so unterbricht der Freilauf 19, 20 oder 24 die Verbindung vom Motor 10 zur verschleißlosen
Bremse 21, 22, 23 oder 25. Das Fahrzeug rollt ohne beschleunigt zu werden weiter
und erhöht im Gefälle sogar seine Geschwindigkeit. Der Motor 10 läuft sofort mit
der eingestellten Leerlaufdrehzahl und verbraucht nur die Leerlaufkraftstoffmenge
anstelle der Teillastkraftstoffmenge. Eine Beeinträchtigung der Verkehrssicherheit
erfolgt deshalb nicht, weil bei entsprechender Auslegung der Luftkompressor, die
Ölpumpe für die Servolenkung und der Lüfterantrieb auch bei Leerlaufdrehzahl ausreichende
Leistung erbringen. Durch den Einbau der praktisch verschleißlosen Dauerbremse 21,
22, 23 oder 25 kann die Betriebsbremse weitgehend entlastet werden, woraus sich
eine weitere Möglichkeit zur Kosteneinsparung ergibt, da Wartung und Ersatz der
Betriebsbremse nicht mehr im gleichen Maße anfallen. Die Betriebsbremse braucht
praktisch nur noch zum Anhalten und in Notfällen benutzt zu werden.
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Eine Überbeanspruchung der Dauerbremse 21, 22, 23 oder 25 tritt nicht
auf. Bei Verwendung einer hydrodynamischen Strömungsbremse, die aus Sicherheitsgründen
teilweise in Omnibusse eingebaut ist, wird die beim Bremsen entstehende Wärme über
das Kühlsystem des Motors abgeführt.
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Beim Abbremsen des Fahrzeuges mit der hydrodynamischen Strömungsbremse
läuft bei eingeschaltetem Freilauf 19, 20 oder 24 der Motor 10 im Leerlauf und erzeugt
deshalb nahezu keine Wärme. Aus diesem Grund kann das Kühlsystem des Motors 10 zur
Abfuhr der beim Bremsen mit der Strömungsbremse entstehenden Wärme benützt werden.
Es wird hierdurch sogar noch der Vorteil erzielt, daß eine häufig auftretende Unterkühlung
des Motors bei langeren Talfahrten vermieden wird, da hier für Heißzwecke oft dem
Motor 10 mehr Wärme entzogen wird, als er überhaupt erzeugt.
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Bei Verwendung einer Wirbelstrombremse als Dauerbremse, die vorzugsweise
in Lastkraftwagen zur Erhöhung der Betriebssicherheit vorzufinden ist, wird die
beim Abbremsen entstehende Wärme durch die Umluft abgeführt.
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Bei Verwendung des Freilaufes 19 oder 20 im Zugfahrzeug von Lastzügen
ist es wichtig, daß sowohl das mit dem Freilauf ausgerüstete Zugfahrzeug als auch
der Anhänger des Lastzuges mit einer Dauerbremse ausgerüstet sind.
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Für den Einbau und die Konstruktion des Freilaufes 19 oder 20 ergeben
sich verschiedene Möglichkeiten, für welche jedoch stets bekannte Konstruktionsprinzpien
benutzt werden können. Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung des Freilaufes als
Klemmkörperfreilauf, da diese Konstruktion besonders einfach aufgebaut und sehr
betriebssicher ist. Außerdem benötigt sie wenig Raum und kann deshalb entweder im
Getriebe 12 angeordnet werden oder auch ohne nennenswerte Verkürzung der Welle im
Verlauf des Gelenkwellenstranges. Die konstruktiven Details für die Konstruktion
sowohl der verschleißfreien Dauerbremse als auch von Freiläufen sind an sich bekannt.