DE2855654A1

DE2855654A1 - Hydrodynamische bremse

Info

Publication number: DE2855654A1
Application number: DE19782855654
Authority: DE
Inventors: Berthold Herrmann; Hans Lindenthal
Original assignee: Voith Getriebe KG
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1978-12-22
Filing date: 1978-12-22
Publication date: 1980-06-26
Also published as: DE2855654C2; JPS5587644A; CH643636A5; US4276970A; FR2444849A1; FR2444849B1

Description

G ^648 Voith Getriebe KG

Kennwort: "Schnelle Bremsregelung" Heidenheira

Hydrodynamische Bremse

Die Erfindung geht aus von einer hydrodynamischen Bremse nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Es ist bekannt, daß das von einer hydrodynamischen Bremse erzeugte Bremsmoment bei gleichbleibendem Füllungsgrad mit dem Quadrat der Rotordrehzahl ansteigt. Das Abbremsen z. B. eines Fahrzeuges soll aber in der Regel mit einem wenigstens angenähert konstanten Bremsmoment erfolgen. Deshalb muß eine Regeleinrichtung dafür sorgen, daß beim Einschalten der Bremse zunächst ein kleiner Füllungsgrad eingestellt wird, und daß der FUllungsgrad mit abnehmender Rotor drehzahl kontinuierlich zunimmt, gegebenenfalls bis 100 # Füllungsgrad (Vollfüllung) erreicht ist.

Eine hydrodynamische Bremse, bei der zum Einstellen des Füllungsgrades in der Auslaßleitung ein Überströmventil angeordnet ist, dessen Ventilkörper wie im Oberbegriff des Anspruches angegeben verstellbar ist, ist bekannt aus der DE-OS 21 20 74;5. Dort wirkt ein in einem Druckraum befindliches Druckmittel auf den Ventilkörper des Überströmventils in Richtung "Schließen", es erzeugt also die genannte Gegenkraft. Der Druck des Druckmittels wird mit

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Hilfe eines Vorsteuerventils auf einem dem Sollwert proportionalen Stelldruck gehalten. Solange der Bremsbetrieb mit teilgefülltem Arbeitsraum stattfindet, befinden sich die am Ventilkörper des Überströmventils angreifenden Kräfce im Gleichgewicht. D.h. die vom Flüssigkeitsdruck in der Bremsenauslaßleitung erzeugte Druckkraft ist gleich der vom Stelldr-uck erzeugten Gegenkraft. (Bei Bedarf kann die Gegenkraft durch die Kraft einer Feder verstärkt werden.) Es ergibt sich somit, daß durch das Überströmventil der in der Auslaßleitung der Strömungsbremse herrschende Druck auf einen dem Sollwert entsprechenden Wert eingeregelt wird.

Dabei wird angestrebt, daß sich auch das hydrodynamische Bremsmoment auf einen dem Sollwert entsprechenden Wert einstellt. Dies gelingt jedoch nicht immer in dem gewünschten Maße. D.h.: Bei einigen Bremsenkonstruktionen kann man in dieser Hinsicht befriedigende Ergebnisse erzielen, bei anderen jedoch nicht. So kann es vorkommen, daß bei Einstellung eines bestimmten Sollwertes das hydrodynamische Bremsmoment mit kleiner werdender Rotordrehzahl abnimmt anstatt - wie zumeist gefordert - konstant zu bleiben oder leicht anzusteigen.

Nun 1st zwar auch eine hydrodynamische Bremse bekannt (DE-PS 2h ü8 876, Fig. 2), bei der anstelle des zuvor erwähnten Vorsteuerventils ein Regelventil (60) vorgesehen ist. Darin wird durch Vergleich des Sollwertes mit einer Regelgröße ein geregelter Stelldruck erzeugt, der den Ventilkörper eines Ein- und Auslaßquerschnitte der Bremse steuernden Stellventiles mehr oder weniger verschiebt. Dabei können dort Maßnahmen getroffen werden, mit deren Hilfe die vorgenannte Regelgröße in einem genau bestimmbaren Verhältnis zum hydrodynamischen Bremsmoment steht.

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Go kann δ. B. vorgci-erion werden, daß die RegeIgX¹UOe Iin gesamten Kotordrehzahlbereich penau proportional zum hydrodynamischen Bremsmoment ist.

Diese bekannte hydrodynamische Bremse hat sich bei Verwendung in Schienen- oder Straßenfahrzeugen bewährt. In solchen Fahrzeugen brauchen bekanntlich nicht übermäßig hohe Verzögerungswerte erzielt zu werden. Dagegen werden in Geländefahrzeugen, die z. B. militärischen Zwecken dienen, insbesondere in schweren Kettenfahrzeugen, mitunter extrem hohe Verzögerungen verlangt. Dort kann es vorkommen, daß eine hydrodynamische Bremse beispielsweise ein Fahrzeug mit einer Masse ^O ι innerhalb von weniger als 3 a aus einer Geschwindigkeit von /ü km/h auf eine Geschwindigkeit von 20 km/h verzögern muß. En solchen Fällen würde die Verwendung der bekannten hydrodynamischen Bremse Schwierigkeiten bereiten, und zwar aus dem folgenden Grund: Am Ventilkörper des Stellventils muß der Stelldruck gegen eine starke Feder arbeiten, damit eine hohe Rückstellgeschwindigkeit des Ventilkörpers sichergestellt ist. Somit wird ein großer Teil des zur Verfügung stehenden Stelldruckes zur Erhaltung der Lage benötigt, und der zum Beschleunigen des Ventilkörpers verbleibende Teil des Stelldruckes ist verhältnismäßig gering. Dies vermindert die Reaktionsgeschwindigkeit der gesamten Steuereinrichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrodynamische Bremse anzugeben, bei der ein beliebiges, insbesondere ein extrem hohes Bremsmoment aus dem bremsfreien Zustand heraus in kürzester Zeit (schlagartig) einstellbar ist und dieses Bremsmoment während der Bremsphase - entsprechend dem eingestellten Sollwert - wenigstens angenähert konstant gehalten wird.

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Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung ausgegangen von der aus DE-OS 21 20 JkJ bekannten hydrodynamischen Bremse, weil dort das Auslaßventil als ein Überströmventil ausgebildet ist, dessen Ventilkörper beidseitig, d.h. in beiden Bewegungsrichtungen, durch hydraulische Drucke beaufschlagt ist und das somit eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit aufweist.

Die eingangs erläuterten Nachteile dieser bekannten Bremse werden gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Anspruches angegebene Maßnahme beseitigt. Durch diese Maßnahme wird der das Einstellen des Bremsmomentes bewirkende Regelvorgang vom Überströmventil verlagert in eine separate, das bisherige Vorsteuerventil ersetzende Regeleinrichtung. Es zeigt sich, daß hierdurch das dynamische Verhalten der Bremsmoment-Regelung den höchsten Ansprüchen gerecht wird. So kann in Bruchteilen einer Sekunde das Bremsmoment von Null auf einen beliebigen Wert, insbesondere auch auf den vorgesehenen Höchstwert eingestellt werden, wobei der Bremsmomentanstieg bei Erreichen des gewünschten Wertes exakt abgefangen wird (oder mit anderen Worten: schlagartig beendet wird), ohne daß Pendelüngen auftreten.

Es versteht sich, daß das Ergebnis durch flankierende Maßnahmen gestützt oder noch verbessert werden kann, beispielsweise durch großvolumige und strömungsgünstig gestaltete Ein- und Auslaßkanäle und durch ein auf Steuerbefehle rasch reagierendes Einlaß-Steuerventil. Außerdem wird die hydrodynamische Bremse auf möglichst hohe spezifische Leistung ausgelegt, d.h. im Bremsmoment-Drehzahl-Diagramm soll die Bremsmoment-Kennlinie für 100 % Füllungsgrad möglichst steil ansteigen.

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Grundsätzlich können Regeleinrichtungen unterschiedlicher Bauart verwendet werden. Vorzugsweise wird man aber, wie bei den bekannten Bremsen, als Stellgröße einen hydraulischen Druck und deshalb als Regeleinrichtung ein Druckregelventil verwenden (Anspruch 2).

Zwei unterschiedliche Ausgestaltungen des Druckregelventils sind j η den Ansprüchen 3 und 4 angegeben. Hiervon wird man die Ausftihrung nach Anspruch 4 bevorzugen, weil diese bei den Regelvorgängen eine höhere Anderungsgeschv.'indigkeit des die Stellgröße darstellenden hydraulischen Druckes gewährleistet.

Besonders zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen 5 his 8 angegeben. Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt

Figur 1 das Steuerschema einer hydrodynamischen Bremse; Figur 2 eine Abwandlung des Schemas der Figur 1;

Figur J5 einen Teilschnitt durch eine hydrodynamische Bremse mit Überströmventil und dazugehörendem Regelventil.

In Figur 1 stellt 7 das Gehäuse, 11 den Rotor und 12 den Stator einer insgesamt mit 10 bezeichneten hydrodynamischen Bremse dar. Das Füllen der Bremse geschieht mittels einer Füllpumpe 1.5 über ein Füllventil 14 und eine Fülleitung 15. Bei Bremsbefehl, ausgelöst durch Niedertreten eines Bremspedals 9, wird das Füllventil 14 sofort ganz geöffnet.

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Das Entleeren der Bremse 10 erfolgt über eine Auslaßleitung 18, 19 in der ein Überströmventil Ib angeordnet ±st. Durch eine Steuerleitung 20 ist symbolisch dargestellt, daß auf die eine Stirnseite des beweglichen Ventilkörpers des Überströmventils der im Teil l8 der Auslaßleitung herrschende Flüssigkeitsdruck einwirkt, und zwar in Richtung "öffnen". Die gegenüberliegende Stirnseite wird in Richtung "Schließen" durch ein über die Steuerleitung 21 zugeführtes Druckmittel und bei Bedarf durch eine Feder 22 mit einer Gegenkraft Deaut'scnlagt. In Wirklichkeit ist im Bereich dieser Stirnseit-9 zwischen dem Vent i !körper und dem Ventilgehäuse ein Druckraura -yj (Figur j5) /oruanden. Die Versorgung der Steuer leitung 21 ('und damit des Druckraumes 50) mit Druckmittel erfolgt entweder mittels einer Ililfspumpe 2.3 über eine Leitung 24 mit einer Drossel 25 oder aus der Auslaßleitung l8 über ein Rückschlagventil 26 und eine Leitung 2/ mit einer Drossel 28.

Das Überströmventil 16 wird durch ein an die Steuerleitung 21 angeschlossenes Regelventil 30 wie folgt gesteuert: Am Bremspedal 9 wird durch dessen Auslenkung ein bestimmter Sollwert vorgegeben. Diese Auslenkung wird durch eine am Regelventil 17 in Richtung "öffnen" angreifende Feder 31 in eine Sollkraft umgesetzt. Auf einen Bremsbefehl hält die Feder 31 das Regelventil j30 zunächst geschlossen; dadurch bleibt auch das Überströmventil l6 geschlossen, weil die Gegenkraft, gebildet durch den Druck in der Steuerleitung 21 und durch die Feder 22, die vom Flüssigkeitsdruck in der Auslaßleitung j8 (Steuerleitung 20) gebildete Kraft überwiegt. Somit nimmt der Füllungsgrad in der Bremse 10 zu und es steigen die Drücke in der Bremse. Eine Meßdruckleitung 32 führt an einen konstant zu haltenden Druck aus der Bremse 10 auf

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das Regelventil j50, an dessen beweglichem Ventilglied dieser Druck gegen die Kraft der Feder ßl wirkt. Je nachdem, wie weit die aus diesem Druck gebildete Kraft die durch den Bremshebel 9 eingestellte Kraft der Feder 31 übersteigt, wird die Steuerleitung 21 mehr oder weniger entlastet, d.h. mehr oder weniger mit der Ent las tungs leitung ß'J verbundeMi, die in einen Niederdruckbereich, z. B. in einen Sumpf 8 mündet. Hierdurch wird die am Ventilkörper des Überströmventils 16 wirkende Gegenkraft soweit verringert, daß sich durch ein geregeltes öffnen des Überströmventils l6 derjenige Druck in der Bremsenauslaßleitung l8 einstellt, der notwendig Int, am den gewünschten Meßdruck in der Leitung j>'d und damit das gewünschte Bremsmoment zu erreichen.

Die Heßdruckleitung ;52 kann an das Gehäuse der Bremse 10 angeschlossen werden oder - wie bei j>k- mit einer strichpunktierten Linie angedeutet - im Bereich des Stators 12 unmittelbar an den torusförmlgen Arbeitsraum der Bremse.

Die beiden Drosseln 25 und 28 dienen zu dem Zweck, daß das Regelventil J50 den Druck in der Steuer leitung 21-trot ζ des a tändigen Nachspeisens von Druckmittel durch die Leitungen 24 und 27-im notwendigen Maße zurücknehmen kann.

In der Figur 2 sind diejenigen Teile, die mit der Ausführung nach Figur 1 übereinstimmen, mit den gleichen Bezugszeichen wie dort versehen. Ein Unterschied zu Figur 1 besteht lediglich darin, daß das Einspeisen von Druckmittel in die Steuerleitung 21 nicht mehr direkt aus der Bremse^Auslaßleitung l8 und von der Hilfspumpe erfolgt, sondern nunmehr über das zu diesem Zweck abgewandelte Regelventil 36. Hierzu sind die Leitungen 2.K und 27 zu einer Ein-

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speisleitung 35 vereinigt, die in das Regelventil 36 einmündet. Dadurch wird die Steuerleitung 21 nur dann mit Druckmittel versorgt, solange der Meßdruck in der Leitung 32 zu niedrig ist. Ist dieser Druck zu hoch, dann wird die Steuerleitung 21 entlastet wie im Falle der Figur 1. Die Bremse 10 reagiert hierdurch noch rascher als bei der Anordnung gemäß Figur 1. Die Drosseln 25 und 28 können bei der Bauweise nach Figur 2 entfallen.

Die Figur 3 zeigt eine mögliche konstruktive Gestaltung des Überströmventils 16 mit dem daran angebauten Regelventil 36· Man erkennt einen Teil der hydrodynamischen Bremse 10 mit dem Rotor 11, dem Stator 12 und dem Bremsengehäuse 7 mit der Auslaßleitung 18. Ein an das Bremsengehäuse 7 angebautes Ventilgehäuse weist eine Bohrung 4l auf zur Aufnahme eines beweglichen Ventilkörpers 42 des Überströmventils ΐβ und der dazugehörenden Druckfeder 22, die den Ventilkörper 42 auf seinen Ventilsitz drückt. Der die Feder 22 aufnehmende Teil der Bohrung 4l ist der oben schon erwähnte Druckraum 50. In diesen mündet die vom Regelventil 36 kommende Steuerleitung 21. Der vom Ventil 16 zum Sumpf 8 führende Teil der Auslaßleitung ist wieder mit 19 bezeichnet.

Das Ventilgehäuse 40 weist eine weitere Bohrung 51 auf, in dem der bewegliche Ventilkörper 52 des Regelventils ~}6 angeordnet 1st. In der Bohrung 51 sind zwei Ringnuten 53 und 54 vorgesehen. Außerdem hat der Kolben 52 eine Ringnut 55. Deren Breite ist so groß wie der Abstand zwischen den beiden Ringnuten 53 und 54.

Im übrigen entsprechen die Einzelheiten der Ventilanordnung l6, 36 weitgehend dem Schema nach Figur 2. Man erkennt wieder den

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Bremshebel 9, die Feder 31 und die Hilfspumpe 23 mit der Leitung 24, die in die Ringnut 53 einmündet. Die letztere entspricht der Einspeisleitung 35 der Figur 2. In diese mündet auch wieder die von der Bremsen-Auslaßleitung 18 kommende Leitung 27, in die das Rückschlagventil 26 eingebaut ist. An die Ringnut 54 ist die Entlastungsleitung 33 angeschlossen. Die Meßdruckleitung 32 ist hier als eine direkte Verbindung vom Arbeitsraum der Bremse 10 zur Bohrung 51 ausgebildet. Die zum Füllen der Bremse 10 dienenden Teile 13, 14 und 15 sind in Figur 3 weggelassen.

Die Figur 3 zeigt die Ventilanordnung im Ruhezustand; d.h. es ist kein Bremsbefehl erteilt und der Arbeltsraum der Bremse 10 ist vollkommen entleert. Der Druckraum 50 ist über die Steuerleitung 21, die Bohrung 51, die Ringnut 54 und die Leitung 33 in den Niederdruckbereich 8 entlastet. Der Ventilkörper 42 wird durch die Vorspannung der Feder 22 auf seinen Ventilsitz gedrückt. Die Verbindung von der Steuerleitung 21 zur Leitung 24 ist geschlossen.

Wenn die Bremse gefüllt wird, wird zunächst durch das Niedertreten des Bremspedals 9 der Kolben 52 über die Feder 31 - in der Zeichnung gesehen - nach oben geschoben, bis der am Kolben 52 angeformte Bund 56 am Ventilgehäuse 40 anschlägt. Dabei wird die Feder 31 je nach der Auslenkung des Bremspedals 9 mehr oder weniger vorgespannt. Nun gelangt der von der Hilfspumpe 23 gelieferte Druck über die Leitung 24, die Ringnut 53, die Bohrung 51 und die Steuerleitung 21 in den Druckraum 50 und beaufschlagt den Ventilkörper 42 zusätzlich zur Vorspannung der Feder 22. Erst wenn der auf die obere Stirnfläche des Regelkolbens 52 wirkende Meßdruck (Leitung 32) die Vorspannung der Feder 31 überwiegt, bewegt sich der Regelkolben 52 wieder ein Stück weit nach unten. Dies hat eine Entlastung des Druckraumes 50 zur Folge bis die am Regelkolben 52 angreifenden Kräfte in Gleichgewicht stehen.

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In der Figur J sind die Bohrungen 4l und 51 der beiden Ventile zueinander parallel angeordnet, Utatt dessen kann die Anordnung zweckmäßig auch so getroffen werden, daß sich die Bohrung 51 senkrecht zur Zeichenebene erstreckt.

Heidenheim, den 15.12.1978
Sh/SKn

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Claims

G 36^8 Voith Getriebe KG

Kennwort: "Schnelle Bresmregelung" Heidenheim

Patentansprüche

1\ Hydrodynamische Bremse mit einem von zwei Schaufelrädern gebildeten und mit ArbeitsflUssigkelt fUllbaren torusförmigen Arbeitsraum, an den eine Einlaß- und eine Auslaßleitung angeschlossen sind und dessen FUllungsgrad - zwecks Einstellung des Bremsmoments entsprechend einem veränderbaren Sollwert mittels eines in der Auslaßleitung angeordneten Überströmventils einstellbar ist, wobei der bewegliche Ventilkörper des Überströmventils durch eine vom Flüssigkeitsdruck in der Auslaßleitung erzeugte Druckkraft in Richtung "öffnen" und durch eine Gegenkraft in Richtung "Schließen" verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Gegenkraft mittels einer an sich bekannten, vom Überströmventil (l6) getrennten Regeleinrichtung (31; 36) eingeregelt wird durch Vergleich des Sollwertes mit einer Meßgröße, die wenigstens angenähert proportional zu dem von der Bremse (lO) erzeugten Bremsmoment ist.

2 ORIGINAL INSPECTED

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2. Hydrodynamische Bremse nach Anspruch 1, deren Überströmventil (l6) zum Erzeugen der Gegenkraft einen Druckraum (50) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (3I; J56) - wie an sich bekannt - ein Druckregelventil ist und als Stellgröße den im Druckraum (50) herrschenden hydraulischen Druck eingeregelt.
3. Hydrodynamische Bremse nach Anspruch 2, worin der Druckraum des Überströmventils mit einem der Bremse entnommenen Flüssigkeitsdruck und/oder durch einen Hilfsdruck beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckregelventil (30) beim Einregeln des im Druckraum (Leitung 21) herrschenden Drucks den Druckraum mehr oder weniger zu einem Niederdruckbereich (8) hin öffnet (Figur l).
4. Hydrodynamische Bremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckregelventil (36) zum Einregeln des im Druckraum (50) herrschenden Drucks einen von einer beliebigen Druckquelle gelieferten, z. B. einen aus der Bremsenauslaßleltung (18) entnommenen Druck in den als Stellgröße dienenden geregelten Druck umwandelt und dem Druckraum (50, Leitung 21) zuführt (Figur 2 und 3).
5. Hydrodynamische Bremse nach dem Oberbegriff des Anspruches 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einstellen des im Druckraum (50) herrschenden Druckes ein Regelventil (31, 36) vorgesehen ist, dessen beweglicher Ventilkörper ein in einer Gehäusebohrung (51) verschiebbarer Regelkolben (52) ist, daß im Bereich der einen Stirnseite des Regelkolbens (52) eine Meß-

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druckleitung (32) in die Bohrung (^l3l) mündet, und daß an der anderen Stirnseite des Regelkolbens (52) eine Druckfeder (31) angreift, deren Federkraft durch einen Sollwertgeber (Bremshebel 9) einstellbar ist, daß ferner in die Bohrung (51) eine vom Druckraum (50) kommende Steuerleitung (21) und eine Entlastungsleitung (j>,5) einmünden, wobei der Regelkolben (52) eine Verbindung von der Leitung (21) zur Leitung (33) öffnet, wenn die auf den Kolben (52) wirkende Druckkraft des Druckes in der Meßdruckleitung (32) die Kraft der Feder (31) überwiegt.
6. Hydrodynamische Bremse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Bohrung (5I) eine weitere an eine Druckmittelquelle angeschlossenen Leitung (24, 27) einmündet, wobei der Regelkolben (52) eine von der Leitung (24, 27) zur Steuerleitung (21) führende Verbindung derart steuert, daß diese bei Absinken der genannten Druckkraft unter die Kraft der Feder (31) geöffnet wird.
7. Hydrodynamische Bremse nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Mittelstellung des Regelkolbens (52) beide Verbindungen von der Steuerleitung (21) zur Leitung (24) und zur Entlastungsleitung (33) geschlossen sind.

ö. Hydrodynamische Bremse nach Anspruch 6 oder 7» daduroh gekennzeichnet, daß die Druckquelle die Bremsen-Auslaßleitung (18) ist, die über die Leitung (27) mit der Bohrung (51) verbunden ist, und daß in der Leitung (27) ein das Rückströmen in die Auslaßleitung (18) sperrendes Sperrventil (26) angeordnet ist.

Heidenheim, den 15.12.1978
Sh/SKn

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