DE3144902C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Antriebsaggregat mit einem Schaltge
triebe, das einen Retarder und ein Planetengetriebe aufweist.
In dem Schaltgetriebe wird der Retarder (hydrodynamische Brem
se) dazu benutzt, um eine Abtriebswelle mittels hydrodynami
scher Kraftübertragung aus dem Stillstand in Rotation zu ver
setzen.
1) DE-AS 14 80 506
2) DE-AS 20 21 543
3) DE-AS 26 56 669
4) DE-PS 16 00 191
5) DE-OS 30 00 664
6) DE-PS 26 18 073
7) DE-OS 29 35 361
8) US-PS 23 43 509
9) Automobiltechnische Zeitschrift 1967, Seiten 149-152
10) AT-PS 2 31 832
11) US-PS 23 97 634
12) DE-OS 21 56 002
13) DE-AS 25 18 186
2) DE-AS 20 21 543
3) DE-AS 26 56 669
4) DE-PS 16 00 191
5) DE-OS 30 00 664
6) DE-PS 26 18 073
7) DE-OS 29 35 361
8) US-PS 23 43 509
9) Automobiltechnische Zeitschrift 1967, Seiten 149-152
10) AT-PS 2 31 832
11) US-PS 23 97 634
12) DE-OS 21 56 002
13) DE-AS 25 18 186
Aus der Fig. 1 der Druckschrift 1) ist ein Lenkgetriebe für ein
Kettenfahrzeug bekannt, mit den folgenden Einzelheiten: Eine
Antriebswelle 25 treibt das Hohlrad 31 (erstes Getriebeglied)
eines Planetengetriebes 29 an. Von diesem Planetengetriebe 29
ist ein Planetenträger 33 (zweites Getriebeglied) an eine Ab
triebswelle 24 gekoppelt. Außerdem ist ein Sonnenrad 34 (drit
tes Getriebeglied) an den Rotor 45 eines Retarders 43 gekoppelt
und mittels einer Bremse 39 festsetzbar. Wenn die Abtriebswelle
24 still steht, rotieren das erste und das dritte Getriebeglied
mit unterschiedlichen Drehrichtungen, wobei die Drehzahl des
dritten Getriebegliedes größer als diejenige des ersten Getrie
begliedes ist. Durch Einschalten des Retarders 43 kann die
Drehzahl des dritten Getriebegliedes 34 verringert und hier
durch die Abtriebswelle 24 in Rotation versetzt werden, wobei
ihre Drehrichtung umgekehrt zur Drehrichtung des dritten Ge
triebegliedes 34 ist. Die Abtriebswelle 24 hat dort die Funk
tion einer sogenannten Nullwelle im Lenkgetriebe eines Ketten
fahrzeuges. Vom Fahrzeug-Antrieb selbst zeigt die Druckschrift
1) nur ein Fahrgetriebe 2 und Überlagerungsgetriebe 5 und 6.
Die Druckschrift 2) zeigt ein Fahrzeug-Schaltgetriebe mit einem
integrierten hydrodynamischen Drehmomentwandler. Dieser ist
sowohl im Traktionsbetrieb (insbesondere zum Anfahren aus dem
Stillstand) als auch zum hydrodynamischen Bremsen einsetz
bar. Antriebsaggregate mit diesem Schaltgetriebe haben sich
zwar sehr gut bewährt; jedoch ist dort für eine bestimmte An
zahl von Gängen eine verhältnismäßig große Zahl von Planeten
radsätzen erforderlich. Ein Getriebe, mit dem hydrodynamisches
Anfahren und Bremsen möglich ist, ist außerdem aus der Druck
schrift 10) für sich allein bekannt. Die aus diesen Schriften
bekannten Getriebe haben gemeinsam, daß bei ihnen versucht wur
de, die hydraulischen Verluste durch Leistungsverzweigung zu
verringern. Es sind zwei parallele Kraftübertragungswege vor
handen, nämlich ein hydraulisch-mechanischer und ein rein me
chanischer. Die hydraulischen Verluste sind bei diesen Getrie
ben jedoch verhältnismäßig hoch, weil sich der hydraulische
Anfahrgang über einen verhältnismäßig großen Abtriebsdrehzahl
bereich erstreckt. Bekannt ist aus der Druckschrift 11) ferner
ein Getriebe mit Leistungsteilung analog den eingangs erwähnten
Schriften.
Aus der Druckschrift 3) ist ein Fahrzeug-Schaltgetriebe be
kannt, das einerseits einen hydrodynamischen Drehmomentwandler
aufweist, der allein für den Traktionsbetrieb bestimmt ist, und
andererseits einen Retarder, der nur zum hydrodynamischen Brem
sen dient. Somit ist dort der Bauaufwand für die hydrodynami
schen Getriebeelemente verhältnismäßig hoch.
Aus der Druckschrift 12) ist ein Antriebsaggregat mit einem
Drehmomentwandler bekannt, der ausschließlich für die Traktion
verwendet wird. Das Getriebe umfaßt ferner einen Retarder, der
ausschließlich für die Bremsung verwendet wird. Beschrieben
werden Möglichkeiten, den Retarder nicht nur durch einen Brems
befehlsgeber, sondern auch über das Fahrpedal zu steuern. Insbe
sondere wird offenbart, daß das Fahrpedal eine Null-Stellung
zwischen zwei Endlagen haben soll, wobei in der einen Richtung
der Motor gesteuert wird, während beim gänzlichen Loslassen des
Pedals die Bremse voll wirksam sein soll. Der Retarder reagiert
somit nur dann, wenn nicht gleichzeitig ein Signal auf den An
triebsteil wirkt. Eine weitere Kupplung zwischen Motor- und
Retarderbetätigung liegt nicht vor, insbesondere arbeitet der
Retarder in jedem Falle nur in seiner bremsenden Funktion. Aus
der Druckschrift 13) ist darüber hinaus eine Regeleinrichtung
bekannt, die das Einstellen einer bestimmten Bremskraft ermög
licht.
Allen bekannten Getrieben ist gemeinsam, daß im Anfahrbereich
bei der hydrodynamischen Kraftübertragung naturgemäß mit hy
draulischen Verlusten gerechnet werden muß.
Ausgehend von der DE-AS 14 80 506 soll ein Antriebsaggregat
geschaffen werden, das für die Übertragung der Motorleistung
zur Fortsetzung eines Fahrzeuges geeignet ist und in dessen
Schaltgetriebe die Kraftübertragung bei möglichst geringem Auf
wand sowohl beim Anfahren als auch beim Bremsen hydrodynamisch
stattfindet, wobei gleichzeitig beim Anfahren die hydraulischen
Verluste in noch stärkerem Maße verringert werden sollen, als
dies bei anderen Getrieben gemäß DE-AS 20 21 543 oder
AT-PS 2 31 832 realisiert ist.
Die vorgenannte Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene
Antriebsaggregat gelöst. Es wurde erkannt, daß das aus der
Druckschrift 1) bekannte Aggregat, das lediglich zum Antrieb
einer Fahrzeug-Lenkeinrichtung dient, durch die erfindungsgemä
ße Umgestaltung auch für den Fahrzeugantrieb selbst und zu
gleich als Fahrzeugbremse eingesetzt werden kann. Hierzu wird
gemäß der Erfindung am Planetengetriebe eine Schalteinrichtung
vorgesehen, durch deren Betätigung - bei gleichbleibender Dreh
richtung der Abtriebswelle - die Drehrichtung des dritten Ge
triebegliedes und damit des Retarder-Rotors umgekehrt wird.
Zugleich wird der Retarder, wie an sich aus Druckschrift 4)
oder 5) bekannt ist, derart gestaltet, daß er in beiden Dreh
richtungen eine hohe spezifische Leistung aufweist. Hierdurch
wird es möglich, den Retarder - zusätzlich zur hydrodynamischen
Kraftübertragung im Anfahrbereich - nach einer Umkehrung sei
ner Drehrichtung auch noch zum hydrodynamischen Bremsen einzu
setzen. Der Retarder wird, wie an sich bekannt, durch Füllen
mit Arbeitsflüssigkeit eingeschaltet und durch Entleeren aus
geschaltet. Dabei ist es vorteilhaft, eine Steuereinrichtung
derart auszubilden, daß man dem Retarder wahlweise von einem
Bremsbefehlgeber (z. B. Bremspedal) und von einem Beschleuni
gungsgeber (z. B. Gaspedal) Steuerbefehle erteilen kann (An
spruch 2).
Ein in beiden Drehrichtungen wirksamer Retarder mit nur einem
einzigen torusförmigen Arbeitsraum könnte, abweichend von Druck
schrift 5), auch dadurch gewonnen werden, daß die Schaufeln in
achsparallelen Ebenen liegen. Bevorzugt wird jedoch ein Retar
der gemäß Druckschrift 4), der in zwei torusförmigen Arbeits
räumen schräggestellte Schaufeln aufweist. Die Arbeitsräume
sind räumlich und funktionell eng miteinander verschmolzen. So
ist z. B. nru ein einziger gemeinsamer Rotor vorhanden; außer
dem werden beide Arbeitsräume stets gemeinsam gefüllt oder ent
leert. Somit ist der Aufwand für die Steuerung der Arbeitsflüs
sigkeit wesentlich geringer als bei Vorhandensein eines Wandlers
und eines Retarders gemäß Druckschrift 3). Mit anderen Worten:
Gemäß der Erfindung können in einem Getriebe nach Druckschrift 3)
der Wandler, dessen Überbrückungskupplung und der Retarder er
setzt werden durch das im Anspruch 1 angegebene Schaltgetriebe,
umfassend einen Planetensatz und einen drehrichtungsunabhängigen
Retarder.
Das Schaltgetriebe des erfindungsgemäßen Antriebsaggregates hat
einen hydrodynamischen Anfahrbereich, bei dem der Retarder ein
geschaltet ist, und einen mechanischen Bereich mit mindestens
zwei Gängen. Im ersten rein mechanischen Gang sind das dritte Getriebeglied und
somit der Retarderrotor festgesetzt. Der zweite rein mechanische Gang wird
eingeschaltet durch Betätigung der Schalteinrichtung, die die
Drehrichtungsumkehr des Retarderrotors auslöst. Vorzugsweise
ist diese Schalteinrichtung gemäß Anspruch 3 als eine Durch
kupplung ausgebildet, welche An- und Abtriebswelle des Schalt
getriebes miteinander verbindet.
Das erfindungsgemäße Antriebsaggregat kann durch vielerlei
Gangschaltgetriebe ergänzt werden. Hierfür kommen in Betracht:
Schaltgetriebe nur mit weiteren Vorwärtsgängen oder solche mit
Vorwärtsgängen und wenigstens einem Rückwärtsgang oder reine
Wendegetriebe. Somit können ohne Schwierigkeiten beliebig vie
le Gänge vorgesehen werden. Es sind jedoch auch Ausführungen
ohne zusätzliches Schaltgetriebe möglich, wie weiter unten er
läutert wird.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht
darin, daß beim Beschleunigen der Abtriebswelle aus dem Still
stand der Retarder nur über einen kleineren Abtriebsdrehzahl
bereich eingeschaltet sein muß, verglichen mit einem hydrody
namischen Drehmomentwandler. Schon beim Erreichen einer ver
hältnismäßig kleinen Mindest-Abtriebsdrehzahl (Mindest-Fahr
geschwindigkeit) kann die am dritten Getriebeglied befindliche
Bremse eingeschaltet werden. Von da an arbeitet das Schaltge
triebe rein mechanisch ohne hydraulische Verluste. Folglich
ist - über den gesamten Arbeitsbereich gesehen - der Energie
verbrauch verhältnismäßig gering.
Durch den Wegfall des hydrodynamischen Drehmomentwandlers ver
zichtet man zwar auf dessen hohe Drehmomentwandlung im Anfahr
punkt. Diese wird jedoch in vielen Fällen (z. B. bei Antrieben
für Omnibusse) gar nicht benötigt, weil mit Rücksicht auf die
Fahrgäste die Beschleunigung einen bestimmten Wert nicht über
steigen soll.
Es ist schon mit anderen Mitteln versucht worden, ein automa
tisches Fahrzeuggetriebe ohne hydrodynamischen Drehmomentwand
ler zu schaffen. So ist aus der Druckschrift 7) ein Schaltge
triebe bekannt, das eine mechanische, sogenannte Dauer- und
Gangschaltbremse aufweist, die für längeren Schlupfbetrieb
ausgelegt ist. Ein solcher Schlupfbetrieb ist dort vorgesehen
- ähnlich wie im erfindungsgemäßen Getriebe beim Retarder -
einerseits zum Anfahren aus dem Stillstand und andererseits
zum Abbremsen des Fahrzeuges. Ein Nachteil dieser bekannten
Konstruktion ist, daß trotz der Auslegung der Bremse für län
geren Schlupfbetrieb die Gefahr von Verschleiß und/oder Über
hitzung besteht. Sie wird deshalb in der Praxis nicht ange
wendet. Im übrigen wäre es nicht damit getan, in dem bekannten
Schaltgetriebe die Dauerbremse durch einen Retarder zu ersetzen,
weil die dort vorgesehene Ankoppelung des Dauerbremsrotors an
ein langsam rotierendes Getriebeglied für den Retarder sehr un
günstig wäre.
Wie oben schon erwähnt worden ist, weist das Schaltgetriebe
des erfindungsgemäßen Antriebsaggregates vorzugsweise eine
Durchkupplung auf, bei deren Betätigung die Getriebeglieder
des Planetengetriebes als Block umlaufen. Zwar ist aus der
Druckschrift 8) schon ein Schaltgetriebe bekannt, das einen
Retarder, ein Planetengetriebe und eine Durchkupplung aufweist;
diese ist jedoch als Freilauf (Einwegkupplung) ausgebildet. Da
durch haben zunächst, d. h., beim Anfahren aus dem Stillstand,
die Antriebswelle, die Abtriebswelle und der Retarderrotor
gleiche Drehzahl und gleiche Drehrichtung. Somit kann der Re
tarder erst nach Erreichen einer bestimmten Mindestdrehzahl
wirksam werden. Hierbei rotiert dann die Abtriebswelle rascher
als die Antriebswelle. Dort ist somit der Retarder in dem be
sonders wichtigen Anfahrbereich nicht einsetzbar. Auch ein Ver
zögern der Abtriebswelle mit Hilfe des Retarders ist dort nicht
vorgesehen.
Durch die Merkmale des Anspruches 4 kann erreicht werden, daß
der Retarder beim hydrodynamischen Bremsen ganz unabhängig von
der Antriebsmaschine in einem großen Drehzahlbereich der Ab
triebswelle wirksam sein kann, d. h., bis hin zu verhältnismäßig
kleinen Abtriebsdrehzahlen. Dagegen ist der Retarder bei einge
schalteter Durchkupplung (gemäß Anspruch 3) beim Bremsen nur
bis zur kleinstmöglichen Drehzahl der Antriebsmaschine einsetz
bar. Aus diesem Grunde und weil die Durchkupplung in der Regel
für den Traktionsbetrieb benötigt wird, wird man bei Bedarf die
Merkmale der Ansprüche 3 und 4 gemeinsam anwenden.
Für das erfindungsgemäße Antriebsaggregat kommen viele unter
schiedliche Antriebsmaschinen in Betracht. Bevorzugt wird ein
Dieselmotor; aber auch die Verwendung einer Gasturbine ist mög
lich. Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung kann auch
eine in der Drehrichtung umkehrbare Antriebsmaschine, z. B. ein
Elektromotor, verwendet werden (Ansprüche 5 und 6).
Ein wesentlicher Vorteil dieser Bauweise gegenüber bekannten
elektro-hydrodynamischen Antriebsaggregaten (die für den Trak
tionsbetrieb einen Drehmomentwandler und notwendigerweise ein
Wendegetriebe aufweisen, siehe Druckschrift 6) besteht darin,
daß das Wendegetriebe entfallen kann. Denn aufgrund der erfin
dungsgemäßen Verwendung eines zumindest weitgehend drehrichtungs
unabhängigen Retarders kann dieser in beiden Antriebsdrehrich
tungen gleich gut im Traktionsbetrieb arbeiten. Genauso kann er
in beiden Abtriebsdrehrichtungen gleich gut bremsen. Darüber
hinaus wird man bei der Kombination eines Elektromotors mit
dem Retarder und dem dazugehörigen Planetenradsatz in manchen
Elektrofahrzeugen, z. B. bei einem Trolley-Bus, auf ein nachge
ordnetes Gangschaltgetriebe ganz verzichten können.
Ein wichtiger weiterführender Gedanke der Erfindung ist im
Anspruch 7 angegeben. Diesem liegt die folgende Aufgabe zu
grunde: Während des Anfahrvorganges mit Hilfe des Retarders
soll die Drehzahl der Antriebsmaschine einerseits nicht zu
stark gedrückt werden (Gefahr des Abwürgens durch ein zu ho
hes Retardermoment) und andererseits nicht unnötig hohe Werte
annehmen (etwa wenn viel Gas gegeben wird bei verhältnismäßig
niedrigem Retardermoment). Man könnte diese Aufgabe an sich
dadurch lösen, daß der Füllungsgrad und damit das Moment des
Retarders von Hand an das jeweilige Moment der Antriebsma
schine angepaßt wird. Gemäß der Erfindung erfolgt dies je
doch selbsttätig mit Hilfe der in Anspruch 7 angegebenen Re
geleinrichtung. Dabei kann man durch die zusätzlichen Merk
male des Anspruches 8 dafür sorgen, daß die Drehzahl der An
triebsmaschine mit zunehmender Abtriebsdrehzahl (Fahrgeschwin
digkeit) ansteigt. Es kann eine lineare oder progressive Ab
hängigkeit der Motordrehzahl von der Fahrgeschwindigkeit ein
gestellt werden. In diesem Zusammenhang erkennt man einen
weiteren wesentlichen Vorteil der Erfindung gegenüber Antriebs
aggregaten, die einen hydrodynamischen Drehmomentwandler zum
Anfahren haben. Dort müssen bekanntlich zum Anpassen des Wand
lers an die Antriebsmaschine unterschiedliche Wandlerpumpen
räder und/oder unterschiedliche Zahnräder für verschiedene
Eingangs-Übersetzungen bereitgestellt werden. Demgegenüber
braucht man bei Verwendung eines Retarders zum Anfahren nur
dessen Steuerung an die jeweilige Antriebsmaschine anzupassen.
Dies kann besonders einfach dadurch erfolgen, daß man die
Charakteristik des im Anspruch 8 genannten Sollwert-Gebers
verändert, daß man also eine bestimmte Abhängigkeit der Motor
drehzahl von der Fahrgeschwindigkeit einstellt.
Gemäß Anspruch 9 können die beiden Arbeitsräume des Retarders
bei Bedarf für unterschiedliche maximale Drehmomente in den
beiden Drehrichtungen ausgelegt werden. Zum Beispiel können die beiden
Arbeitsräume, abweichend von Druckschrift 4), unterschiedliche
Abmessungen aufweisen. Oder man kann in den beiden Arbeitsräu
men unterschiedliche Schaufel-Neigungswinkel vorsehen. Durch
eine solche Maßnahme ist es z. B. auch möglich, die Arbeitsräu
me nur an unterschiedliche maximale Drehzahlen in den beiden
Drehrichtungen anzupassen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen,
die in der Zeichnung dargestellt sind, noch weiter erläutert.
In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 ein Balkenschema, das für mehrere mögliche
Ausführungsformen des Schaltgetriebes gül
tig ist;
Fig. 2 den dazugehörigen Drehzahlplan;
Fig. 3 ein Räder-Schema für ein aus den Fig. 1
und 2 ableitbares Schaltgetriebe;
Fig. 4 ein Räder-Schema für ein anderes aus den
Fig. 1 und 2 herleitbares Schaltgetriebe;
Fig. 5 ein Steuerschema für den Betrieb des Retar
ders.
Zur Darstellung von Planetengetrieben in Form eines Balken
schemas gemäß Fig. 1 und eines Drehzahlplanes gemäß Fig. 2
wird hingewiesen auf die Druckschrift 9).
Das in Fig. 1 dargestellte Balkenschema repräsentiert Planeten
getriebe mit drei Getriebegliedern; dies sind die Punkte 11,
12 und 13 des Balkens 10. Eine Antriebsmaschine 20 ist über
eine Antriebswelle 21 starr mit dem ersten Getriebeglied 11
gekoppelt. Anstelle dieser starren Koppelung kann bei Bedarf
auch eine lösbare Kupplung 22 vorgesehen werden. In diesem
Falle wird zusätzlich am ersten Getriebeglied eine Bremse 23
vorgesehen. Das zweite, auf dem Balken mittlere Getriebeglied
12 ist starr an die Abtriebswelle 31 gekoppelt. Zwischen der
Antriebswelle 21 und Abtriebswelle 31 ist eine lösbare Kupp
lung 24, eine sogenannte Durchkupplung vorgesehen. Statt des
sen könnte auch eine Kupplung zwischen dem ersten und dem drit
ten oder zwischen dem zweiten und dem dritten Getriebeglied an
geordnet werden. Eine weitere Abwandlung der dargestellten Aus
führungsform ist möglich: Man kann unter Wegfall der Kupplung
22 eine Kupplung zwischen der Antriebsmaschine 20 und dem Ver
zweigungspunkt 19 anordnen, an den die Durchkupplung 24 ange
schlossen ist.
Ein in beiden Drehrichtungen wirksamer Retarder 15 (hydrody
namische Bremse) ist entsprechend Druckschrift 4) gestaltet.
Er hat einen Rotor 16 mit zwei Schaufelkränzen und dementspre
chend einen Stator 17 ebenfalls mit zwei Schaufelkränzen. Der
Retarder-Rotor 16 ist starr an das dritte Getriebeglied 13 ge
koppelt. Dieses ist zusätzlich mittels einer mechanischen Brem
se 18 festsetzbar.
In Fig. 2 erkennt man wieder den Balken 10 von Fig. 1 mit den
drei Getriebegliedern 11 bis 13. Die von dem Punkt 11 ausgehen
den Pfeile repräsentieren unterschiedliche Drehzahlen der An
triebswelle 21. Genauso stellen die von den Punkten 12 und 13
ausgehenden Pfeile unterschiedliche Drehzahlen der Abtriebswel
le 31 bzw. des Retarder-Rotors 16 dar.
Die Linie a zeigt den Zustand bei Leerlauf und stillstehender
Abtriebswelle 31. Die Antriebswelle 21 rotiert mit einer Min
destdrehzahl; der Retarder-Rotor rotiert mit einer entsprechend
dem Übersetzungsverhältnis erhöhten Drehzahl mit umgekehrter
Drehrichtung.
Die Linie b zeigt den Zustand, bei dem der eingeschaltete
Retarder das Getriebeglied 13 auf etwa ein Drittel der ur
sprünglichen Drehzahl verlangsamt hat. Gleichzeitig ist die
Drehzahl der Antriebsmaschine 20 und der Antriebswelle 21 um
einen gewissen Betrag erhöht worden. Dementsprechend rotiert
die Abtriebswelle 31 nunmehr mit der Drehzahl n 1.
Die Linie c zeigt den Zustand nach dem Schließen der Bremse
18, wodurch der erste mechanische Gang eingeschaltet wird.
Dies hat bei gleichbleibender Abtriebsdrehzahl n 1 ein Drücken
der Antriebswellendrehzahl etwa auf die ursprüngliche Mindest
drehzahl zur Folge. Mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit er
höht sich die Abtriebsdrehzahl auf den Wert n 2 und dementspre
chend die Antriebsdrehzahl gemäß Linie d.
Nunmehr kann durch Schließen der Durchkupplung 24 bewirkt wer
den, daß alle Getriebeglieder 11, 12 und 13 mit der gleichen
Drehzahl und der gleichen Drehrichtung umlaufen, z. B. mit der
Drehzahl n 2, siehe Linie e. Hierdurch ist der zweite mechani
sche Gang eingeschaltet, wobei durch eine weitere Erhöhung der
Antriebsdrehzahl bis zur maximalen Abtriebsdrehzahl n 3 hochge
fahren werden kann, siehe Linie f.
In diesem Schaltzustand kann nun bei Bedarf der Retarder 15
wieder eingeschaltet werden, um das Fahrzeug abzubremsen. Hier
bei kann die Abtriebsdrehzahl äußerstenfalls bis zur Linie g
absinken, also bis zur Mindestdrehzahl der Antriebswelle 31.
Wie man sieht, arbeitet hierbei der Retarder mit umgekehrter
Drehrichtung, verglichen mit dem Zustand beim Anfahren.
Eine verbesserte Bremswirkung mit dem Retarder 15 bei kleinen
Fahrgeschwindigkeiten kann dann erzielt werden, wenn gemäß Fig. 1
die Kupplung 22 und die Bremse 23 vorhanden sind. Der Retarder
ist in diesem Falle bei gelöster Kupplung 22 und eingeschalte
ter Bremse 23 zwischen den strichpunktierten Linien h und i
wirksam. Spätestens wenn hierbei die Drehzahl der Abtriebswel
le unter die Mindestdrehzahl der Antriebswelle absinkt, muß
die Durchkupplung 24 geöffnet werden.
Die Fig. 3 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Er
findung mit einem einfachen Planetenradsatz P. Man erkennt
wieder die Antriebsmaschine 20, die Antriebswelle 21, die Ab
triebswelle 31 und den Retarder 15. Das erste Getriebeglied
11 des Planetenradsatzes P ist das Hohlrad. Dieses kann ent
weder direkt oder über die strichpunktiert dargestellte Kupp
lung 22 mit der Antriebswelle 21 verbunden sein. Im letzteren
Falle ist es durch die Bremse 23 festsetzbar. Zwischen der An
triebswelle 21 und dem Planetenradsatz P kann ein Torsions
schwingungsdämpfer 29 vorgesehen sein (in Fig. 1 nicht darge
stellt). Das zweite Getriebeglied 12 des Planetenradsatzes ist
der Planetenträger, der starr mit der Abtriebswelle 31 verbun
den ist. Zwischen dieser und der Antriebswelle 21 befindet sich
die Durchkupplung 24. Das dritte Getriebeglied 13 ist das Son
nenrad, das starr mit den Retarder-Rotor 16 verbunden und mit
der Bremse 18 festsetzbar ist. An die Antriebswelle 31 kann
ein Nachschaltgetriebe 30 angeschlossen sein.
In Fig. 4 sind die gegenüber Fig. 3 unveränderten Teile mit
den gleichen Bezugszeichen versehen wie dort. Abweichend von
Fig. 3 ist nunmehr ein Planetengetriebe P′ mit Doppelplaneten
vorgesehen. Das erste Getriebeglied 11′ ist nunmehr der Pla
netenträger und das zweite Getriebeglied 12′ das Hohlrad. Das
dritte Getriebeglied 13 ist wie in Fig. 3 das Sonnenrad.
In Fig. 5 ist das Antriebsaggregat der Fig. 3 zusammen mit dem
Steuerschema des Retarders dargestellt. Die Einzelteile des An
triebsaggregates sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet
wie in Fig. 3. Zu dem Retarder 15 gehört ein Leitungssystem
für die Arbeitsflüssigkeit (Kühlkreislauf), bestehend aus
einer Zulaufleitung 32 und einer Rücklaufleitung 33, die bei
de an ein Schaltventil 39 angeschlossen sind, ferner bestehend
aus einem Kühler 35 mit Eingangsleitung 34 und Ausgangsleitung
36. Ein Flüssigkeitsbehälter 40 ist durch eine Zwischenwand 41
in einen oberen Sammelbehälter 42 und in einen unteren Lade
behälter 43 unterteilt.
Das Schaltventil 39 ist in der Ruhestellung gezeichnet. Hier
bei verbindet es die Retarderzulaufleitung 32 mit einer Be
lüftungsleitung 52 und die Rücklaufleitung 33 sowie die Kühler-
Eingangsleitung 34 mit den Entleerleitungen 53 bzw. 54, wäh
rend es die Kühler-Ausgangsleitung 36 absperrt. Die Leitun
gen 52, 53 und 54 sind an den Sammelbehälter 42 angeschlossen.
Der Retarder 15 ist in diesem Zustand ausgeschaltet. In der Ar
beitsstellung (ausgelöst z. B. durch einen Elektromagneten 38)
verbindet das Schaltventil 39 die Kühler-Ausgangsleitung 36
mit der Zulaufleitung 32 und die Rücklaufleitung 33 mit der
Kühler-Eingangsleitung 34. Eine Füllpumpe 45 fördert Arbeits
flüssigkeit aus dem Ladebehälter 43 über eine Entnahmeleitung
46 in eine Fülleitung 47, die in die Kühler-Ausgangsleitung 36
einmündet. Damit der Retarder auf einen Einschaltbefehl rasch
anspricht, wird der Ladebehälter 43 mit Druckluft beaufschlagt
(dabei schließt eine Klappe 44 eine zwischen den Behältertei
len 42 und 43 befindliche Öffnung); der Retarder-Kühlkreis
lauf 32 bis 36 wird hierdurch über die Umgehungsleitung 48
(mit Rückschlagventil 49) und über die Fülleitung 47 rasch
gefüllt. Das Steuern der Druckluft erfolgt mittels eines Ven
tils 50 (gezeichnet in seiner Ruhestellung). In seiner Ar
beitsstellung verbindet es eine Druckluftquelle 51 mit einer
in den Ladebehälter 43 mündenden Druckleitung 55. In der Ru
hestellung verbindet es die Druckleitung 55 über eine Ent
lastungsleitung 56 mit dem Sammelbehälter 42. Ein das Ven
til 50 betätigender Elektromagnet 57 wird auf einen Retarder-
Einschaltbefehl nur kurzzeitig erregt, so daß die Druckluft
im Ladebehälter 43 nur für kurze Zeit wirksam ist. Danach
hält die Pumpe 45 allein (im Zusammenwirken mit dem Rück
schlagventil 49) den Retarder-Kühlkreislauf 32 bis 36 ge
füllt.
Der Füllungsgrad des Retarders 15 wird bestimmt durch ein Auslaß
regelventil 59. Dieses verbindet die Rücklaufleitung 33 mit
einer Entleerleitung 58, die in den Sammelbehälter 42 mündet.
Das Auslaßregelventil dient zu dem Zweck, den Füllungsgrad des
Retarders 15 auf einen solchen Wert einzustellen, daß das Re
tarder-Moment einem variierbaren Sollwert entspricht. Hierzu
wirken am Ventilkörper des Regelventils 59 zwei Kräfte gegen
einander. Die eine Kraft, die den Sollwert repräsentiert, ist
im dargestellten Beispiel eine stufenlos variierbare Magnet
kraft eines Elektromagneten 60. Die andere Kraft, die den Ist
wert repräsentiert, wird aus einem hydraulischen Druck gebil
det, der über eine Leitung 61 dem Ventil 59 zugeführt wird.
Der Hydraulikdruck wird über eine der Meßleitungen 62 oder 63
dem (je nach Drehrichtung) aktiven Arbeitsraum des Retarders 15
entnommen. Ein Doppelrückschlagventil 64 verbindet entweder die
Maßleitung 62 oder die Meßleitung 63 mit der Leitung 61.
Der Einschaltbefehl für den Retarder 15 kann entweder mit dem
Gaspedal 65 oder mit dem Bremspedal 66 erteilt werden. Hierzu
hat jedes dieser Pedale einen elektrischen Kontakt 67 bzw. 68,
der schon bei geringem Niedertreten des Pedals geschlossen wird.
An die Kontakte sind Einschalt-Signalleitungen 69 bzw. 70 ange
schlossen. Mit jedem der Pedale kann außerdem ein Potentiometer
71 bzw. 72 (oder ein anderer Weg-Geber) verstellt werden. Das
Potentiometer 71 des Gaspedals 65 ist über eine Steuerleitung
73 mit dem Leistungsregler der Antriebsmaschine 20 verbunden
(Äquivalent für ein mechanisches Gestänge). Das Potentiometer
72 des Bremspedals 66 bildet unmittelbar den elektrischen Soll
wert für das vom Retarder 15 zu erzeugende Bremsmoment. Dieser
Sollwert wird über eine Steuerleitung 74, ein Schaltelement 75
und eine Steuerleitung 76 dem Elektromagneten 60 des Auslaß
regelventils 59 zugeführt.
Ein Niedertreten des Bremspedals 66 wirkt somit über die
Leitungen 70, 78 und 79 ein Umsteuern der Ventile 39 und 50
in ihre Arbeitsstellung. Das Ventil 39 bleibt in seiner Ar
beitsstellung, solange das Bremspedal 66 betätigt ist. Ein
zwischen den Leitungen 70 und 79 angeordneter Impulsgeber 91
(monostabile Kippstufe) sorgt dafür, daß das Druckluftventil 50
nur für kurze Zeit in seiner Arbeitsstellung verbleibt. Der Re
tarder 15 ist nunmehr zum Zwecke des Bremsens eingeschaltet,
wobei die Höhe des Bremsmomentes davon abhängt, wie weit das
Bremspedal 66 niedergedrückt wird.
Für den Einsatz des Retarders 15 beim Anfahren ist folgendes
vorgesehen: Einer Regeleinrichtung 80 wird über eine Meßlei
tung 81 der jeweilige Istwert der Drehzahl der Antriebsmaschi
ne 20 zugeführt, außerdem über eine Steuerleitung 82 ein Soll
wert für die Drehzahl der Antriebsmaschine 20. Der Sollwert wird
durch einen Sollwertgeber 83 erzeugt. Dieser macht den Sollwert
abhängig von einer Meßgröße für die Abtriebsdrehzahl, die dem
Sollwertgeber 83 über eine Meßleitung 84 zugeführt wird. Es
kann z. B. eine progressive Abhängigkeit des Motordrehzahl-Soll
werts vorgegeben werden. Bei Bedarf kann der Sollwert zusätz
lich von der Stellung des Gaspedals 65 abhängig gemacht werden
(Steuerleitung 85). Außerdem kann es zweckmäßig sein, die Ab
triebsdrehzahl wegen der größeren Auflösung an zwei Wellen mit
unterschiedlichem Drehzahl-Niveau zu messen, also z. B. einmal
an der Abtriebswelle 31 des Planetengetriebes P 1 und einmal am
Ausgang des Nachschaltgetriebes 30 (Meßleitung 84′).
Die Regeleinrichtung 80 bildet aus der Differenz zwischen dem
Soll- und dem Istwert eine Stellgröße. Diese wird über die Lei
tung 86 dem Schaltglied 75 zugeführt und bildet ebenfalls einen
Sollwert für das Auslaßregelventil 59. Die Wirkung des Schalt
gliedes 75 entspricht sinngemäß derjenigen eines Doppelrück
schlagventils (siehe 64). Das heißt, das jeweils größere der in den
Leitungen 74 und 86 vorhandenen Signal wird in die Steuerlei
tung 76 weitergeleitet.
Schließlich ist noch die Meßleitung 84′ (für die Abtriebs
drehzahl) über eine Leitung 87 mit einem Grenzwertgeber 88
verbunden. An dessen Ausgang 89 erscheint nur dann ein Signal,
wenn die Abtriebsdrehzahl einen Mindestwert noch nicht über
schritten hat. Dieser Mindestwert kann z. B. der Fahrgeschwin
digkeit 7 km/h entsprechen. Der Ausgang 89 und die vom Gas
pedal 65 kommende Leitung 69 sind an die Eingänge eines Und
gliedes 90 angeschlossen, dessen Ausgang mit der Leitung 70 in
Verbindung steht.
Beim Anfahren aus dem Stillstand mit Hilfe des Retarders 15
wird dieser somit über die Leitungen 69, 70, 78 und 79 einge
schaltet. Hierbei wird die Höhe des vom Retarder erzeugten
Moments durch die Regeleinrichtung 80 derart bestimmt, daß die
Drehzahl der Antriebsmaschine 20 sich dem vom Sollwertgeber 83
vorgegebenen Sollwert annähert. Beispiel: Wenn ein zu hohes
Retarder-Moment die Motordrehzahl unter den augenblicklichen
Sollwert drückt, dann löst der Regler 80 ein Verringern der
Magnetkraft des Elektromagneten 60 aus. Dies hat ein teilweises
Entleeren des Retarders 15 über das Auslaßventil 59 zur Folge,
bis das gewünschte Gleichgewicht wieder hergestellt ist. Wenn
die Antriebsdrehzahl den am Grenzwertgeber 88 eingestellten
Mindestwert überschreitet, dann verschwindet das bisher am
Ausgang 89 vorhandene Signal, wodurch das Schaltventil 39 in
seine Ruhestellung zurückgeht und der Retarder entleert wird.
Gleichzeitig wird durch Schließen der Bremse 18 der erste me
chanische Gang eingelegt. Die Steuerung der Bremse 18 und der
Durchkupplung 24 erfolgt in der bei automatischen Schaltgetrie
ben bekannten Weise. Die hierzu erforderlichen Einrichtungen
sind in der Zeichnung weggelassen. Im allgemeinen wird man
Druckflüssigkeit verwenden, die von der Druckleitung der Pumpe
45 abgezweigt wird.
Claims (10)
1. Antriebsaggregat mit einer Antriebsmaschine (20) und mit
einem Schaltgetriebe, das einen Retarder (15) und ein Pla
netengetriebe (P) umfaßt, mit den folgenden Merkmalen:
- a) Von dem Planetengetriebe (P) ist ein erstes Getriebe glied (11) an die Antriebsmaschine (20), ein zweites Getriebeglied (12) an eine Abtriebswelle (31) und ein drittes Getriebeglied (13) an den Retarder-Rotor (16) kuppelbar;
- b) das dritte Getriebeglied (13) ist mittels einer Bremse (18) festsetzbar;
- c) die Getriebeglieder (11, 12, 13) sind derart unterein ander gekoppelt, daß das erste und das dritte Getriebe glied (11 und 13) bei stillstehender Abtriebswelle (31) unterschiedliche Drehrichtungen aufweisen, so daß durch Abbremsen des dritten Getriebegliedes (13) mit Hilfe des Retarders (15) die Abtriebswelle (31) aus dem Stillstand anläuft, wobei ihre Drehrichtung umgekehrt zur Drehrich tung des dritten Getriebegliedes (13) ist;
gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale:
- d) das Planetengetriebe (P) hat eine Schalteinrichtung (24), bei deren Betätigung das dritte Getriebeglied (13), das dem Retarder-Rotor (16) zugeordnet ist, mit umgekehrter Drehrichtung rotiert als während des Anlaufens der Ab triebswelle (31) aus dem Stillstand;
- e) der Retarder (15) ist derart gestaltet, daß er in beiden Drehrichtungen eine hohe spezifische Leistung aufweist.
2. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Retarder (15) wahlweise von einem Bremsbefehlgeber (66)
und von einem Beschleunigungsgeber (65) steuerbar ist.
3. Antriebsaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß die Schalteinrichtung (24) eine Durchkupplung ist,
die im eingeschalteten Zustand die Getriebeglieder des Pla
netengetriebes (P) gegeneinander blockiert.
4. Antriebsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß zwischen der Antriebsmaschine (20) und dem
ersten Getriebeglied (11) eine Eingangs-Schaltkupplung (22)
vorgesehen und das erste Getriebeglied (11) mittels einer
Bremse (23) festsetzbar ist.
5. Antriebsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Antriebsmaschine (20) drehrichtungsum
kehrbar ist.
6. Antriebsaggregat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Antriebsmaschine (20) ein Gleichstrommotor ist, dessen
Drehzahl allein mittels Feldsteuerung veränderbar ist.
7. Antriebsaggregat nach einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeich
net durch eine Regeleinrichtung (80), in der während des hydro
dynamischen Traktionsbetriebes (unter Einsatz des Retarders
(15)) ein Istwert der Drehzahl der Antriebsmaschine (20) mit
einem Sollwert verglichen und aus der Regelabweichung eine
Stellgröße für den Füllungsgrad des Retarders gebildet wird,
so daß die Regeleinrichtung das Retardermoment auf einen sol
chen Wert einstellt, daß die Drehzahl der Antriebsmaschine
- unabhängig von der Stellung des Beschleunigungsgebers (65) -
den Sollwert annimmt.
8. Antriebsaggregat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Regeleinrichtung (80) ein Sollwertgeber (83) zuge
ordnet ist, der den Sollwert der Drehzahl der Antriebsma
schine (20) in Abhängigkeit von der Getriebe-Abtriebsma
schine (20) in Abhängigkeit von der Getriebe-Abtriebsdreh
zahl verstellt, wobei er vorzugsweise den Sollwert mit zu
nehmender Getriebe-Abtriebsdrehzahl erhöht.
9. Antriebsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Retarder (15) für unterschiedliche
spezifische Leistung in den beiden Drehrichtungen ausgelegt
ist.
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