DE3229951A1

DE3229951A1 - Antriebsaggregat mit einer antriebsmaschine und einer hydrodynamischen bremse

Info

Publication number: DE3229951A1
Application number: DE19823229951
Authority: DE
Inventors: Klaus Brosius; Olaf Spitzer
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1981-02-12
Filing date: 1982-08-12
Publication date: 1984-02-16
Also published as: DE3229951C2

Description

Kennwort: "Motorretarder-Zusatz"
Antriebsaggregat mit einer Antriebsmaschine und einer hydrodynamischen Bremse (Zusatz zu Patentanmeldung P 31 05 004.2-21) Die Zusatzerfindung geht aus von einem Antriebsaggregat mit einer Antriebsmaschine und einer hydrodynamischen Bremse nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Bei dem in der Hauptanmeldung beschriebenen Antriebsaggregat kommt es darauf an, eine hydrodynamische Bremse so auszubilden, daß damit bis zum Stillstand gebremst werden kann. Dazu wird eine Strömungsbremse verwendet, die aus zwei Strömungskreisläufen besteht, nämlich einem ersten mit je einem Rotor- und S+atorschaufelkranz bekannter Bauart, und einem zweiten Strömungskreislauf, dessen Statorschaufelkranz ständig mit der Antriebsmaschine gegensinnig zur Rotordrehrichtung umläuft. Der erste Strömungskreislauf wird wie üblich bei hohen Geschwindigkeiten eingeschaltet, d.h. mit Arbeitsflüssigkeit gefüllt. Mit Hilfe einer Regeleinrichtung kann ein konstantes Bremsmoment erzeugt werden, das jedoch wie bekannt gegen Fahrgeschwindigkeit Null hin parabolisch abfällt.
Das Nachlassen des Bremsmomentes wird nun kompensiert durch das gleichzeitige Füllen des zweiten Strömungskreislaufs. Das Bremsmoment dieses zweiten Strömungskreislaufs nämlich nimmt mit fallender Geschwindigkeit zu, weil gleichzeitig die negative Differenzdrehzahl zwischen Rotor und Stator abnimmt und dieser Strömungskreislauf zum Stillstand hin immer mehr den Charakter einer Strömungsbremse üblicher Bauart annimmt. Bei Fahreug-Stillstand rotiert nur noch der vom Motor her angetriebene "Stator"d chaufelkranz, während der mit den Fahrzeugrädern verbundene Rotor stillsteht. Bei Stillstand der Abtriebswelle entwickelt der zweite Strömungskreislauf sein höchstes Drehmoment, wenn nämlich das Bremsmoment des ersten Strömungskreislaufes auf den Wert Null abgesunken ist.
Das im Betrieb des zweiten Strömungskreislaufes zwischen der Vollfüll-Parabel des ersten Strömungskreislaufes und Fahrgeschwindigkeit Null, also etwa zwischen Null und 30 Prozent der Höchstgeschwindigkeit, erzielbare Bremsmoment ist von vier Größen abhängig, nämlich vom Profildurchmesser des Rotor- und Statorschaufelkranzes, der spezifischen Leistungsaufnahme, also dem sogenannten k-Wert, der Drehzahl des vom Motor angetriebenen gegenläufigen Stator-Schaufelkranzes und der Höhe des vom Motor entwickelten Drehmomentes.
Einerseits ist der zur Verfügung stehende Bauraum für die Strömungsbremse, vor allem bei Einbau in ein Getriebegehäuse, begrenzt und daher kann der Profildurchmesser nicht beliebig vergrößert werden. Da aber andererseits aus wirtschaftlichen Überlegungen die Motordrehzahl zum Bremsen nicht zu hoch liegen soll, bzw. das vom Motor abgegebene Moment zum Antrieb des Stator-Schaufelkrånzes nicht ausreicht, bleibt das im unteren Fahrgeschwindigkeitsbereich vom zweiten Strömungskreislauf entwikkelte Bremsmoment unter demjenigen des ersten Strömungskreislaufes. Es stellt sich dabei nicht der für den Fahrbetrieb angestrebte konstante Bremsmomentverlauf von Höchstgeschindigkeit bis Stillstand nicht in dem gewünschten Maße ein.
Aufgabe der Erfindung ist es, das im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebene Antriebsaggregat dahingehend zu verbessern, daß im Betriebsbereich des zweiten Strömungskreislaufes bis zum Stillstand ein höheres Bremsmoment entwickelt wird.
Diese Aufgabe wird durch Anwendung der kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Danach wird der Stator-Schaufelkranz des zweiten Strömungskreislaufes über ein Getriebe an die Antriebsmaschine gekoppelt. Damit wird erreicht, daß der Stator-Schaufelkranz mit höherer Relativdrehzahl gegenüber dem mit der Abtriebswelle verbundenen Rotor umläuft, vor allem wenn das Getriebe ins Schnelle übersetzt ist. Damit kann die Drehzahl der Antriebsmaschine beim Bremsen auf einen vertretbaren Wert begrenzt werden. Von Vorteil ist eine Drehzahlsteigerung der Schaufelkränze auch, um den Profildurchmesser klein halten zu können. Die Bremsanordnung wird dadurch kleiner und vielseitiger einsetzbar, vor allem bei Einbau in Getriebegehäuse. Eine ähnliche Wirkung tritt ein, wenn statt dessen der Rotorschaufelkranz über ein Getriebe mit der Abtriebswelle in Verbindung steht.
Besonders vorteilhaft ist gemäß Anspruch 2 die Ausbildung des Getriebes zwischen Antriebsmaschine und Stator-Schaufelkranz als Planetengetriebe. Dieses kann gemäß Anspruch 3 als Differential wirken, wenn die Antriebswelle mit dem Planetenträger, die Abtriebswelle mit dem Sonnenrad und der Stator-Schaufelkranz mit dem Hohlrad verbunden ist. Für den Fall, daß die Antriebswelle und Abtriebswelle gegensinnig rotieren, läuft der mit dem Hohlrad verbundene Statorschaufelkranz mit gleichem Drehsinn wie die Antriebswelle, erfährt aber eine Drehzahlsteigerung. Wesentlich dabei ist aber nicht allein die Drehzahlsteigerung des Statorschaufelkranzes, sondern die Abstützung des von der Antriebsmaschine angetriebenen Planetenrades auf dem mit der Abtriebswelle verbundenen Sonnenrad, das im vorliegenden Fall gegensinnig zur Antriebswelle rotiert. Es ergibt sich dadurch ein Addiereffekt, wonach sich das auf die Abtriebswelle wirkende Bremsmoment zusammensetzt aus dem im Stator-Schaufelkranz hydraulisch entwickelten Bremsmoment und dem von der Antriebsmaschine über die Planeten eingeleiteten Drehmoment. Andererseits setzt sich die in den Stator-Schaufelkranz einfließende Leistung zusammen aus der von der Antriebsmaschine eingespeisten Leistung und derjenigen, die über die Abstützung des Planetenrades am Sonnenrad von der Abtriebswelle eingeleitet wird.
Dieselbe Addierwirkung des Drehmoments aus der Antriebsmaschine und des Bremsmoments aus dem Stator-Schaufelkranz tritt ein, wenn gemäß Anspruch 4 das Planetengetriebe nur aus zwei Sonnenrädern besteht, die mit einem Doppelplanetenrad in Eingriff stehen. Dabei ist die Antriebswelle mit dem einen Sonnenrad, die Abtriebswelle mit dem anderen Sonnenrad und der Planetenträger mit dem anderen Stator-Schaufelrad des zweiten Strömungskreislaufes verbunden. Ein Hohlrad ist bei dieser Anordnung nicht vorhanden. Es ist von Vorteil, wenn das mit der Antriebsmaschine verbundene Sonnenrad eine größere Zähnezahl aufweist als das mit der Abtriebswelle verbundene Sonnenrad.
In Anspruch 5 ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung angegeben, in der eine andere Bauart des Planetengetriebes zwischen der Antriebswelle und dem StatorSchaufelrad des zweiten Strömungskreislaufes gewählt ist. Danach ist das Sonnenrad mit der Antriebswelle, der Planetenträger mit der Abtriebswelle und das Hohlrad mit dem Stator-Schaufelrad des zweiten Strömungskreislaufes verbunden. Bei dieser Anordnung aber rotiert der Stator-Schaufelkranz im gleichem Drehsinn wie die Abtriebswelle, also entgegen dem Drehsinn der Antriebswelle. Die Gegenrotation zwischen Stator- und Rotor-Schaufelrad des zweiten Strömungskreislaufes wird bewirkt durch ein Umkehrgetriebe zwischen dem Rotor des zweiten Strömungskreislaufes und der Abtriebswelle. Dieses Umkehrgetriebe kann als reines Vorgelegegetriebe, als Planetengetriebe oder auch als Kegelrad-Wendegetriebe ausgebildet sein. Auch eine Änderung bzw. Anpassung der Rotordrehzahl ist mittels dieses Umkehrgetriebes möglich.
Eine weitere Bauform des Getriebes zwischen den Schaufelrädern des zweiten Strömungskreislaufes und der An- bzw. Abtriebswelle ist in Anspruch 6 offenbart. Das StatorSchaufelrad des zweiten Strömungskreislaufes ist in diesem Fall direkt mit der Antriebswelle verbunden. Der zugehörige Rotor hingegen ist über ein vorzugsweise ins Schnelle übersetzendes Getriebe mit der Abtriebswelle verbunden. Je nach Art der Anwendung des Antriebsaggregates oder der Bauart der Antriebsmaschine kann es auch erforderlich sein, ein ins Langsame übersetzendes Getriebe als Triebverbindung zwischen den Schaufelrädern und den An- und Abtriebswellen vorzusehen. Das Lösungsprinzip der Erfindung ist auch anwendbar, wenn An- und Abtriebswelle gleichsinnig rotieren.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung einer 3trömungsbremse mit Planetengetriebe auf der Antriebswelle Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Strömungsbremse mit Planetengetriebe ohne Hohlrad Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Strömungsbremse mit Umkehrgetriebe für das Rotorschaufelrad Fig. 4 eine schematische Darstelllng einer Strömungsbremse mit drehzahlerhöhendem Getriebe für das RotorS chaufelrad.
Die Figur 1 zeigt eine hydrodynamische Bremse, bestehend aus zwei Strömungskreisläufen, einer mit der nicht dargestellten Antriebsmaschine verbundenen Antriebswelle 115 und einer mit den Fahrzeugrädern verbundenen Abtriebswelle 114. Der erste Strömungskreislauf besteht wie bekannt aus dem Rotorschaufelrad 121, kurz Rotor genannt, der mit der Abtriebswelle 114 direkt verbunden ist, und dem Statorschaufelrad 122, kurz Stator genannt, das mit dem feststehenden Gehäuse 125 verbunden ist.
Der zweite Strömungskreislauf besteht aus dem Rotor 123, der ebenfalls drehfest mit der Abtriebswelle 114 verbunden ist, und einem Stator 124, der über ein Planetengetriebe und der Antriebswelle 115 und der Antriebsmaschine angetrieben wird. Das Planetengetriebe besteht aus einem Sonnenrad 118, das mit der Abtriebswelle 115 verbunden ist, einem Hohlrad 119, das mit dem Stator 124 verbunden ist und einem Planetenträger 116 mit Planetenrad 117, der von der Antriebsmaschine angetrieben wird.
Für den Fall der Gegenrotation von An- und Abtriebswelle dieses zweiten Strömungskreislaufes 123, 124 ergibt sich am Umfang des Planetenrades 117 am Eingriff in das Hohlrad eine hohe Geschwindigkeit, die den Stator 124 in hohe Drehzahl versetzt im gleichen Drehsinn wie die Antriebsmaschine, also entgegengesetzt zum Rotor 123 bzw. der Abtriebswelle 114.
Figur 2 zeigt eine zweite Variante dieser Bauart, bei der jedoch das Planetengetriebe für den Antrieb des Stators 124 des zweiten Strömungskreislaufes aus einem Planetenträger 135, einem darauf befindlichen aus den Rädern 133 und 134 bestehenden Doppelplaneten 130 und zwei Sonnenrädern 131 und 132 besteht.
Das Sonnenrad 131 ist mit der Antriebswelle 115, das Sonnenrad 132 mit der Abtriebswelle 114 und der Planetenträger 135 mit dem Stator 124 des zweiten Strömungskreislaufes verbunden.
Wird für den Antrieb dieses Stators eine gegenüber der Antriebsmaschine erhöhte Drehzahl verlangt, so muß das Sonnenrad 131, das mit dem Rad 133 des Doppelplaneten 130 kämmt, eine größere Zähnezahl aufweisen als das Sonnenrad 132, das mit dem anderen Rad 134 des Doppelplaneten 130 in Eingriff steht.
In Figur 3 ist eine Bauform dargestellt, bei der sowohl der Stator 124 als auch der Rotor 123 über jeweils ein Getriebe 140 bzw. 145 mit der An- bzw. Abtriebswelle 115, 114 in Verbindung stehen. Zum Antrieb des Stators 124 dient ein Planetengetriebe 140, dessen Sonnenrad 141 mit der Antriebswelle 115, dessen Planetenträger 142 mit der Abtriebswelle 114 und dessen Hohlrad 143 mit dem Stator 124 in Verbindung steht. Für den Fall, daß die Abtriebswelle 114 und die Antriebswelle 115 gegensinnig rotieren, läuft das Hohlrad 143 des Planetengetriebes 140 und somit der Stator 124 gleichsinnig zur Abtriebswelle 114 um. Der Rotor 123 weist daher als Treibverbindung ein Umkehrgetriebe 145 auf. Dargestellt ist ein Planetengetriebe mit einem \-J L L v ç ç l Hohlrad 146, das mit der Abtriebswelle 114 verbunden ist, ein Planetenrad 147 mit feststehender Lagerung 148 sowie ein mit dem Rotor 123 verbundenes Sonnenrad 149.
Eine weitere Bauform der Erfindung zeigt Figur 4. Darin ist der Stator 124 des zweiten Strömungskreislaufs direkt mit der Antriebswelle 115 d.h. der Antriebsmaschine verbunden. Die Gegenrotation des zugehörigen Rotors 123 erfolgt über ein nicht den Drehsinn, sondern die Drehzahl veränderndes Getriebe 150 zwischen Rotor 123 und Abtriebswelle 114. Dieses kann wie dargestellt aus zwei Stirnradpaaren bestehen. Das erste Stirnradpaar besteht aus dem Rad 152, befestigt auf der Abtriebswelle 114, und dem Rad 153, drehbar befestigt auf einer Vorgelegewelle 151. Das zweite Stirnradpaar besteht aus dem Rad 154, drehfest mit dem Rad 153 verbunden, und dem Rad 155, das mit dem Rotor 123 verbunden ist. Anstelle dieses reinen Vorgelegegetriebes kann auch ein Umlaufrädergetriebe oder Kegelradgetriebe verwendet werden.
Die Anordnung der beschriebenen Strömungsbremse im Gesamt-Antriebsaggregat samt Antriebsmaschine und Steuerung entspricht derjenigen gemäß Figur 1 der Hauptanmeldung P 31 05 004.2-21.
Leerseite

Claims

Kennwort: "Motorretarder-Zusatz" Patentansprüche LX Antriebsaggregat mit einer Antriebsmaschine sowie einer hydrodynamischen Bremse, mit den folgenden Merkmalen: a) ein erster torusförmiger Strömungskreislauf ist gebildet aus einem Rotorschaufelkranz (121), der mit einer Abtriebswelle (114) verbunden ist, und aus einem Statorschaufelkranz (122); b) ein zweiter torusförmiger Strömungskreislauf ist von zwei Schaufelkränzen (123, 124) gebildet, von denen einer (123) ebenfalls mit der Abtriebswelle (114) verbunden ist; c) zwischen der Antriebsmaschine und der Abtriebswelle ist eine Einrichtung zur Kraftflußunterbrechung angeordnet, die beim Einschalten der hydrodynamischen Bremse wirksam wird; d) jeder der beiden Schaufelkränze (123, 124) des zweiten Strömungskreislaufes weist eine Treibverbindung auf, wodurch der Stator-Schaufelkranz (124) mit der Antriebswelle (115) und der RotorSchaufelkranz (123) mit der Getriebeabtriebswelle (114) verbindbar ist; nach Patentanmeldung P 31 05 004.2-21, dadurch gekennzeichnet, e) daß wenigstens eine der beiden Treibverbindungen als den Drehzustand des betreffenden Schaufelkranzes (123 bzw. 124) veränderndes Getriebe ausgebildet ist;
2. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibverbindung in Form eines als Differential wirkenden Planetengetriebes ausgebildet ist.
3. Antriebsaggregat nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnt, daß die Antriebswelle (115) mit dem Planetenträger (116), die Getriebeabtriebswelle (114) mit dem Sonnenrad (118), und das andere Schaufelrad (124) des zweiten Strömungskreislaufes mit dem Hohlrad (119) des Planetengetriebes verbunden ist. (Fig. 1).
4. Antriebsaggregat nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Planetengetriebe aus zwei Sonnenrädern (131, 132) und zwei nebeneinander auf einem Planetenträger angeordneten und drehfest miteinander verbundenen Planetenrädern (133, 134) besteht, und daß die Antriebswelle (115) mit dem einen Sonnenrad (131), die Getriebeabtriebswelle (114) mit dem anderen Sonnenrad (132), und das andere Schaufelrad (124) des zweiten Strömungskreislaufes mit dem Planetenträger (135) verbunden ist (Fig. 2).
5. Antriebsaggregat nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (115) mit dem Sonnenrad (141), die Getriebeabtriebswelle (114) mit dem Planetenträger (142) und das andere Schaufelrad (124) des zweiten Strömungskreislaufes mit dem Hohlrad (143) des Planetengetriebes verbunden sind, und daß das eine Schaufelrad (123) des zweiten Strömungskreislaufes über ein Umkehrgetriebe (145) mit der Getriebeabtriebswelle (114) verbunden ist (Fig. 3).
6. Antriebsaggregat nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnt, daß die Triebverbindung als Standgetriebe ausgebildet ist und aus zwei nebeneinander angeordneten Stirnradpaaren (152, 153 bzw. 154, 155) besteht, von denen ein Stirnradpaar (152, 153) die Drehverbindung zwischen der Abtriebswelle (114) und einer Vorgelegewelle (151) herstellt und das zweite Stirnradpaar (154, 155) die Drehverbindung zwischen der Vorgelegewelle und dem einen Schau- felrad des zweiten Strömungskreislaufes darstellt, wobei die beiden, auf der Vorgelegewelle (151) angeordneten Stirnrä- der (153, 154) drehfest miteinander verbunden sind (Fig. 4).