DE3837142A1

DE3837142A1 - Kraftfahrzeug mit einem einem zahnraederwechselgetriebe nachgeschalteten hydrodynamischen retarder

Info

Publication number: DE3837142A1
Application number: DE19883837142
Authority: DE
Inventors: Michael Schiffhauer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1987-11-05
Filing date: 1988-11-02
Publication date: 1989-05-18

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug mit einem einem Zahnräderwechselgetriebe nachgeschalteten hydrodynamischen Retarder, dessen Rotor von einer Abtriebswelle des Zahnräderwechselgetriebes über einen ins Schnelle übersetzten, als Stirnradtrieb ausgebildeten Nebenabtrieb angetrieben wird.

Bei einer gattungsgemäßen Anordnung eines hydrodynamischen Retarders an der Abtriebsseite eines Zahnräderwechselgetriebes (WO-A 86/02 608) ist dieser über eine Stirnradstufe ins Schnelle übersetzt und mittels einer auf der Nebenabtriebswelle angeordneten Trennkupplung zu- und abschaltbar. Bekanntlich ändert sich das Bremsmoment eines hydrodynamischen Retarders in der zweiten Potenz der Winkelgeschwindigkeit des Rotors, so daß das Bremsmoment im mittleren und unteren Geschwindigkeitsbereich extrem sinkt. Es wird aber bei Kraftfahrzeugen ein Bremsverhalten gefordert, bei dem auch große Bremskräfte im unteren Geschwindigkeitsbereich erzielbar sind. Weiterhin soll die Möglichkeit bestehen, innerhalb einer Baureihe von Kraftfahrzeugen ohne bauliche Änderungen Varianten mit oder ohne Retarder auszurüsten.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, an einem Zahnräderwechselgetriebe mit nachgeschaltetem hydrodynamischen Retarder bei geringem baulichen Aufwand ein günstiges Bremsmoment auch im unteren Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeugs zu erzielen.

Diese Aufgabe wird an einem Kraftfahrzeug mit einem einem Zahnräderwechselgetriebe nachgeschalteten hydrodynamischen Retarder dadurch gelöst, daß im Nebenabtrieb, dem Stirnradtrieb vor- oder nachgeschaltet, ein Planetengetriebe angeordnet ist.

Danach kann unter Einhaltung geringer baulicher Abmessungen der Antriebs- und Bremseinheit durch die Hintereinanderschaltung eines Stirnradtriebes und eines Planetengetriebes die Rotordrehzahl des Retarders gegenüber der Drehzahl der Abtriebswelle erheblich übersetzt werden, ohne daß dies zu einer Vergrößerung des Achsabstands zwischen Nebenabtriebs- und Abtriebswelle führt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 beschrieben. Mit der Zielsetzung, den baulichen Aufwand gering zu halten und die aus der Fahrgeschwindigkeit resultierende Drehzahl der Abtriebswelle extrem zu übersetzen, ist das angetriebene Zahnrad des Stirnradtriebes drehfest mit dem Planetenträger des Planetensatzes verbunden.

Um die durch den Retarder hervorgerufenen Leerlaufverluste zu reduzieren, ist der Planetensatz in zumindest zwei Stufen schaltbar. In einer ersten Stufe, vorzugsweise für den Leerlauf des Retarders, erfolgt mittels eines Freilaufs durch ein Kuppeln des angetriebenen Zahnrades an die Nebenabtriebswelle ein direkter Durchtrieb. In einer weiteren schaltbaren Übersetzungsstufe mit höherer Übersetzung wird das äußere Zentralrad abgebremst, so daß bei einsetzender Freilaufwirkung des Freilaufs die Nebenabtriebswelle über das jetzt drehomentübertragend geschaltete Planetengetriebe angetrieben wird. Zur Schaffung einer kompakten Retardereinheit können bei feststehendem Statorgehäuse eine Lamellenkupplung, die zur Abbremsung des äußeren Zentralrades dient, und Betätigungseinrichtungen wie Betätigungszylinder mit Betätigungskolben unmittelbar im Statorgehäuse angeordnet sein. Ebenfalls unter dem Gesichtpunkt eines günstigen baulichen Aufwands und einer Verbesserung des Bremsverhaltens des Kraft fahrzeugs kann die Steuereinrichtung, die eine Veränderung der Übersetzung im Rotorantrieb bewirkt, gleichzeitig mit der Füllung des Retarders schaltbar sein. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die über den Planetensatz übersetzte Drehzahlstufe in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, also nur im unteren oder mittleren Geschwindigkeitsbereich zu schalten. Die entsprechenden Grenzwerte der Geschwindigkeit können dabei beispielsweise von einem Tachogenerator ermittelt und an eine entsprechende Schalteinrichtung als Signale übertragen werden. Schließlich kann eine einheitliche Getriebevariante wahlweise mit oder ohne Retarder verwendet werden, wenn der Retarder als geschlossene Baugruppe aufgrund seines Stirnradantriebes von außen in das Gehäuse des Zahnräderwechselgetriebes einfügbar ist.

Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in der zwei Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt sind. Es zeigen

Fig. 1 einen Antrieb eines hydrodynamischen Retarders von einer Abtriebswelle eines Zahnräderwechselgetriebes aus über einen Stirnradtrieb und einen Planetensatz mit konstanter Ausgangsdrehzahl und

Fig. 2 einen Antrieb eines hydrodynamischen Retarders, der im wesentlichen mit dem Antrieb nach Fig. 1 übereinstimmt, bei dem jedoch zusätzlich der Planetensatz in zwei unterschiedliche Ausgangsdrehzahlen schaltbar ist.

In den Fig. 1 und 2 ist, soweit dargestellt, mit 1 ein Zahnräderwechselgetriebe bezeichnet, in dessen Gehäuse 2 eine wahlweise über mehrere Zahnräderpaare antreibbare Abtriebswelle 3 gelagert ist. An dem Gehäuse 2 ist ein hydrodynamischer Retarder 4 mittels seines feststehenden Statorgehäuses 5 befestigt. Das Statorgehäuse 5 weist dabei Statorschaufelkränze 6 auf, denen jeweils ein Rotorschaufelkranz 7 a eines Rotors 7 zugeordnet ist. Jeder Rotorschaufelkranz 7 a bildet mit dem ihm zugeordneten Statorschaufelkranz 6 einen hydraulischen Arbeitskreislauf. Der Antrieb des Rotors 7 erfolgt als Nebenabtrieb 8 der Abtriebswelle 3. Zu diesem Zweck stehen ein Stirnradtrieb 9 und ein diesem nachgeschaltetes Planetengetriebe 10 zur Verfügung. Das Planetengetriebe ist schließlich unmittelbar verbunden mit einer den Rotor 7 aufnehmenden Nebenabtriebswelle 11.

Der Stirnradtrieb 9 setzt sich zusammen aus einem drehfest mit der Abtriebswelle 3 verbunden treibenden Zahnrad 12 und einem angetriebenen Zahnrad 13. Das angetriebene Zahnrad 13 ist gemeinsam mit einem Planetenträger 14 des Planetengetriebes 10 ausgebildet, der mehrere Planetenräder 15 aufnimmt, von welchen in der Darstellung nur eines sichtbar ist. Die Planetenräder 15 befinden sich im Eingriff mit einem inneren Zentralrad 16 und einem äußeren Zentralrad 17.

Gemäß Fig. 1 ist das äußere Zentralrad 17 drehfest mit dem Statorgehäuse 5 verbunden, während zwischen dem inneren Zentralrad 16 und der den Rotor 7 antreibenden Nebenabtriebswelle 11 eine drehfeste Verbindung besteht. In diesem Fall wird der Rotor 7 mit dem konstanten Übersetzungsverhältnis aus dem Stirnradtrieb 9 und dem Planetengetriebe 10 angetrieben.

Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fig. 1 ist gemäß Fig. 2 das angetriebene Zahnrad 13 über einen Freilauf 18 an die Nebenabtriebswelle 11 kuppelbar, sofern die Drehzahl des angetriebenen Zahnrades 13 größer ist als die Drehzahl der Nebenabtriebswelle 11. Es handelt sich dabei um eine erste Schaltstufe, in der das äußere Zentralrad 17 frei drehbar ist, so daß vom Planetensatz 10 kein Drehmoment übertragen wird. Der Rotor 7 ist folglich im direkten Durchtrieb vom Stirnradtrieb 9 angetrieben. An dem äußeren Zentralrad 17 greift eine Lamellenkupplung 19 an, mit welcher das äußere Zentralrad 17 am Statorgehäuse 5 abbremsbar ist. In diesem Fall tritt eine Freilaufwirkung des Freilaufs 18 ein, und die Nebenabtriebswelle 11 wird über das Planetengetriebe 10 in der zweiten Schaltstufe mit Übersetzung ins Schnelle angetrieben. Die Betätigung der Lamellenkupplung 19 erfolgt über einen Betätigungskolben 20, der in einem in das Statorgehäuse 5 integrierten Betätigungszylinder 21 angeordnet ist und von einer Steuereinrichtung 22 verstellt wird. Dabei steht die Steuereinrichtung 22 mit einem die momentane Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ermittelnden Meßwertaufnehmer 23, vorzugsweise Tachogenerator, in Verbindung.

In der Fig. 3 ist in einem Koordinatensystem das bei Befüllung des Retarders in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs erzielbare maximale Bremsmoment als Kurvenverlauf dargestellt. Dabei ist auf der Abszisse die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in km/h und auf der Ordinate das erzielbare maximale Bremsmoment in Nm eingetragen. Ein Kurvenverlauf 24 stellt danach das erzielbare Bremsmoment im direkten Durchtrieb des Planetengetriebes 10 dar. Eine Übersetzung der Drehzahl der Nebenabtriebswelle 11 durch das Planetengetriebe 10 führt zu einem Kurvenverlauf 25 des erzielbaren Bremsmoments. Der Darstellung ist deutlich zu entnehmen, daß im unteren und mittleren Fahrgeschwindigkeitsbereich das Bremsmoment infolge Übersetzung der Drehzahl der Nebenabtriebswelle 11 durch das Planetengetriebe 10 gegenüber einem direkten Durchtrieb deutlich erhöht werden kann.

In der Fig. 4 sind in einem Koordinatensystem die bei den beiden unterschiedlichen Übersetzungen nach Fig. 3 auftretenden Leerlaufverluste eingetragen. In der Abszisse sind die Fahrgeschwindigkeit in km/h bzw. die zugeordnete Drehzahl der Abtriebswelle 3 in U/min eingetragen, denen in der Ordinate entsprechend auftretende Leerlaufverluste zugeordnet sind. Dabei stellt ein Kurvenverlauf 26 die Leerlaufverluste bei direktem Durchtrieb des Planetengetriebes 10 dar, während einem Kurvenverlauf 27 Leerlaufverluste bei übersetzt angetriebenem Rotor 7 zu entnehmen sind. Aus der Darstellung geht deutlich hervor, daß die Leerlaufverluste bei starker Übersetzung des Rotorantriebs in höheren Fahrgeschwindigkeitsbereichen deutlich zunehmen. Es ist daher vorteilhaft, wenn man der technischen Lehre der Erfindung folgend den Antrieb des Rotors 7 außerhalb der Bremsvorgänge in eine geringe Übersetzung verstellt.

Bezugszeichen:

1 Zahnräderwechselgetriebe
2 Gehäuse
3 Abtriebswelle
4 hydrodynamischer Retarder
5 Statorgehäuse
6 Statorschaufelkranz
7 Rotor
7 a Rotorschaufelkranz
8 Nebenabtrieb
9 Stirnradtrieb
10 Planetengetriebe
11 Nebenabtriebswelle
12 treibendes Zahnrad
13 angetriebenes Zahnrad
14 Planetenträger
15 Planetenräder
16 inneres Zentralrad
17 äußeres Zantralrad
18 Freilauf
19 Lamellenkupplung
20 Betätigungskolben
21 Betätigungszylinder
22 Steuereinrichtung
23 Meßwertaufnehmer
24 Kurvenverlauf des erzielbaren Bremsmoments im direkten Durchtrieb des Planetensatzes 10
25 Kurvenverlauf des erzielbaren Bremsmoments bei Übersetzung der Drehzahl der Nebenabtriebswelle 11 durch den Planetensatz 10
26 Kurvenvelauf der Leerlaufverluste bei direktem Durchtrieb des Planetensatzes 10
27 Kurvenverlauf der Leerlaufverluste bei übersetztem Antrieb der Nebenabtriebswelle 11 durch den Planetensatz 10

Claims

1. Kraftfahrzeug mit einem einem Zahnräderwechselgetriebe (1) nachgeschalteten hydrodynamischen Retarder (4), dessen Rotor (7) von einer Abtriebswelle (3) des Zahnräderwechselgetriebes (1) über einen ins Schnelle übersetzten, als Stirnradtrieb (9) ausgebildeten Nebenabtrieb (8) angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Nebenabtrieb (8), dem Stirnradtrieb (9) vor- oder nachgeschaltet, ein Planetengetriebe (10) angeordnet ist.

2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein angetriebenes Zahnrad (13) des Stirnradtriebes (9) drehfest verbunden ist mit einem Planetenträger (14) des nachgeschalteten Planetensatzes (10).

3. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Planetengetriebe (10) in zumindest zwei Stufen schaltbar ist.

4. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das angetriebene Zahnrad (13) in einer schaltbaren Stufe mit direktem Durchtrieb mittels eines Freilaufs (18) an die Nebenabtriebswelle (11) kuppelbar ist.

5. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer schaltbaren Übersetzungsstufe des Planetensatzes (10) ein äußeres Zentralrad (17) an ein ortsfestes Widerlager (Statorgehäuse 5) kuppelbar ist.

6. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Statorgehäuse (5) eine Lamellenkupplung (19) und ein Betätigungszylinder (21) mit Betätigungskolben (20) angeordnet sind.

7. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungskolben (20) bei Füllung des Retarders (4) mit Druckmittel gleichzeitig über eine Steuereinrichtung (22) in seine Einkuppelstellung verstellbar ist.

8. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungskolben (20) in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs betätigbar ist.

9. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehnden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Retarder (4) mit seinem angetriebenen Zahnrad (13) des Stirnradtriebes (9) und dem Planetensatz (10) als geschlossene Baugruppe von außen in ein Gehäuse (2) des Zahnräderwechselgetriebes (1) einfügbar ist.