DE4136759A1 - Hydrodynamischer retarder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Retarder gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Insbesondere betrifft die Er­ findung die Ausgestaltung des Steuer- und Regelteils eines solchen Retarders im Hinblick auf das jeweils gewünschte Bremsmoment.

Von der Vielzahl von relevanten Druckschriften sind die fol­ genden zu nennen:
(1) DE 35 45 658, (2) DE 21 50 115, (3) DE 27 06 950, (4) DE 28 55 654, (5) DE 35 11 795, (6) DE 31 13 408.

Der Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus (1) gebildet. Hierbei geht es um die Gestaltung des Retarders als möglichst kompak­ te, autarke Einheit. Im Zulauf und im Ablauf des Arbeits­ kreislaufes ist jeweils ein Regelventil geschaltet, über wel­ che die Füllung und Entleerung des Arbeitsraumes und damit das Bremsmoment geregelt werden.

(2) betrifft eine Steuerungsanlage für einen hydrodynamischen Retarder. Im Kühlkreislauf ist ein Schaltventil zu dessen Un­ terbrechung und zum Entleeren des Arbeitsraumes beim Aus­ schalten der Bremse vorgesehen. Zum Erreichen kurzer An­ sprechzeiten der Bremse beim Füllen und Entleeren sowie einer hohen Bremsleistung ist gemäß jener Schrift ein Hydrospeicher vorgesehen, dem ein Füllventil nachgeschaltet ist.

Bei (3) liegt die Aufgabe zugrunde, einen Retarder anzugeben, bei dem der Verlauf der Bremsmomenten-Kennlinie mit möglichst einfachen Mitteln eingestellt werden kann. Hierzu wird vorge­ schlagen, die Kühlkreislaufleitung mit einer injektorartigen Verengung an der Einmündungsstelle der Nachspeisleitung zu versehen.

(4) geht aus von einem Retarder, dessen Füllungsgrad zur Ein­ stellung des Bremsmomentes entsprechend einem veränderbaren Sollwert mittels eines in der Auslaßleitung angeordneten Überströmventiles einstellbar ist, wobei der bewegliche Ven­ tilkörper dieses Überströmventiles durch eine vom Flüssig­ keitsdruck in der Auslaßleitung erzeugte Druckkraft verstell­ bar ist. Um das hydrodynamische Bremsmoment mit Genauigkeit auf einen Sollwert einzustellen, wird vorgeschlagen, die Größe der Gegenkraft mittels einer Regeleinrichtung einzure­ geln.

(5) betrifft ebenfalls einen Retarder, bei dem Punkt a. die Bremskraft unterbrechungsfrei bis zu geringen Geschwindig­ keiten wirksam ist. Dieser Retarder arbeitet mit zwei unab­ hängigen Arbeitskreisläufen, was einen hohen Bauaufwand be­ dingt.

(6) betrifft ebenfalls einen hydrodynamischen Retarder, wobei die Bremsmomenten-Kennlinie durch radiales, relatives Ver­ schieben von Rotor und Stator erreicht werden soll.

Die meisten dieser bekannten Retarder haben den Nachteil ei­ nes großen Bauaufwandes. Bei den meisten Retardern ist ferner die Auslaßdrossel ausschließlich darauf ausgelegt, einen be­ stimmten Betriebspunkt im Retarder-Kennfeld zu erreichen. Da­ bei übernimmt die Auslaßdrossel mit ihrem starr festgelegten Querschnitt einen relativ hohen Anteil des gesamten Durch­ flußwiderstandes. Der übrige Durchflußwiderstand wird aus Einzelwiderständen gebildet, zusammengesetzt aus den Lei­ tungswiderständen, die das Kühlmedium führen, dem Widerstand eines oder mehrerer Wärmetauscher sowie zusätzlicher Kühl- bzw. Energieaufnahmekapazitäten.

Die Erfahrung zeigt, daß die Bremswerte bei Betriebsbeginn deutlich geringer als nach einer bestimmten Betriebsdauer sind. Dieser Effekt wird durch zusätzliche Kühl- bzw. Ener­ giekapazitäten verstärkt bzw. zeitlich verlängert. Deswegen ist die Integration eines solchen Retarders in das Betriebs­ bremssystem, z. B. in die mechanische Reibbremse eines moder­ nen, mit ABS ausgerüsteten Nutzfahrzeuges nicht möglich. Fer­ ner wird im Betriebspunkt zwar der höchste Leistungswert er­ zielt, nicht jedoch der maximal mögliche Volumenstrom, da we­ gen der fest eingestellten Auslaßdrossel und wegen der Rege­ lung auf konstantes Bremsmoment die Pumpwirkung des Retar­ der-Rotors mit zunehmender Drehzahl ebenfalls reduziert wird. Dies geht auf die Reduzierung der Kreislauffüllung zurück.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Retar­ der gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 derart zu gestalten, daß ein gewünschtes Bremsmoment zu jedem beliebigen Zeitpunkt sauber einstellbar ist, d. h. auch zu Beginn des Bremsbetrie­ bes, und daß das Arbeitskennfeld des Retarders unabhängig von dem Zeitpunkt der Inbetriebnahme gestaltet werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von An­ spruch 1 gelöst.

Der Erfinder hat vor allem den Einfluß der Temperatur des Ar­ beitsmittels, im allgemeinen ein Öl, erkannt. Die Erstbrem­ sung ist nämlich deshalb unbefriedigend, weil das Öl noch kalt ist und eine hohe Viskosität aufweist. Durch die erfin­ dungsgemäßen Maßnahmen wird dieser Einfluß ausgeschaltet, weil dann nämlich bei kaltem Arbeitsmedium nur der relativ geringe Volumenanteil des notwendigen Arbeitsmediums im Ar­ beitskreislauf verweilt; erst nach Erreichen einer vorgegebe­ nen Arbeitstemperatur verläßt ein größerer Anteil von Ar­ beitsmedium den Arbeitskreislauf, womit der eigentliche - externe - Kühlkreislauf in Gang gesetzt wird.

Da das notwendige Kreislaufvolumen ca. 10-15% vom gesamten Volumen beträgt, kann eine relativ schnelle Temperaturer­ höhung des Arbeitsmediums und damit ein schnell wirkender Re­ tarder erreicht werden.

Zusammenfassung der Vorteile

• - kürzere Ansprechzeit, da thermisch und damit zeitlich be­ grenzt relativ wenig Kreislaufvolumen aufzufüllen ist.
• - Die Wirkung der Erstbremsung mit kaltem Arbeitsmedium bei minimiertem Kreislaufvolumen wird durch hohen Aufheizungs­ gradienten und zeitlich verkürzter Ansprechdauer erheblich gesteigert.
• - Betriebspunkte mit max. Retarderleistung können mit erhöh­ ten Volumenströmen unter Ausnutzung der vorhandenen Mög­ lichkeiten des Retarder-Rotors als Pumpe mit erhöhter Fül­ lung besser genutzt werden.

Die Erfindung und der Stand der Technik sind anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 zeigt das Steuerschema einer hydrodynamischen Bremse gemäß dem Stand der Technik.

Fig. 2 zeigt ein gewünschtes Arbeits-Kennfeld eines Retar­ ders.

Fig. 3 zeigt das Schaltschema eines Retarders gemäß einer ersten Ausführungsform.

Fig. 4 zeigt das Schaltschema eines Retarders gemäß einer zweiten Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt das Gehäuse 7, den Rotor 11 und den Stator 12 einer hydrodynamischen Bremse 10. Das Füllen der Bremse ge­ schieht mittels einer Füllpumpe 13 über ein Füllventil 14 und eine Fülleitung 15. Bei Bremsbefehl, ausgelöst durch Nieder­ treten eines Bremspedals 9, wird das Füllventil 14 sofort ganz geöffnet.

Das Entleeren der Bremse 10 erfolgt über eine Auslaßleitung 18, 19 in der ein Überströmventil 16 angeordnet ist. Durch eine Steuerleitung 20 ist symbolisch dargestellt, daß auf die eine Stirnseite des beweglichen Ventilkörpers des Überström­ ventils 16 der im Teil 18 der Auslaßleitung herrschende Flüs­ sigkeitsdruck einwirkt, und zwar in Richtung "Öffnen". Die gegenüberliegende Stirnseite wird in Richtung "Schließen" durch ein über die Steuerleitung 21 zugeführtes Druckmittels und bei Bedarf durch eine Feder 22 mit einer Gegenkraft be­ aufschlagt. In Wirklichkeit ist im Bereich dieser Stirnseite zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilgehäuse ein Druckraum 50 vorhanden. Die Versorgung der Steuerleitung 21 (und damit des Druckraumes 50) mit Druckmitteln erfolgt entweder mittels einer Hilfspumpe 23 über eine Leitung 24 mit einer Drossel 25 oder aus der Auslaßleitung 18 über ein Rückschlagventil 26 und eine Leitung 27 mit einer Drossel 28.

Das Überströmventil 16 wird durch ein an die Steuerleitung 21 angeschlossenes Regelventil 30 wie folgt gesteuert: Am Brems­ pedal 9 wird durch dessen Auslenkung ein bestimmter Sollwert vorgegeben. Diese Auslenkung wird durch eine am Regelventil 30 in Richtung "Öffnen" angreifende Feder 31 in eine Soll­ kraft umgesetzt. Auf einen Bremsbefehl hält die Feder 31 das Regelventil 30 zunächst geschlossen; dadurch bleibt auch das Überströmventil 16 geschlossen, weil die Gegenkraft, gebildet durch den Druck in der Steuerleitung 21 und durch die Feder 22, die vom Flüssigkeitsdruck in der Auslaßleitung 18 (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 das Regelventil 30, an dessen beweglichem Ventilglied dieser Druck gegen die Kraft der Feder 31 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 lastungsleitung 33 verbunden, die in einen Niederdruckbe­ reich, z. B. in einen Sumpf 8 mündet. Hierdurch wird die am Ventilkörper des Überströmventils 16 wirkende Gegenkraft so­ weit verringert, daß sich durch ein geregeltes Öffnen des Überströmventils 16 derjenige Druck in der Bremsauslaßleitung 18 einstellt, der notwendig ist, um den gewünschten Meßdruck in der Leitung 32 und damit das gewünschte Bremsmoment zu er­ reichen.

Die Meßdruckleitung 32 kann an das Gehäuse der Bremse 10 an­ geschlossen werden oder - wie bei 34 mit einer strichpunk­ tierten Linie angedeutet - im Bereich des Stators 12 unmit­ telbar an den torusförmigen Arbeitsraum der Bremse.

Die beiden Drosseln 25 und 28 dienen zu dem Zweck, daß das Regelventil 30 den Druck in der Steuerleitung 21 - trotz des ständigen Nachspeisens von Druckmitteln durch die Leitungen 24 und 27 - im notwendigen Maße zurücknehmen kann.

Die Fig. 3 und 4 zeigen jeweils einen Retarder 10, einen Kühlkreislauf, umfassend eine Leitung 51, eine Energiespei­ cherkapazität 52, einen Wärmetauscher 53 sowie eine Leitung 54.

Bei dem Retarder gemäß Fig. 3 handelt es sich um einen sol­ chen mit Drucksteuerung.

Hier wird ein stufenlos regelbares 3/2-Wegeventil eingesetzt und teilt den Volumenstrom des Arbeitskreises je nach vorge­ gebener Temperatur so auf, daß bei niedrigen Temperaturen des Arbeitsmediums das Arbeitsmedium im Bypaß (Nebenstrom) unge­ kühlt direkt dem Arbeitskreislauf wieder zugeführt wird und erst nach Erreichen der Solltemperatur ganz oder teilweise in den Kühlkreislauf geleitet wird. Wie man sieht, ist eine Bypass-Leitung 55 zwischen dem 3/2-Wegeventil 50 und der Lei­ tung 54 geschaltet.

Bei dem Retarder gemäß Fig. 4 handelt es sich um einen sol­ chen mit einer druckunabhängigen Momenten-Regelung. Hierbei ist ein stufenlos regelbares 2/2-Wegeventil vorgesehen. Die Bypass-Leitung gemäß Fig. 3 fehlt hierbei.

Bei dieser Lösung genügt, wegen der druckunabhängigen M-Re­ gelung, ein stufenlos regelbares 2/2-Wegeventil. Bei großer Regelabweichung vom Sollwert wegen zu geringer Temperatur, wird der Retarderauslaß gesperrt, damit das Retarderkreis­ laufvolumen schnell die Solltemperatur erreicht, um dann ganz oder teilweise zur Energieabfuhr in den Kühlkreislauf weiter­ geleitet zu werden.

Die Betätigung der Regelventile kann pneumatisch, mechanisch oder elektromechanisch erfolgen. Mit einem, hier nicht dar­ gestellten, schnellen Temperaturfühler, der die Temperatur im Arbeitskreis lauf mißt, wird mittels Auswertelektronik die Temperatur im Arbeitskreislauf auf einen vorgegebenen max. Temperaturwert geregelt.

Der Vollständigkeit wegen sei erwähnt, daß der Temperaturwert nicht unbedingt fest eingestellt und damit über der Zeit const. verlaufen muß, sondern in Abhängigkeit von Bremsstufen oder auch der Retarderdrehzahl (Fahrgeschwindigkeit) oder anderen Parametern entsprechend sinnvoll variiert werden kann.

Claims (3)

1. Hydrodynamischer Retarder, vorzugsweise für ein Kraft­ fahrzeug, mit einem Primärteil, dessen Eingangsseite mit der Getriebeausgangswelle des Fahrzeuges und dessen Aus­ gangsseite mit der Achsantriebswelle des Fahrzeuges ver­ bindbar ist, und mit einem feststehenden Sekundärteil, welches gegen das Primärteil gegen Flüssigkeitsaustritt abgedichtet ist, wobei Primärteil und Sekundärteil unter Bildung eines Arbeitsraumes mit Zufuhrleitungen und Ab­ fuhrleitungen versehen sind und einen Arbeitskreislauf bilden, in welchem Arbeitsmedium geführt ist, mit einem Kühlkreislauf, welcher den Kühlvolumenstrom führt, mit einem darin eingebundenen Wärmetauscher sowie gegebenen­ falls zusätzlichen kühl- und energiespeichernden Kapazi­ täten, ferner mit einem Regelventil zum Regeln des Volu­ menstromes in der Abfuhrleitung, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• (a) Es ist ein Temperatursensor vorgesehen, um die Temperatur des im Arbeitskreislauf vorhandenen Ar­ beitsmediums zu erfassen;
• (b) es ist eine Regeleinrichtung vorgesehen, die dem Regelventil zugeordnet ist, um mittels des an den Wärmetauscher abgebenen Kühlvolumenstromes einen bestimmten Temperaturwert des im Arbeitskreis lauf verbliebenen Arbeitsmediums einzuregeln (Sollwert);
• (c) der Sollwert der Temperatur ist derart gewählt, daß er einem bestimmten, gewünschten Bremsmoment ent­ spricht.

2. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dieser mit Drucksteuerung arbeitet, daß das Regelventil ein stufenlos regelbares 3/2-Wege­ ventil ist, und daß eine Bypass-Leitung zum Kurz­ schließen des Arbeitskreislaufes unter Umgehung des Wär­ metauschers vorgesehen ist.

3. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dieser mit direkter Momentenregelung, d. h. druckunabhängig, arbeitet, und daß das Regelventil ein stufenlos regelbares 2/2-Wegeventil ist.