DE4136759C2

DE4136759C2 - Hydrodynamischer Retarder

Info

Publication number: DE4136759C2
Application number: DE4136759A
Authority: DE
Inventors: Klaus Vogelsang
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 1991-11-08
Filing date: 1991-11-08
Publication date: 1996-12-19
Anticipated expiration: 2011-11-09
Also published as: SE508656C2; SE9203317L; US5261513A; SE9203317D0; DE4136759A1; JPH0624300A

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Retarder gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. 3. Insbesondere betrifft die Erfindung die Ausgestaltung des Steuer- und Regelteils eines solchen Retarders im Hinblick auf das jeweils gewünschte Bremsmoment.

Von der Vielzahl von relevanten Druckschriften sind die folgenden zu nennen:

(1) DE 30 30 494 C3
(2) DE 35 45 658 A1
(3) DE-PS 21 50 115
(4) DE 27 06 950 C2
(5) DE 28 55 654 A1
(6) DE 35 11 795 C1
(7) DE 31 13 408 C1

Ein gattungsgemäßer hydrodynamischer Retarder ist aus der Druckschrift (1) bekannt. Dieser umfaßt ein Rotor- und ein Statorschaufelrad, wobei beide einen torusförmigen Arbeitsraum bilden. Der Ölstrom wird dabei vom Rotor in die Schaufelräume des feststehenden Stators gefördert, dabei umgelenkt und verzögert, d. h. abgebremst. Durch die Umlenkung des Ölstromes im Stator verzögert sich die Drehbewegung des Rotors und damit die Geschwindigkeit des Fahrzeuges. Die in dem Ölstrom auftretende Reibung wird in Wärme umgesetzt. Die Wärme muß dann abgeführt werden, was bei wassergekühlten Motoren im allgemeinen über den Wärmetauscher für das Kühlwasser bzw. bei luftgekühlten Motoren durch Abgabe an die Kühlluft erfolgt. Dem eigentlichen Arbeitskreislauf, d. h. dem zwischen Rotor und Statorschaufelrad durch die Umwälzung der Betriebsflüssigkeit entstehenden Kreislauf, ist wenigstens eine Zu- und eine Ablaufleitung zugeordnet. Die eine Zu- und die eine Ablaufleitung sind über einen Kreislauf, welcher als Kühlkreislauf bezeichnet wird, miteinander verbunden. In diesen Kühlkreislauf ist ein Wärmetauscher angeordnet. Es ist desweiteren ein Regelventil vorgesehen, welches den Betriebsmitteldruck und damit den Betriebsmittelumlauf in der Umlaufleitung zum Wärmetauscher steuert. Zu diesem Zweck wird die Temperatur des Betriebsmittels in der Umlaufleitung bzw. im Kühlkreislauf ermittelt.

Aus der Druckschrift (2) ist eine Ausführung eines hydrodynamischen Retarders bekannt, welcher als möglichst kompakte, autarke Einheit aus gestaltet ist. Im Zulauf und im Ablauf aus dem Arbeitskreislauf sind jeweils in Regelventil vorgesehen, über welche die Füllung und Entleerung des Arbeitsraumes und damit auch das Bremsmoment geregelt werden können.

Die Druckschrift (3) betrifft eine Steuerungsanlage für einen hydrodynamischen Retarder. Im Kühlkreislauf ist ein Schaltventil zu dessen Unterbrechung und zum Entleeren des Arbeitsraumes beim Ausschalten der Bremse vorgesehen. Zum Erreichen kurzer Ansprechzeiten der Bremse beim Füllen und Entleeren sowie einer hohen Bremsleistung ist gemäß jener Schrift ein Hydrospeicher vorgesehen, dem ein Füllventil nachgeschaltet ist.

Dem Gegenstand der Druckschrift (4) liegt die Aufgabe zugrunde, einen Retarder anzugeben, bei dem der Verlauf der Bremsmomenten-Kennlinie mit möglichst einfachen Mitteln eingestellt werden kann. Hierzu wird vorgeschlagen, die Kühlkreislaufleitung mit einer injektorartigen Verengung an der Einmündungsstelle der Nachspeisleitung zu versehen.

Die Druckschrift (5) beschreibt einen Retarder, dessen Füllungsgrad zur Einstellung des Bremsmomentes entsprechend einem veränderbaren Sollwert mittels eines in der Auslaßleitung angeordneten Überströmventiles einstellbar ist, wobei der bewegliche Ventilkörper dieses Überströmventiles durch eine vom Flüssigkeitsdruck in der Auslaßleitung erzeugte Druckkraft verstellbar ist. Um das hydrodynamische Bremsmoment mit Genauigkeit auf einen Sollwert einzustellen, wird vorgeschlagen, die Größe der Gegenkraft mittels einer Regeleinrichtung einzuregeln.

Die Druckschrift (6) betrifft ebenfalls einen Retarder, bei dem die Bremskraft unterbrechungsfrei bis zu geringen Geschwindigkeiten wirksam ist. Dieser Retarder arbeitet mit zwei unabhängigen Arbeitskreisläufen, was einen hohen Bauaufwand bedingt.

Die Druckschrift (7) betrifft ebenfalls einen hydrodynamischen Retarder, wobei die Bremsmomenten-Kennlinie durch radiales, relatives Verschieben von Rotor und Stator erreicht werden soll.

Die meisten dieser bekannten Retarder haben den Nachteil eines großen Bauaufwandes. Bei den meisten Retardern ist ferner die Auslaßdrossel ausschließlich darauf ausgelegt, einen bestimmten Betriebspunkt im Retar der-Kennfeld zu erreichen. Dabei übernimmt die Auslaßdrossel mit ihrem starr festgelegten Querschnitt einen relativ hohen Anteil des gesamten Durchflußwiderstandes. Der übrige Durchflußwiderstand wird aus Einzelwiderständen gebildet, zusammengesetzt aus den Leitungswiderständen, 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. Energiekapazitäten verstärkt bzw. zeitlich verlängert. Deswegen ist die Integration eines solchen Retarders in das Betriebsbremssystem, z. B. in die mechanische Reibbremse eines modernen, mit ABS ausgerüsteten Nutzfahrzeuges nicht möglich. Ferner wird im Betriebspunkt zwar der höchste Leistungswert erzielt, nicht jedoch der maximal mögliche Volumenstrom, da wegen der fest eingestellten Auslaßdrossel und wegen der Regelung auf konstantes Bremsmoment die Pumpwirkung des Retarder-Rotors mit zunehmender Drehzahl ebenfalls reduziert wird. Dies geht auf die Reduzierung der Kreislauffüllung zurück.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Retarder gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. 3 derart zu gestalten, daß ein gewünschtes Bremsmoment zu jedem beliebigen Zeitpunkt sauber einstellbar ist, d. h. auch zu Beginn des Bremsbetriebes, und daß das Arbeitskennfeld des Retarders unabhängig von dem Zeitpunkt der Inbetriebnahme gestaltet werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Eine zweite Lösung der Aufgabe ist dem Patentanspruch 3 zu entnehmen.

Der Erfinder hat vor allem den Einfluß der Temperatur des Arbeitsmittels, im allgemeinen ein Öl, erkannt. Die Erstbremsung ist nämlich deshalb unbefriedigend, weil das Öl noch kalt ist und eine hohe Viskosität aufweist. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird dieser Einfluß stark reduziert, weil dann nämlich bei kaltem Arbeitsmedium nur der relativ geringe Volumenanteil des notwendigen Arbeitsmediums im Arbeitskreislauf verweilt; erst nach Erreichen einer vorgegebenen Arbeitstemperatur verläßt ein größerer Anteil von Arbeitsmedium 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 Temperaturerhöhung des Arbeitsmediums und damit ein schnell wirkender Retarder erreicht werden.

Zusammenfassung der Vorteile

- Kürzere Ansprechzeit, da thermisch und damit zeitlich begrenzt relativ wenig Kreislaufvolumen aufzufüllen ist.
- Die Wirkung der Erstbremsung mit kaltem Arbeitsmedium bei minimiertem Kreislaufvolumen wird durch hohen Aufheizungsgradienten und zeitlich verkürzter Ansprechdauer erheblich gesteigert.
- Betriebspunkte mit max. Retarderleistung können mit erhöhten Volumenströmen unter Ausnutzung der vorhandenen Möglichkeiten des Retarder-Rotors als Pumpe mit erhöhter Füllung 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 Schaltschema eines Retarders gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 2 zeigt das Schaltschema eines Retarders gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 3 zeigt das Steuerschema einer hydrodynamischen Bremse gemäß einer Ausführung aus dem Stand der Technik.

In der Fig. 3 ist anhand eines Steuerschemas eine hydrodynamische Bremse entsprechend dem Stand der Technik dargestellt. Dieses zeigt das Gehäuse 7, den Rotor 11 und den Stator 12 einer hydrodynamischen Bremse 10. Das Füllen der Bremse geschieht mittels einer Füllpumpe 13 über ein Füllventil 14 und eine Fülleitung 15. Bei Bremsbefehl, ausgelöst durch Niedertreten 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 Überströmventils 16 der im Teil 18 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 beaufschlagt. In Wirklichkeit ist im Bereich dieser Stirnseite zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilgehäuse ein Druckraum vorhanden. Die Versorgung der Steuerleitung 21 (und damit des Druckraumes) 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 Bremspedal 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 Sollkraft 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 Entlastungsleitung 33 verbunden, 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 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 erreichen.

Die Meßdruckleitung 32 kann an das Gehäuse der Bremse 10 angeschlossen werden oder - wie bei 34 mit einer strichpunktierten Linie angedeutet - im Bereich des Stators 12 unmittelbar 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.

Dem Arbeitskreislauf, d. h. dem zwischen dem Rotor 11 und dem Stator 12 durch Umlenkung des Betriebsmittels gebildeten Kreislauf, ist im allgemeinen ein hier nicht dargestellter Kühlkreislauf zugeordnet. In dem Kühlkreislauf ist in der Regel ein Wärmetauscher angeordnet. Das Betriebsmittel, das ständig in geringen Teilen während des Betriebes der hydrodynamischen Bremse 10 aus diesem Arbeitskreislauf zum Zwecke des Schutzes gegen Überhitzung herausgeführt wird, wird über den Wärmetauscher geführt und dann dem Arbeitskreislauf wieder zugeführt. Dieser Kühlkreislauf ist ständig in Betrieb.

In den nachfolgenden Fig. 1 und 2 sind in schematisch vereinfachter Darstellungsweise die Schaltschema für eine hydrodynamische Bremse 10 gemäß einer ersten und einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform dargestellt. Der hydrodynamische Retarder 10 umfaßt einen Rotor 11 und einen Stator 12, zwischen welchen im Betrieb des Retarders der sogenannte Arbeitskreislauf gebildet wird. Der hydrodynamischen Bremse 10 ist ein Kühlkreislauf zugeordnet. Der Kühlkreislauf umfaßt eine Leitung 51, welche als Abfuhrleitung aus dem Arbeitskreislauf der hydrodynamischen Bremse 10 fungiert, eine Energiespeicherkapazität 52, einen Wärmetauscher 53 sowie eine Leitung 54, welche als Zufuhrleitung zum Arbeitskreislauf fungiert. In der Abfuhrleitung 51 aus dem Arbeitskreislauf ist ein Regelventil 50 hier in Form eines 3/2-Wegeventils vorgesehen. Dieses teilt den Volumenstrom in der Abfuhrleitung 51 aus dem Arbeitskreislauf je nach vorgegebener Temperatur so auf, daß bei niedrigen Temperaturen des Arbeitsmediums das Arbeitsmedium im Bypass (Nebenstrom) ungekühlt 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 Regelventil 50 in Form eines 3/2-Wegeventils und der Leitung 54 geschaltet.

Bei dem Retarder gemäß Fig. 1 handelt es sich um einen solchen mit Drucksteuerung.

Bei dem Retarder gemäß Fig. 2 handelt es sich um einen solchen mit einer druckunabhängigen Momenten-Regelung. Hierbei ist in der Abfuhrleitung 51 ein Regelventil 50.1 in Form eines stufenlos regelbaren 2/2-Wegeventils vorgesehen. Die Bypass-Leitung gemäß Fig. 3 fehlt hierbei.

Bei dieser Lösung genügt, wegen der druckunabhängigen M-Regelung, ein stufenlos regelbares 2/2-Wegeventil. Bei großer Regelabweichung vom Sollwert wegen zu geringer Temperatur, wird die Abfuhrleitung 51 aus dem Arbeitskreislauf der hydrodynamischen Bremse 10 gesperrt, damit das Retarderarbeitskreislaufvolumen schnell die Solltemperatur erreicht, um dann ganz oder teilweise zur Energieabfuhr in den Kühlkreislauf weitergeleitet zu werden.

Die Betätigung der Regelventile 50 oder 52.1 kann pneumatisch, mechanisch oder elektromechanisch erfolgen. Mit einem hier nicht dargestellten schnellen Temperaturfühler, der die Temperatur im Arbeitskreislauf 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 konstant verlaufen muß, sondern in Abhängigkeit von Bremsstufen oder auch der Retarderdrehzahl (Fahrgeschwindigkeit) oder anderen Parametern entsprechend sinnvoll variiert werden kann.

Claims

1. Hydrodynamischer Retarder

1.1 mit einem Primärteil, dessen Eingangsseite mit einer Getriebeausgangswelle eines Fahrzeuges und dessen Ausgangsseite mit einer Achsantriebswelle des Fahrzeugs verbindbar ist;
1.2 mit einem feststehenden Sekundärteil, welches gegen das Primärteil gegen Flüssigkeitsaustritt abgedichtet ist;
1.3 Primärteil und Sekundärteil bilden einen Arbeitskreislauf, in welchem Arbeitsmedium geführt ist;
1.4 dem Arbeitskreislauf ist wenigstens eine Zufuhr- und eine Abfuhrleitung zugeordnet;
1.5 dem Arbeitskreislauf ist ein Kühlkreislauf zugeordnet, welcher den Kühlvolumenstrom führt;
1.6 der Kühlkreislauf umfaßt mindestens einen Wärmetauscher;
1.7 mit einem Regelventil zum Regeln des Volumenstromes in der Abfuhrleitung sowie mit einem Temperatursensor, um die Temperatur des im Arbeitskreislauf vorhandenen Arbeitsmediums zu erfassen;
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
1.8 das Regelventil (50) in der Abfuhrleitung (51) dient als Volumenstromteiler mit der Möglichkeit den Volumenstrom in einen Kühlvolumenstrom und/oder einen direkt mittels einer Bypassleitung dem Arbeitskreislauf wieder zuführbaren Strom aufzuteilen;
1.9 es ist eine Regeleinrichtung vorgesehen, die dem Regelventil (50), zugeordnet ist, um zu Beginn des Bremsvorganges mittels des an den Wärmetauscher (53) abgegebenen Kühlvolumenstromes einen bestimmten Temperaturwert des im Arbeitskreislauf verbliebenen Arbeitsmediums einzuregeln ergebend einen Sollwert, wobei der Sollwert der Temperatur derart gewählt ist, daß er einem bestimmten, gewünschten Bremsmoment entspricht.

2. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelventil (50) ein stufenlos regelbares 3/2 Wege-Ventil ist.

3. Hydrodynamischer Retarder

3.1 mit einem Primärteil, dessen Eingangsseite mit einer Getriebeausgangswelle eines Fahrzeuges und dessen Ausgangsseite mit einer Achsantriebswelle des Fahrzeugs verbindbar ist;
3.2 mit einem feststehenden Sekundärteil, welches gegen das Primärteil gegen Flüssigkeitsaustritt abgedichtet ist;
3.3 Primärteil und Sekundärteil bilden einen Arbeitskreislauf, in welchem Arbeitsmedium geführt ist;
3.4 dem Arbeitskreislauf ist wenigstens eine Zufuhr- und wenigstens eine Abfuhrleitung zugeordnet;
3.5 dem Arbeitskreislauf ist ein Kühlkreislauf zugeordnet, welcher den Kühlvolumenstrom führt;
3.6 der Kühlkreislauf umfaßt mindestens eine dem Arbeitskreislauf des Retarders zugeordnete Abfuhrleitung, eine dem Arbeitskreislauf des Retarders zugeordnete Zufuhrleitung und einen Wärmetauscher;
3.7 mit einem Regelventil zum Regeln des Volumenstromes in der Abfuhrleitung sowie mit einem Temperatursensor, um die Temperatur des im Arbeitskreislauf vorhandenen Arbeitsmediums zu erfassen;
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
3.8 das Regelventil (50.1) weist wenigstens eine Endstellung auf, in welcher die Abfuhrleitung (51) vollständig versperrt ist und eine Vielzahl von Zwischenstellungen in denen der Querschnitt in der Abfuhrleitung teilweise und/oder ganz freigegeben wird;
3.9 es ist eine Regeleinrichtung vorgesehen, die dem Regelventil (50.1) zugeordnet ist, um zu Beginn des Bremsvorganges mittels des an den Wärmetauscher (53) abgegebenen Kühlvolumenstromes einen bestimmten Temperaturwert des im Arbeitskreislauf verbliebenen Arbeitsmediums einzuregeln ergebend einen Sollwert, wobei der Sollwert der Temperatur derart gewählt ist, daß er einem bestimmten gewünschten Bremsmoment entspricht.

4. Hydrodynamischer Retarder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelventil (50.1) ein stufenlos regelbares 2/2-Wegeventil ist.