WO2024094244A1 - Hydrodynamische dauerbremse für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2024094244A1
WO2024094244A1 PCT/DE2023/100743 DE2023100743W WO2024094244A1 WO 2024094244 A1 WO2024094244 A1 WO 2024094244A1 DE 2023100743 W DE2023100743 W DE 2023100743W WO 2024094244 A1 WO2024094244 A1 WO 2024094244A1
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WO
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liquid
gas
hydrodynamic
line
brake
Prior art date
Application number
PCT/DE2023/100743
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English (en)
French (fr)
Inventor
Olaf Werner
René Daikeler
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Publication of WO2024094244A1 publication Critical patent/WO2024094244A1/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T10/00—Control or regulation for continuous braking making use of fluid or powdered medium, e.g. for use when descending a long slope
    • B60T10/02—Control or regulation for continuous braking making use of fluid or powdered medium, e.g. for use when descending a long slope with hydrodynamic brake
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T1/00—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles
    • B60T1/02—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles acting by retarding wheels
    • B60T1/08—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles acting by retarding wheels using fluid or powdered medium
    • B60T1/087—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles acting by retarding wheels using fluid or powdered medium in hydrodynamic, i.e. non-positive displacement, retarders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D57/00—Liquid-resistance brakes; Brakes using the internal friction of fluids or fluid-like media, e.g. powders
    • F16D57/02—Liquid-resistance brakes; Brakes using the internal friction of fluids or fluid-like media, e.g. powders with blades or like members braked by the fluid

Definitions

  • the invention relates to a hydrodynamic continuous brake with a disk pack according to claim 1.
  • Retarders are known for motor vehicles. Retarders are mostly used in commercial vehicles. The retarder is a wear-free continuous brake. The retarder relieves the load on the service brake of the motor vehicle and increases the active safety and economy of user vehicles. Retarders are installed in the drive train of a commercial vehicle to relieve the load on the service brake during long downhill journeys. The retarder converts part of the vehicle's kinetic energy into heat. Hydrodynamic secondary retarders are usually used in modern cab-over-engine trucks. The braking performance of the secondary retarders depends on the driving speed. Hydrodynamic retarders work with oil, which is fed into a turbine when required. The turbine accelerates the oil and a centrifugal force pushes the oil outwards.
  • the shape of the rotor blades directs the oil into a stator.
  • the stator is stationary and the stator directs the oil back again, thereby braking the rotor and subsequently the vehicle. This causes the oil to become very hot, which forces the oil to cool down.
  • an improved hydrodynamic retarder for a motor vehicle can be provided by improving the hydrodynamic
  • a permanent brake having a housing, an input side, a first disk carrier, a second disk carrier, and a disk pack with at least a first disk and a second disk.
  • the housing can be filled with a liquid, at least in sections.
  • the first disk carrier is mounted so it can rotate about an axis of rotation and is connected to the input side in a torque-locking manner.
  • the second disk carrier is connected to the housing so that it cannot rotate.
  • the disk pack is arranged radially between the first disk carrier and the second disk carrier.
  • An axial gap that can be filled with the liquid is arranged axially between the first disk and the second disk.
  • the axial gap is preferably designed to be unchangeable.
  • the first disk is designed to set the liquid in rotation about the axis of rotation
  • the second disk is designed to brake the liquid that has been set in rotation.
  • This design has the advantage that the hydrodynamic continuous brake is particularly compact. Furthermore, the first and second plates can be disc-shaped and are therefore particularly easy and inexpensive to manufacture. This makes the hydrodynamic continuous brake more cost-effective and easier to manufacture than a conventional retarder with a pump wheel and turbine wheel. Furthermore, the hydrodynamic continuous brake can be easily adapted to the required braking power by the number of plates arranged in the plate pack.
  • the hydrodynamic permanent brake has a hydraulic circuit with a hydraulic reservoir that can be filled with the fluid, a mixer, a first line, a second line and a third line.
  • the mixer has a first input connection, a second input connection and an output connection.
  • the first input connection is connected to the hydraulic reservoir via the first line.
  • the second input connection is connected to the second.
  • the output connection is fluidically connected to an interior of the housing via the third line.
  • the mixer is designed to add gas to the fluid. This design has the advantage that the fluid arranged in the axial gap can be controlled via its viscosity. By adding the gas to the fluid, the viscosity of the Liquid is changed.
  • a braking torque or the braking power of the hydrodynamic continuous brake can be easily varied by varying the fluid in the axial gap by adding gas to the liquid. The more gas is added to the liquid, the lower the maximum braking power or the braking torque.
  • the mixer can be designed as a multi-way valve block or by individual valves, which are arranged in the first and second lines, for example. The mixer can also be integrated into the hydrodynamic continuous brake.
  • the mixer has a mixer valve that can be adjusted between a first valve position and a second valve position that is different from the first valve position.
  • the first input connection and the second input connection are fluidically connected to the output connection by the mixer valve.
  • the mixer is designed to add gas to the liquid in the second valve position.
  • the first input connection is fluidically connected to the output connection by the mixer valve.
  • the second input connection is fluidically separated from the output connection, so that the addition of gas to the liquid is interrupted.
  • the hydraulic circuit has a return line and a gas separator integrated into the return line.
  • the return line fluidically connects the housing interior with the hydraulic reservoir.
  • the gas separator is designed to separate a gas present in the liquid. This design has the advantage that the liquid present and stored in the hydraulic reservoir is essentially free of gas or gas bubbles, so that when liquid is pumped from the hydraulic reservoir into the axial gap in the first valve position, the maximum braking torque is quickly provided.
  • the hydraulic circuit has a return line and a heat exchanger integrated into the return line.
  • the return line fluidically connects the housing interior with the hydraulic reservoir.
  • the heat exchanger is designed to remove heat from the liquid to cool the liquid. The heat is preferably released, for example, to an area surrounding the hydrodynamic continuous brake.
  • the heat it would also be possible for the heat to be removed into a cooling circuit of a drive train of the motor vehicle.
  • This design has the advantage of ensuring that the liquid does not overheat.
  • the heat generated when braking on the input side is removed in a controlled manner. This ensures long continuous operation of the hydrodynamic continuous brake.
  • the heat exchanger is arranged fluidically between the hydraulic reservoir and the gas separator.
  • This design has the advantage that there are no gas bubbles in the liquid, thus ensuring a high cooling capacity of the heat exchanger.
  • the heat exchanger can be arranged fluidically between the gas separator and the housing interior. This design has the advantage that the liquid in the gas separator has already cooled down and the gas can be separated at low temperatures.
  • the hydraulic circuit has a feed pump.
  • the feed pump is integrated into the third line.
  • the feed pump is designed to feed gas and/or the liquid when activated.
  • This design has the advantage that the hydrodynamic permanent brake can be switched on in a simple manner by activating the feed pump and the hydrodynamic permanent brake can be deactivated when the feed pump is deactivated.
  • the hydraulic circuit has a swirling device, wherein the swirling device is integrated into the third line, wherein the swirling device is designed to swirl the gas in the liquid.
  • the swirling device can be designed, for example, as a guide wheel or as a feed pump.
  • first plate is axially fixed to the first plate carrier and the second plate is axially fixed to the second plate carrier, with the axial gap having a predefined constant axial gap width.
  • the gap width is therefore unchangeable and constant across different braking loads.
  • This design ensures that contact between the first plate and the second plate is avoided.
  • the two plates can be made in a disc shape, for example from the same material, such as steel. This makes the hydrodynamic continuous brake particularly simple and cost-effective to manufacture.
  • the gap width is at least 0.05 mm up to and including 0.5 mm. This provides a compact disk package that achieves high braking performance.
  • a Reynolds number of the liquid in the axial gap is less than or equal to 2300. This configuration ensures that the flow of the liquid is substantially laminar in the axial gap.
  • Figure 1 is a schematic representation of a hydrodynamic continuous brake according to a first embodiment
  • Figure 2 is a schematic representation of a section A marked in Figure 1 of the hydrodynamic continuous brake shown in Figure 1;
  • Figure 3 is a sectional view along a sectional plane B-B shown in Figure 1 through the hydrodynamic continuous brake shown in Figure 1;
  • Figure 4 shows a detail of the sectional view shown in Figure 3 along the section plane BB;
  • Figure 5 shows a braking torque of the hydrodynamic retarder plotted against an admixture of the gas to an admixture of the gas to the liquid;
  • Figure 6 is a schematic representation of a hydrodynamic continuous brake according to a second embodiment
  • Figure 7 is a schematic representation of a hydrodynamic continuous brake according to a third embodiment.
  • Figure 8 is a schematic representation of a hydrodynamic continuous brake according to a fourth embodiment.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a hydrodynamic continuous brake 10 according to a first embodiment for a motor vehicle, in particular for a commercial vehicle.
  • the hydrodynamic continuous brake 10 has a housing 15, an input side 20, a first disk carrier 25, a second disk carrier 30, a disk pack 35, a fluid 40 and a hydraulic circuit 45.
  • the housing 15 defines a housing interior 50 on the inside, with at least the first disk carrier 25, the second disk carrier 30 and the disk pack 35 being arranged in the housing interior 50.
  • the input side 20 can be arranged outside the housing interior 50.
  • the input side 20 can be connected, for example, in a torque-locking manner, in particular in a rotationally fixed manner, to a drive train of the motor vehicle, in particular to drive shafts of a motor vehicle.
  • the housing 15 is connected on the outside in a rotationally fixed manner to the motor vehicle, for example to a body or a frame of the motor vehicle.
  • the housing 15 is thus arranged in a fixed position in the vehicle.
  • the first disk carrier 25 is, for example, mounted so that it can rotate about a rotation axis 55.
  • the first disk carrier 25 is arranged radially on the inside of the second disk carrier 30.
  • the first disk carrier 25 and the second disk carrier 30 together form an annular gap 36, with the disk pack 35 being arranged in the annular gap 36, for example.
  • the second disk carrier 30 is connected to the housing 15 in a rotationally fixed manner and is therefore designed to be non-rotatable about the rotation axis 55.
  • the hydraulic circuit 45 has a hydraulic reservoir 60 that can be filled with the liquid 40, a gas reservoir 70 that can be filled with a gas 65, a mixer 75, a control unit 77, a heat exchanger 80, preferably a gas separator 85, a first line 90, a second line 95, a third line 100 and a return line 105.
  • the hydraulic circuit 76 can preferably have a feed pump 76 and/or a driven or passive swirling device 78. However, the feed pump 76 and/or the swirling device 78 can also be dispensed with. The feed pump 76 can also form the swirling device 78.
  • the control unit 77 is connected for data purposes to the mixer 75 and the feed pump 76.
  • the control unit 77 is designed to control both the mixer 75 and the feed pump 76.
  • the mixer 75 has a first input connection 110 and a second input connection 115.
  • the mixer 75 also has an output connection 120.
  • the first input connection 110 can be fluidically connected to the hydraulic reservoir 60 by means of the first line 90.
  • the second input connection 115 can also be fluidically connected to the gas reservoir 70 via the second line 95.
  • the second line 95 could also be connected to an environment of the vehicle.
  • the hydraulic reservoir 60 and the gas reservoir 70 can be arranged in a common container 125.
  • the gas reservoir 70 is arranged above the hydraulic reservoir 60, for example, the gas reservoir 70 and the hydraulic reservoir 60 each having an area in the container.
  • the second line 95 can be connected to the container 125 above the first line 90.
  • the feed pump 76 is arranged on the output side of the mixer 75 in the third line 100.
  • a feed pump inlet side of the feed pump 76 is fluidically connected to the output connection 120.
  • the feed pump 76 is connected to the housing interior 50 via the third line 100.
  • the first disk carrier 25 can preferably be designed as a hollow body, in particular as a hollow shaft.
  • the third line 100 preferably opens radially on the inside of the first disk carrier 25 in the housing interior.
  • the gas separator 85 and the heat exchanger 80 can be arranged in the return line 105.
  • the return line 105 opens into the container 125, for example.
  • a vent line 130 connects the gas separator 85 to the gas reservoir 70.
  • the vent line 130 can bridge the heat exchanger 80.
  • the gas separator 85 is arranged between the housing 15 and the heat exchanger 80.
  • the heat exchanger 80 is connected upstream of the container 125 in the return line 105 and thus downstream of the gas separator 85.
  • the vent line 130 bridges the heat exchanger 80.
  • Figure 2 shows a schematic representation of a section A marked in Figure 1 of the hydrodynamic continuous brake 10 shown in Figure 1.
  • the mixer 75 has a mixer valve 140 by way of example.
  • the first input connection 110 of the mixer 75 is fluidically connected to a first valve connection 141.
  • a second valve connection 145 is fluidically connected to the second input connection 115.
  • a third valve connection 150 is fluidically connected to the output connection 120.
  • the mixer valve 140 has a first valve position and a second valve position that is different from the first valve position.
  • the mixer valve 140 is preferably continuously or at least almost continuously adjustable between the first valve position and the second valve position.
  • the first valve connection 141 In the first valve position, the first valve connection 141 is fluidically connected to the third valve connection 150 and thus the first input connection 110 is fluidically connected to the output connection 120.
  • the second valve connection 145 is fluidically separated from the first valve connection 141 and the third valve connection 150.
  • the first valve port 141 is fluidly connected to the third valve port 150.
  • the first input port 110 is also fluidically connected to the output port 120.
  • the second valve port 145 is additionally connected to the third valve port 150, so that the second input port 115 is fluidically connected to the output port 120.
  • Figure 3 shows a sectional view along a section plane B-B shown in Figure 1 through the hydrodynamic continuous brake 10 shown in Figure 1.
  • the first disk carrier 25 is arranged radially on the inside of the second disk carrier 30.
  • the first disk carrier 25 and the second disk carrier 30 form the annular gap with respect to the axis of rotation 55.
  • the disk pack 35 is arranged in the annular gap 36.
  • the disk pack 35 has at least one first disk 155 and one second disk 160.
  • the disk pack 35 has, as shown by way of example in Figure 3, a plurality of first disks 155 and a plurality of second disks 160, which are arranged alternately in the axial direction.
  • the first disks 155 are connected in a torque-locking manner to the first disk carrier 25.
  • the first disk carrier 25 can, for example, have a first external toothing 165.
  • Each The first lamellae 155 have a first internal toothing 170 on the radially inner side, the first internal toothing 170 being designed to correspond to the first external toothing 165.
  • the first internal toothing 170 and the first external toothing 165 mesh with one another.
  • the first lamellae 155 are mounted on the first lamella carrier 25 so as to be rotatable about the axis of rotation 55.
  • the second disk carrier 30 has a second internal toothing 175.
  • Each of the second disks 160 has a second external toothing 180.
  • the second disks 160 mesh with the second external toothing 180 and engage in the second internal toothing 175 and are thus connected to the second disk carrier 30 in a torque-locking manner.
  • the first disk carrier 25 is designed as a hollow body around the axis of rotation 55.
  • the first disk carrier 25 also has at least one first passage 185, preferably a first arrangement of first passages 185.
  • the first passage 185 extends in the radial direction and is arranged axially overlapping the disk pack 35.
  • An axial overlap is understood to mean that when two components, for example the disk pack 35 and the first passage 185, are projected in the radial direction into a projection plane in which, for example, the axis of rotation 55 is arranged, the two components, for example the first passage 185 and the disk pack 35, overlap in the projection plane.
  • the first passage 185 is designed, for example, as a radial through-opening in the first disk carrier 25.
  • At least one second passage 190 is arranged in the second disk carrier 30.
  • the second passage 190 opens radially on the inside at the annular gap and is designed as a through-opening in the second disk carrier 30.
  • the second passage 190 extends in the radial direction.
  • several second passages 190 are arranged in the second disk carrier 30.
  • the second passage 190 overlaps in the axial direction with the disk pack 35.
  • the first lamella 155 and/or the second lamella 160 can each be designed as a lamella without a covering. In particular, it is possible for both the first lamella 155 and the second lamella 160 to be designed as a steel lamella.
  • a structure for example made of grooves, can be arranged on the front side of the first lamella 155 or the second lamella 160.
  • the structure is preferably arranged on both sides on the front side of the first lamella 155 and/or on the second lamella 160.
  • Figure 4 shows a section of the sectional view shown in Figure 3 along the section plane B-B.
  • the first plate 155 and the second plate 160 are arranged at a distance from each other in the axial direction in every operating state of the hydrodynamic retarder 10.
  • An axial gap 195 is arranged between each of the first plates 155 and the second plate 160 arranged next to it.
  • the axial gap 195 has a gap width h in the axial direction.
  • the gap width h preferably has a value of 0.05 mm to 0.5 mm inclusive.
  • first plate 155 and the second plate 160 are arranged alternately in the plate pack 35, with the axial gap 195 being arranged between each of the first and second plates 155, 160.
  • the axial gap 195 is at least partially filled with liquid 40.
  • Figures 1 to 4 are explained together below. Furthermore, the mode of operation is explained using an individual pair of lamellae consisting of the first lamella 155 and the second lamella 160 as an example.
  • a torque M is introduced into the hydrodynamic permanent brake 10 via the input side 20.
  • the input side 20 drives the first disk carrier 25, which is connected to the input side 20 in a torque-locking manner. Due to the torque-locking, in particular rotationally fixed coupling of the first disk 155 via the first internal toothing 170 with the first external toothing 165, the first lamella 155, in particular all first lamellae 155, rotates with an average angular velocity w1 about the axis of rotation 55.
  • the second disk carrier 30 is connected to the housing 15 in a rotationally fixed manner. By coupling the second disk 160 via the second external toothing 180 and the second internal toothing 175 to the second disk carrier 30, the second disk 160 is positioned so that there is a maximum speed difference between the first disk 155 and the second disk 160.
  • a maximum braking torque Tp e t, max is to be achieved.
  • the hydrodynamic continuous brake 10 is activated.
  • a first operating state is explained below in which the hydrodynamic continuous brake provides a maximum braking torque Tpet, max in order to relieve the driving brake of the commercial vehicle, for example during a steep downhill ride.
  • control unit 77 activates the feed pump 76.
  • the control unit 77 moves the mixer valve 140 from the second valve position to the first valve position.
  • the feed pump 76 only delivers the liquid 40 from the hydraulic reservoir 60.
  • the liquid 40 flows through the mixer valve 140 via the first valve connection 141 and the third valve connection 150, without gas 65 of the liquid 40 being added to the liquid 40 in the mixer 75.
  • the liquid 40 flows from the third valve port 150 via the outlet port 120 to the feed pump inlet side of the feed pump 76.
  • the Feed pump 76 conveys the liquid 40 further into the housing interior 50 of the housing 15. There, the liquid 40 emerges from the third line 100 radially on the inside to the first plate carrier 25. The liquid 40 flows radially outwards and penetrates the first plate carrier 25 via the first passage 185.
  • the liquid 40 After flowing through the first passage 185, the liquid 40 enters the annular gap 36.
  • the first lamellae 155 cause the liquid 40 in the axial gap 195 to rotate about the axis of rotation 55.
  • the liquid 40 rotates on the first end face 220 at the average angular velocity w1 of the first lamella 155.
  • the first lamella 155 causes the liquid 40 in rotation on the first end face 215.
  • the liquid 40 flows at a speed v depending on a distance z to the first end face 220 of the first lamella 155, which faces the second lamella 160. As the distance z increases, the speed v(z) of the liquid 40 in the axial gap 195 decreases.
  • the liquid 40 is at the second end face 225 of the second lamella.
  • the stationary second plate 160 acts on the first plate 155 with a braking torque Tpet via the fluid 40.
  • the braking torque Tp e t is directed against the torque M.
  • the braking torque Tp e t is transmitted exclusively between the stationary second lamella 160 and the rotating first lamella 155 via the liquid 40.
  • the braking torque Tp e t is dependent on the gap width h between the first end face 220 of the first lamella 155 and the second end face 225 of the second lamella 160 and on the average angular velocity w1 of the first lamella 155.
  • the braking torque Tp e t increases with increasing average angular velocity w1, which corresponds to a rotational speed of the input side 20.
  • the flow of the liquid 40 within the axial gap 195 is essentially laminar, in particular if a Reynolds number Re of the liquid 40 in the axial gap 195 is less than or equal to 2300.
  • the Reynolds number Re of a medium in the axial gap depends on a viscosity, the average angular velocity w1 and the gap width h.
  • the liquid 40 is sheared into the axial gap 195 by the torque M and the braking torque Tp e t and is thereby heated.
  • the rotation of the first lamella 155 causes the warm liquid 40 to be conveyed radially outwards.
  • the warm liquid 40 flows through the second lamella carrier 30 via the second passage 190.
  • the warm liquid 40 flows via the return line 105 to the gas separator 85. If there is gas 65 in the liquid 40, the gas 65 is separated from the liquid 40 and separated in the gas separator 85. The separated gas 65 is led via the vent line 130 into the gas reservoir 70. The liquid 40 freed of the gas 65 or reduced in gas content flows from the gas separator 85 to the heat exchanger 80. In the heat exchanger 80, the liquid 40 flows through a primary side of the heat exchanger 80. A secondary side of the heat exchanger 80 can, for example, be integrated into a cooling circuit of the motor vehicle, with heat being dissipated from the liquid 40 in the heat exchanger 80 and the liquid 40 being cooled in the heat exchanger 80.
  • the heat essentially corresponds to braking energy that was added to the fluid 40 in the disk pack 35 in order to brake the vehicle with the braking torque Tp e t, max.
  • the cooled fluid 40 flows from the heat exchanger 80 via the return line 105 into the container 125 and the hydraulic reservoir 60. From there, the fluid 40 can circulate again in the circuit, which is carried out as described above.
  • Figure 5 shows a curve of a braking torque Tp e t of the hydrodynamic continuous brake 10 plotted against an average angular velocity of the first disk 155.
  • a first to fourth graph 200, 205, 210, 215 are shown as examples.
  • Each of the graphs 200, 205, 210, 215 represents a course of the braking torque Tpet as a function of a gas admixture of gas 65 to the liquid 40 plotted against a rotational speed of the first lamella carrier 25.
  • the fourth graph 215 corresponds to a course of the maximum Tp e t, max plotted against the average angular velocity w1 of the first lamella 155 about the axis of rotation 55.
  • the hydrodynamic brake is operated in a second operating state as follows.
  • control unit 77 activates the feed pump 76 or keeps the feed pump 76 activated.
  • control unit 77 controls the mixer 75 in a fourth step such that the mixer valve 140 moves from the first valve position to the second valve position.
  • the second valve position can be selected depending on the desired braking torque Tp e t.
  • the feed pump 76 not only sucks in the liquid 40 from the hydraulic reservoir 60 via the first inlet connection 110, but in the mixer valve 140 the second line 95 is additionally connected to the feed pump 76 through the mixer valve 140 which is in the second valve position, so that the feed pump 76 sucks in gas 65 from the gas reservoir 70, which flows to the mixer valve 140 via the second line 95 and the second valve connection 145.
  • the gas 65 is mixed with the liquid 40 or the gas 65 is added to the liquid 40 in the form of bubbles, for example.
  • the mixture of the liquid 40 and the gas bubbles in the liquid 40 with the gas 65 is conveyed by the feed pump 76 from the mixer valve 140 to the feed pump 76.
  • the feed pump 76 swirls the gas bubbles of the gas 65 in the liquid.
  • the swirling device 78 can be provided, which swirls the gas 65 in the liquid 40.
  • the swirling device 78 can be designed passively or actively driven.
  • the swirling device 78 can be designed as a guide wheel, for example.
  • the swirling device 78 can also be designed by the feed pump 76.
  • the mixture flows radially outward into the disk pack 35. Because there is not only liquid 40 between the first end face 220 and the second end face 225, as described above, but rather the mixture of the liquid 40 and the gas 65, the viscosity of the mixture is reduced compared to the viscosity of the liquid 40. This means that only a lower braking torque Tp e t acts on the first disk 155 compared to the maximum braking torque Tp e t, max.
  • the braking torque Tp e t that can be provided by the hydrodynamic continuous brake 10 is minimal. In Figure 5, this case is shown by means of the first graph 200.
  • the gas 65 is also suitable for transmitting shear forces, but due to the significantly lower viscosity of the gas 65 compared to the liquid 40, the braking torque Tp e t that can be provided in this case is significantly lower than when the liquid 40 is in the axial gap 195.
  • the mixture of the liquid 40 and the gas 65 flows heated radially outwards and is guided into the gas separator 85 as described above.
  • the gas 65 or the gas bubbles in the liquid 40 are separated from the liquid 40 by the gas separator 85 and the liquid 40 is fed into the hydraulic reservoir 60 via the return line 105.
  • the separated gas 65 flows into the gas reservoir 70 via the vent line 130.
  • the return of the gas 65 which can be air, for example, into the gas reservoir 70 also ensures that environmental pollution is kept to a minimum, since the hydrodynamic continuous brake 10 is thereby designed as a closed system.
  • Figure 6 shows a schematic representation of a hydrodynamic continuous brake 10 according to a second embodiment.
  • the hydrodynamic continuous brake 10 is essentially designed as shown in Figures 1 to 5. In the following, only the differences between the hydrodynamic continuous brake 10 shown in Figure 6 and the hydrodynamic continuous brake 10 described in Figures 1 to 5 will be discussed.
  • the gas separator 85 is omitted, so that in the embodiment, the heat exchanger 80 is arranged in the return line only as an example.
  • the mixture of liquid 40 and gas 65 flows through the heat exchanger 80 when the mixer valve 140 is in the second valve position.
  • the gas separation of the gas 65 from the liquid 40 takes place in Figure 6 in the container 125 and thus passively by the gas bubbles of the mixture in the hydraulic reservoir 60 rising and flowing into the gas reservoir.
  • the design shown in Figure 6 has the advantage that the hydrodynamic continuous brake 10 is particularly simple.
  • Figure 7 shows a schematic representation of a hydrodynamic continuous brake 10 according to a third embodiment.
  • the hydrodynamic permanent brake 10 is arranged essentially identically to the hydrodynamic permanent brake 10 shown in Figure 1. In the following, only the differences of the hydrodynamic permanent brake 10 shown in Figure 7 are discussed. Continuous brake 10 compared to the hydrodynamic continuous brake 10 shown in Figures 1 to 5.
  • the gas separator 85 is arranged on the outlet side of the heat exchanger 80.
  • the heat exchanger 80 is thus arranged fluidically between the housing interior 50 and the gas separator 85. It is particularly advantageous if the gas separator 85 is arranged in the container 125, in particular in the gas reservoir 70.
  • Figure 8 shows a schematic representation of a hydrodynamic continuous brake 10 according to a fourth embodiment.
  • the hydrodynamic continuous brake 10 is essentially identical to the hydrodynamic continuous brake 10 shown in Figures 1 to 5. In the following, only the differences between the hydrodynamic continuous brake 10 shown in Figure 8 and the hydrodynamic continuous brake 10 shown in Figures 1 to 5 will be discussed.
  • the hydrodynamic permanent brake 10 is designed differently in that the container 125, in particular the hydraulic reservoir 60, is arranged below a lowest point 230 of the housing interior 50 of the housing 15.
  • the embodiments of the hydrodynamic continuous brake described in the figures have the advantage that the preferably laminar flow (Re ⁇ 2300) can provide a high braking torque Tp e t.
  • the liquid 40 in the first operating state, when no gas 65 is mixed with the liquid 40, the liquid 40 can be regarded as an ideal Newtonian fluid in order to determine the maximum braking torque Tp e t, max between the rotating first lamella 155 and the stationary second lamella 160.
  • the braking torque Tp e t can also be adapted in a simple manner. It is particularly advantageous if the alternating arrangement of the second plate 160 fixed to the housing and the first plate 155 fixed to the rotor means that they are arranged without contact through the axial gap 195.
  • the gap width h can be easily determined structurally between the first and second plates 155, 160.
  • the control unit 77 can easily control the retarder function by controlling the inlet of the liquid 40 into the axial gap 195. appropriate control and/or regulation algorithms.
  • input signals such as a temperature of the liquid 40 and/or a speed of the first disk carrier 25 can be taken into account when controlling the hydrodynamic permanent brake.
  • a torque sensor it is also possible to use a torque sensor to determine the torque M present on the input side 20 and to control the hydrodynamic permanent brake 10 in such a way that the braking torque Tpet provided essentially corresponds to the torque M.
  • the hydrodynamic permanent brake 10 can be deactivated particularly easily by completely pumping out the liquid 40, preferably from the housing interior 50. This is preferably done by the conveying effect of the rotating first disk carrier 25 and the first disks 155 arranged on the first disk carrier 25.
  • an auxiliary pump can be provided to empty the housing interior 50, in particular in the area of the disk pack 35.
  • the hydrodynamic continuous brake 10 described above is particularly suitable for motor vehicles with an electric drive. Particularly in the case of fully electric drive trains in the area of heavy-duty applications, it is necessary to relieve the drive motor in the recuperation area and to ensure a continuous braking function in the range of 500 kW. This can be achieved in a compact manner with the hydrodynamic continuous brake 10 described above.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Dauerbremse (10) für ein Kraftfahrzeug, wobei die hydrodynamische Dauerbremse (10) ein Gehäuse (15), eine Eingangsseite (20), einen ersten Lamellenträger (25), einen zweiten Lamellenträger (30) und ein Lamellenpaket (35) mit wenigstens einer ersten Lamelle (155) und einer zweiten Lamelle (160) aufweist, wobei das Gehäuse (15) mit einer Flüssigkeit (40) zumindest abschnittsweise füllbar ist, wobei der erste Lamellenträger (25) drehbar um eine Drehachse (55) gelagert ist und mit der Eingangsseite (20) drehmomentschlüssig verbunden ist, wobei der zweite Lamellenträger (30) drehfest mit dem Gehäuse (15) verbunden ist, wobei radial zwischen dem ersten Lamellenträger (25) und dem zweiten Lamellenträger (30) das Lamellenpaket (35) angeordnet ist, wobei axial zwischen der ersten Lamelle (155) und der zweiten Lamelle (160) ein mit der Flüssigkeit (40) füllbarer Axialspalt (195) angeordnet ist, wobei die erste Lamelle (155) ausgebildet ist, die Flüssigkeit (40) in eine Rotation um die Drehachse (55) zu versetzen und die zweite Lamelle (160) ausgebildet ist, die in Rotation versetzte Flüssigkeit (40) abzubremsen.

Description

Hydrodynamische Dauerbremse für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Dauerbremse mit einem Lamellenpaket gemäß Patentanspruch 1.
Es sind Retarder für Kraftfahrzeuge bekannt. Die Retarder werden zumeist in Nutzfahrzeugen eingesetzt. Der Retarder ist dabei eine verschleißlose Dauerbremse. Der Retarder entlastet eine Betriebsbremse des Kraftfahrzeugs und erhöht eine aktive Sicherheit sowie eine Wirtschaftlichkeit von Nutzerfahrzeugen. Retarder werden in einem Antriebsstrang eines Nutzfahrzeugs eingebaut, um bei langen Bergabfahrten die Betriebsbremse zu entlasten. Dabei wandelt der Retarder einen Teil der Bewegungsenergie des Fahrzeugs in Wärme um. In modernen Frontlenker-Lkws werden meist hydrodynamische Sekundärretarder eingesetzt. Die Bremsleistung der Sekundärretarder ist dabei abhängig von der Fahrgeschwindigkeit. Hydrodynamische Retarder arbeiten mit Öl, das bei Bedarf in eine Turbine geleitet wird. Die Turbine beschleunigt das Öl und eine Zentrifugalkraft drückt das Öl nach außen. Durch die Form der Rotorschaufeln wird das Öl in einen Stator gelenkt. Der Stator ist stehend und der Stator lenkt das Öl wieder zurück, wodurch es den Rotor und in weiterer Folge auch das Fahrzeug abbremst. Dabei wird das Öl stark erhitzt, wodurch der Zwang besteht, das Öl abzukühlen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine alternative hydrodynamische Dauerbremse bereitzustellen, die insbesondere geeignet ist, besonders klein und kompakt ausgebildet zu sein, um in einen vollelektrischen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs eingebaut zu werden.
Diese Aufgabe wird mittels einer hydrodynamische Dauerbremse gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Es wurde erkannt, dass eine verbesserte hydrodynamische Dauerbremse für ein Kraftfahrzeug dadurch bereitgestellt werden kann, dass die hydrodynamische Dauerbremse ein Gehäuse, eine Eingangsseite, einen ersten Lamellenträger, einen zweiten Lamellenträger und ein Lamellenpaket mit wenigstens einer ersten Lamelle und einer zweiten Lamelle aufweist. Das Gehäuse ist mit einer Flüssigkeit zumindest abschnittsweise füllbar. Der erste Lamellenträger ist drehbar um eine Drehachse gelagert und ist mit der Eingangsseite drehmomentschlüssig verbunden. Der zweite Lamellenträger ist drehfest mit dem Gehäuse verbunden. Radial zwischen dem ersten Lamellenträger und dem zweiten Lamellenträger ist das Lamellenpaket angeordnet. Axial zwischen der ersten Lamelle und der zweiten Lamelle ist ein mit der Flüssigkeit füllbarer Axialspalt angeordnet. Der Axialspalt ist vorzugsweise unveränderlich ausgebildet. Die erste Lamelle ist ausgebildet, die Flüssigkeit in eine Rotation um die Drehachse zu versetzen und die zweite Lamelle ist ausgebildet, die in Rotation versetzte Flüssigkeit abzubremsen.
Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die hydrodynamische Dauerbremse besonders kompakt ausgebildet ist. Ferner können die erste und zweite Lamelle scheibenförmig ausgebildet sein und sind dadurch besonders einfach und kostengünstig herstellbar. Dadurch ist die hydrodynamische Dauerbremse kostengünstiger und einfacher herstellbar als konventioneller Retarder mit Pumpenrad und Turbinenrad. Ferner kann die hydrodynamische Dauerbremse durch die Anzahl der im Lamellenpaket angeordneten Lamellen einfach an die notwendige Bremsleistung angepasst werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist die hydrodynamische Dauerbremse einen Hydraulikkreislauf mit einem mit der Flüssigkeit füllbaren Hydraulikreservoir, , einem Mischer, einer ersten Leitung, einer zweiten Leitung und einer dritten Leitung auf. Der Mischer weist einen ersten Eingangsanschluss, einen zweiten Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss auf. Der erste Eingangsanschluss ist über die erste Leitung mit dem Hydraulikreservoir verbunden. Der zweite Eingangsanschluss ist mit der zweiten verbunden. Der Ausgangsanschluss ist mit einem Gehäuseinnenraum des Gehäuses über die dritte Leitung fluidisch verbunden. Der Mischer ist ausgebildet, Gas der Flüssigkeit beizumengen. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die in dem Axialspalt angeordnete Flüssigkeit über ihre Viskosität gesteuert werden kann. Durch die Beimengung des Gases zu der Flüssigkeit wird die Viskosität der Flüssigkeit verändert. Dadurch kann ein Bremsmoment bzw. die Bremsleistung der hydrodynamischen Dauerbremse durch die Variation des im Axialspalt befindlichen Fluids auf einfache Weise durch die Beimischung des Gases zu der Flüssigkeit variiert werden. Je mehr Gas dabei der Flüssigkeit beigemischt wird, desto geringer ist die maximale Bremsleistung bzw. das Bremsmoment. Dabei kann der Mischer beispielsweise als Mehr-Wege-Ventilblock oder durch einzelne Ventile ausgebildet sein, die beispielsweise in der ersten und zweiten Leitung jeweils angeordnet sind. Auch kann der Mischer integriert in der hydrodynamischen Dauerbremse ausgebildet sein.
Der Mischer weist ein zwischen einer ersten Ventilposition und einer zur ersten Ventilposition unterschiedlichen zweiten Ventilposition verstellbares Mischerventil auf. In der zweiten Ventilposition ist der erste Eingangsanschluss und der zweite Eingangsanschluss mit dem Ausgangsanschluss durch das Mischerventil fluidisch verbunden. Der Mischer ist ausgebildet, in der zweiten Ventilposition Gas der Flüssigkeit beizumengen. In der ersten Ventilposition ist der erste Eingangsanschluss mit dem Ausgangsanschluss durch das Mischerventil fluidisch verbunden. Der zweite Eingangsanschluss ist fluidisch von dem Ausgangsanschluss abgetrennt, sodass die Beimengung des Gases zu der Flüssigkeit unterbrochen ist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass sich durch die Unterbrechung der Gaszufuhr und somit das Einstellen der Gasbeimengung zur Flüssigkeit ausschließlich die Flüssigkeit im Axialspalt befindet und dadurch das Bremsmoment bzw. die maximale Bremsleistung der hydrodynamischen Dauerbremse besonders hoch ist.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Hydraulikkreislauf eine Rücklaufleitung und einen in die Rücklaufleitung eingebundenen Gasabscheider auf. Die Rücklaufleitung verbindet den Gehäuseinnenraum mit dem Hydraulikreservoir fluidisch. Der Gasabscheider ist ausgebildet, ein in der Flüssigkeit vorhandenes Gas abzuscheiden. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die im Hydraulikreservoir vorhandene und gespeicherte Flüssigkeit im Wesentlichen ohne Gas bzw. Gasbläschen ist, sodass, wenn in der ersten Ventilposition Flüssigkeit aus dem Hydraulikreservoir in den Axialspalt gefördert wird, das maximale Bremsmoment schnell bereitgestellt wird. In einer weiteren Ausführungsform weist der Hydraulikkreislauf eine Rücklaufleitung und einen in die Rücklaufleitung eingebundenen Wärmetauscher auf. Die Rücklaufleitung verbindet den Gehäuseinnenraum mit dem Hydraulikreservoir fluidisch. Der Wärmetauscher ist ausgebildet, eine Wärme zur Kühlung der Flüssigkeit aus der Flüssigkeit abzuführen. Vorzugsweise wird die Wärme beispielsweise an eine Umgebung der hydrodynamischen Dauerbremse abgegeben. Alternativ wäre auch möglich, dass die Wärme in einen Kühlkreislauf eines Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs abgeführt wird. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass sichergestellt ist, dass die Flüssigkeit nicht überhitzt. Ferner wird die beim Abbremsen der Eingangsseite entstehende Wärme kontrolliert abgeführt. Dadurch ist ein langer Dauerbetrieb der hydrodynamischen Dauerbremse sichergestellt.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Wärmetauscher fluidisch zwischen dem Hydraulikreservoir und dem Gasabscheider angeordnet. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass keine Gasbläschen in der Flüssigkeit angeordnet sind und dadurch eine hohe Kühlleistung des Wärmetauschers sichergestellt ist. In einer weiteren Ausführungsform kann der Wärmetauscher fluidisch zwischen dem Gasabscheider und dem Gehäuseinnenraum angeordnet sein. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass im Gasabscheider die Flüssigkeit bereits abgekühlt ist und das Abscheiden des Gases bei niedrigen Temperaturen erfolgen kann.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Hydraulikkreislauf eine Förderpumpe auf. Die Förderpumpe ist in die dritte Leitung eingebunden. Die Förderpumpe ist ausgebildet, in aktiviertem Zustand Gas und/oder die Flüssigkeit zu fördern. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass gezielt mittels der Aktivierung der Förderpumpe auf einfache Weise die hydrodynamische Dauerbremse eingeschaltet und bei Deaktivierung der Förderpumpe die hydrodynamisch Dauerbremse deaktiviert werden kann. Zusätzlich oder alternativ und/oder weist der Hydraulikkreislauf eine Verwirbelungseinrichtung auf, wobei die Verwirbelungseinrichtung in die dritte Leitung eingebunden ist, wobei die Verwirbelungseinrichtung ausgebildet ist, das Gas in der Flüssigkeit zu verwirbeln. Dabei kann die Verwirbelungseinrichtung beispielsweise als Leitrad oder als Förderpumpe ausgebildet sein. Von besonderem Vorteil ist, wenn die erste Lamelle axialfest am ersten Lamellenträger und die zweite Lamelle axialfest am zweiten Lamellenträger angeordnet sind, wobei der Axialspalt eine vordefinierte konstante axiale Spaltbreite aufweist. Die Spaltbreite ist dadurch unveränderlich und konstant über unterschiedliche Bremslasten hinweg. Diese Ausgestaltung stellt sicher, dass ein Berührkontakt zwischen der ersten Lamelle und der zweiten Lamelle vermieden wird. Dadurch können die beiden Lamellen beispielsweise aus dem gleichen Material, beispielsweise Stahl, scheibenförmig hergestellt werden. Dadurch ist die hydrodynamische Dauerbremse besonders einfach und kostengünstig herstellbar.
Von besonderem Vorteil ist, wenn die Spaltbreite von wenigstens einschließlich 0,05 mm bis einschließlich 0,5 mm beträgt. Dadurch wird ein kompaktes Lamellenpaket bereitgestellt, das eine hohe Bremsleistung erzielt.
In einer weiteren Ausführungsform ist eine Reynoldszahl der Flüssigkeit im Axialspalt kleiner einschließlich 2300. Diese Ausgestaltung stellt sicher, dass die Strömung der Flüssigkeit im Wesentlichen laminar im Axialspalt ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer hydrodynamischen Dauerbremse gemäß einer ersten Ausführungsform;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines in Figur 1 markierten Ausschnitts A der in Figur 1 gezeigten hydrodynamischen Dauerbremse;
Figur 3 eine Schnittansicht entlang einer in Figur 1 gezeigten Schnittebene B-B durch die in Figur 1 gezeigte hydrodynamische Dauerbremse;
Figur 4 einen Ausschnitt der in Figur 3 gezeigten Schnittansicht entlang der Schnittebene B-B; Figur 5 ein Bremsmoment der hydrodynamischen Dauerbremse aufgetragen über eine Beimischung des Gases zu einer Beimischung des Gases zu der Flüssigkeit;
Figur 6 eine schematische Darstellung einer hydrodynamischen Dauerbremse gemäß einer zweiten Ausführungsform;
Figur 7 eine schematische Darstellung einer hydrodynamischen Dauerbremse gemäß einer dritten Ausführungsform; und
Figur 8 eine schematische Darstellung einer hydrodynamischen Dauerbremse gemäß einer vierten Ausführungsform.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer hydrodynamischen Dauerbremse 10 gemäß einer ersten Ausführungsform für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Nutzfahrzeug.
Die hydrodynamische Dauerbremse 10 weist ein Gehäuse 15, eine Eingangsseite 20, einen ersten Lamellenträger 25, einen zweiten Lamellenträger 30, ein Lamellenpaket 35, eine Flüssigkeit 40 und einen Hydraulikkreislauf 45 auf.
Das Gehäuse 15 begrenzt innenseitig einen Gehäuseinnenraum 50, wobei in dem Gehäuseinnenraum 50 zumindest der erste Lamellenträger 25, der zweite Lamellenträger 30 sowie das Lamellenpaket 35 angeordnet sind. Die Eingangsseite 20 kann außerhalb des Gehäuseinnenraums 50 angeordnet sein. Die Eingangsseite 20 kann beispielsweise drehmomentschlüssig, insbesondere drehfest, mit einem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs, insbesondere mit Antriebswellen eines Kraftfahrzeugs, verbunden sein. Das Gehäuse 15 ist außenseitig drehfest mit dem Kraftfahrzeug, beispielsweise mit einer Karosserie oder einem Rahmen des Kraftfahrzeugs verbunden. Das Gehäuse 15 ist somit ortsfest im Fahrzeug angeordnet. Der erste Lamellenträger 25 ist beispielhaft drehbar um eine Drehachse 55 gelagert. In der Ausführungsform ist beispielhaft der erste Lamellenträger 25 radial innenseitig zu dem zweiten Lamellenträger 30 angeordnet. Der erste Lamellenträger 25 und der zweite Lamellenträger 30 bilden gemeinsam einen Ringspalt 36 aus, wobei in dem Ringspalt 36 beispielhaft das Lamellenpaket 35 angeordnet ist. Der zweite Lamellenträger 30 ist in der Ausführungsform drehfest mit dem Gehäuse 15 verbunden und somit nicht-rotierbar um die Drehachse 55 ausgebildet.
Der Hydraulikkreislauf 45 weist ein mit der Flüssigkeit 40 füllbares Hydraulikreservoir 60, ein mit einem Gas 65 füllbares Gasreservoir 70, einen Mischer 75, ein Steuergerät 77, einen Wärmetauscher 80, vorzugsweise einen Gasabscheider 85, eine erste Leitung 90, eine zweite Leitung 95, eine dritte Leitung 100 und eine Rücklaufleitung 105 auf. Vorzugsweise kann der Hydraulikkreislauf 76 eine Förderpumpe 76 und/oder eine angetriebene oder eine passive Verwirbelungseinrichtung 78 aufweist. Auf die Förderpumpe 76 und/oder die Verwirbelungseinrichtung 78 kann aber auch verzichtet werden. Auch kann die Förderpumpe 76 die Verwirbelungseinrichtung 78 ausbilden.
Das Steuergerät 77 ist datentechnisch mit dem Mischer 75 und der Förderpumpe 76 verbunden. Das Steuergerät 77 ist ausgebildet, sowohl den Mischer 75 als auch die Förderpumpe 76 zusteuern.
Der Mischer 75 weist einen ersten Eingangsanschluss 110 und einen zweiten Eingangsanschluss 115 auf. Ferner weist der Mischer 75 einen Ausgangsanschluss 120 auf. Der erste Eingangsanschluss 110 kann mittels der ersten Leitung 90 fluidisch mit dem Hydraulikreservoir 60 verbunden sein. Ferner kann der zweite Eingangsanschluss 115 fluidisch über die zweite Leitung 95 mit dem Gasreservoir 70 verbunden sein. Auch könnte die zweite Leitung 95 mit einer Umgebung des Fahrzeugs verbunden sein. In der Ausführungsform kann beispielsweise das Hydraulikreservoir 60 und das Gasreservoir 70 in einem gemeinsamen Behälter 125 angeordnet sein. Dabei ist das Gasreservoir 70 beispielhaft oberhalb des Hydraulikreservoirs 60 angeordnet, wobei das Gasreservoir 70 und das Hydraulikreservoir 60 jeweils einen Bereich in dem Behälter einnehmen. Dabei kann die zweite Leitung 95 oberhalb der ersten Leitung 90 an dem Behälter 125 angeschlossen sein.
Die Förderpumpe 76 ist ausgangsseitig des Mischers 75 in der dritten Leitung 100 angeordnet. Dabei ist eine Förderpumpeneingangsseite der Förderpumpe 76 mit dem Ausgangsanschluss 120 fluidisch verbunden. Ausgangsseitig ist die Förderpumpe 76 über die dritte Leitung 100 mit dem Gehäuseinnenraum 50 verbunden.
Der erste Lamellenträger 25 kann vorzugsweise hohlkörperartig, insbesondere als Hohlwelle, ausgebildet sein. Dabei mündet bevorzugt die dritte Leitung 100 radial innenseitig zu dem ersten Lamellenträger 25 in dem Gehäuseinnenraum .
In der Rücklaufleitung 105 können der Gasabscheider 85 und der Wärmetauscher 80 angeordnet sein. Die Rücklaufleitung 105 mündet in dem Behälter 125 beispielhaft. Eine Entlüftungsleitung 130 verbindet den Gasabscheider 85 mit dem Gasreservoir 70. Dabei kann die Entlüftungsleitung 130 den Wärmetauscher 80 überbrücken.
In der Ausführungsform ist beispielhaft der Gasabscheider 85 zwischen dem Gehäuse 15 und dem Wärmetauscher 80 angeordnet. Der Wärmetauscher 80 ist in der Rücklaufleitung 105 dem Behälter 125 vorgeschaltet und somit dem Gasabscheider 85 nachgeschaltet. Die Entlüftungsleitung 130 überbrückt den Wärmetauscher 80.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines in Figur 1 markierten Ausschnitts A der in Figur 1 gezeigten hydrodynamischen Dauerbremse 10.
Der Mischer 75 weist eine ein Mischerventil 140 beispielhaft auf. Der erste Eingangsanschluss 110 des Mischers 75 ist mit einem ersten Ventilanschluss 141 fluidisch verbunden. Ein zweiter Ventilanschluss 145 ist fluidisch mit dem zweiten Eingangsanschluss 115 fluidisch verbunden. Ein dritter Ventilanschluss 150 ist mit dem Ausgangsanschluss 120 fluidisch verbunden. Das Mischerventil 140 weist eine erste Ventilposition und eine zur ersten Ventilposition unterschiedliche zweite Ventilposition auf. Das Mischerventil 140 ist zwischen der ersten Ventilposition und der zweiten Ventilposition vorzugsweise stufenlos oder zumindest nahezu stufenlos verstellbar.
In der ersten Ventilstellung ist der erste Ventilanschluss 141 fluidisch mit dem dritten Ventilanschluss 150 und somit der erste Eingangsanschluss 110 mit dem Ausgangsanschluss 120 fluidisch verbunden. Der zweite Ventilanschluss 145 ist fluidisch vom ersten Ventilanschluss 141 und vom dritten Ventilanschluss 150 abgetrennt.
In der zweiten Ventilposition, die unterschiedlich zu der ersten Ventilposition ist, ist der erste Ventilanschluss 141 fluidisch mit dem dritten Ventilanschluss 150 verbunden.
Dadurch ist auch der erste Eingangsanschluss 110 mit dem Ausgangsanschluss 120 fluidisch verbunden. Des Weiteren ist in der zweiten Ventilposition der zweite Ventilanschluss 145 zusätzlich mit dem dritten Ventilanschluss 150 verbunden, sodass der zweite Eingangsanschluss 115 mit dem Ausgangsanschluss 120 fluidisch verbunden ist.
Figur 3 zeigt eine Schnittansicht entlang einer in Figur 1 gezeigten Schnittebene B-B durch die in Figur 1 gezeigte hydrodynamische Dauerbremse 10.
Der erste Lamellenträger 25 ist radial innenseitig zu dem zweiten Lamellenträger 30 angeordnet. Der erste Lamellenträger 25 und der zweite Lamellenträger 30 bilden den Ringspalt bezogen auf die Drehachse 55 aus. In dem Ringspalt 36 ist das Lamellenpaket 35 angeordnet.
Das Lamellenpaket 35 weist wenigstens eine erste Lamelle 155 und eine zweite Lamelle 160 auf. Vorzugsweise weist das Lamellenpaket 35, wie in Figur 3 beispielhaft gezeigt, mehrere erste Lamellen 155 und mehrere zweite Lamellen 160 auf, die abwechselnd in axialer Richtung angeordnet sind. Die ersten Lamellen 155 sind drehmomentschlüssig mit dem ersten Lamellenträger 25 verbunden. Dazu kann beispielsweise der erste Lamellenträger 25 eine erste Außenverzahnung 165 aufweisen. Jede der ersten Lamellen 155 weist radial innenseitig eine erste Innenverzahnung 170 auf, wobei die erste Innenverzahnung 170 korrespondierend zur ersten Außenverzahnung 165 ausgebildet ist. Die erste Innenverzahnung 170 und die erste Außenverzahnung 165 greifend kämmend ineinander ein. Dadurch sind die ersten Lamellen 155 drehbar um die Drehachse 55 auf dem ersten Lamellenträger 25 gelagert.
Der zweite Lamellenträger 30 weist eine zweite Innenverzahnung 175 auf. Jede der zweiten Lamellen 160 weist eine zweite Außenverzahnung 180 auf. Die zweiten Lamellen 160 greifen kämmend mit der zweiten Außenverzahnung 180 in die zweite Innenverzahnung 175 ein und sind dadurch drehmomentschlüssig mit dem zweiten Lamellenträger 30 verbunden.
Der erste Lamellenträger 25 ist in der Ausführungsform als Hohlkörper um die Drehachse 55 ausgebildet. Ferner weist der erste Lamellenträger 25 wenigstens einen ersten Durchlass 185, vorzugsweise eine erste Anordnung von ersten Durchlässen 185, auf. Der erste Durchlass 185 erstreckt sich in radialer Richtung und ist axial überlappend zu dem Lamellenpaket 35 angeordnet. Unter einer axialen Überlappung wird verstanden, dass bei Projektion zweier Komponenten, beispielsweise des Lamellenpakets 35 und des ersten Durchlasses 185, in radialer Richtung in eine Projektionsebene, in der beispielsweise die Drehachse 55 angeordnet ist, sich in der Projektionsebene die beiden Komponenten, beispielsweise der erste Durchlass 185 und das Lamellenpaket 35, überdecken. Der erste Durchlass 185 ist beispielsweise als radiale Durchgangsöffnung in dem ersten Lamellenträger 25 ausgebildet.
In dem zweiten Lamellenträger 30 ist wenigstens ein zweiter Durchlass 190 angeordnet. Der zweite Durchlass 190 mündet radial innenseitig an dem Ringspalt und ist als Durchgangsöffnung in dem zweiten Lamellenträger 30 ausgebildet. Der zweite Durchlass 190 erstreckt sich dabei in radialer Richtung. Vorzugsweise sind mehrere zweite Durchlässe 190 in dem zweiten Lamellenträger 30 angeordnet. Ferner überlappt der zweite Durchlass 190 in axialer Richtung mit dem Lamellenpaket 35. Die erste Lamelle 155 und/oder die zweite Lamelle 160 können jeweils als belagslose Lamelle ausgebildet sein. Insbesondere ist möglich, dass sowohl die erste Lamelle 155 als auch die zweite Lamelle 160 jeweils als Stahllamelle ausgebildet sind. Zusätzlich kann stirnseitig in der ersten Lamelle 155 oder der zweiten Lamelle 160 eine Struktur beispielsweise aus Rillen angeordnet sein. Vorzugsweise ist die Struktur beidseitig stirnseitig an der ersten Lamelle 155 und/oder an der zweiten Lamelle 160 angeordnet.
Figur 4 zeigt einen Ausschnitt der in Figur 3 gezeigten Schnittansicht entlang der Schnittebene B-B.
Die erste Lamelle 155 und die zweite Lamelle 160 sind in jedem Betriebszustand der hydrodynamischen Dauerbremse 10 in axialer Richtung beabstandet angeordnet. Dabei ist zwischen jeder der ersten Lamellen 155 und der nächstliegend angeordneten zweiten Lamellen 160 jeweils ein Axialspalt 195 angeordnet. Der Axialspalt 195 weist eine Spaltbreite h in axialer Richtung auf. Die Spaltbreite h weist vorzugsweise einen Wert von einschließlich 0,05 mm bis einschließlich 0,5 mm auf.
Von besonderem Vorteil ist, wenn in dem Lamellenpaket 35 abwechselnd die erste Lamelle 155 und die zweite Lamelle 160 angeordnet sind, wobei jeweils zwischen jeder der ersten und zweiten Lamellen 155, 160 jeweils der Axialspalt 195 angeordnet ist. Der Axialspalt 195 ist zumindest teilweise mit Flüssigkeit 40 verfallt.
Im Folgenden werden die Figuren 1 bis 4 gemeinsam erläutert. Ferner wird die Wirkweise anhand eines einzelnen Lamellenpaars aus der ersten Lamelle 155 und der zweiten Lamelle 160 beispielhaft erläutert.
Im Betrieb der hydrodynamischen Dauerbremse 10 wird über die Eingangsseite 20 ein Drehmoment M in die hydrodynamische Dauerbremse 10 eingeleitet. Ferner treibt die Eingangsseite 20 den drehmomentschlüssig mit der Eingangsseite 20 verbundenen ersten Lamellenträger 25 an. Durch die drehmomentschlüssige, insbesondere drehfeste Kopplung der ersten Lamelle 155 über die erste Innenverzahnung 170 mit der ersten Außenverzahnung 165 rotiert die erste Lamelle 155, insbesondere alle ersten Lamellen 155, mit einer mittleren Winkelgeschwindigkeit w1 um die Drehachse 55.
Der zweite Lamellenträger 30 ist drehtest mit dem Gehäuse 15 verbunden. Durch die Kopplung der zweiten Lamelle 160 über die zweite Außenverzahnung 180 und der zweiten Innenverzahnung 175 mit dem zweiten Lamellenträger 30 steht die zweite Lamelle 160, sodass eine maximale Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der ersten Lamelle 155 und der zweiten Lamelle 160 vorliegt.
Im Betrieb soll das über die Eingangsseite 20 eingeleitete Drehmoment M durch die hydrodynamische Dauerbremse 10 abgebremst werden. Im folgenden ersten Betriebszustand soll ein maximales Bremsmoment Tpet, max erzielt werden.
Um das Drehmoment M und das Fahrzeug beispielsweise bei einer langen Bergabfahrt (beispielsweise über 5 Minuten) abzubremsen wird die hydrodynamische Dauerbremse 10 aktiviert. Im Folgenden wird ein erster Betriebszustand erläutert, in dem die hydrodynamische Dauerbremse ein maximale Bremsmoment Tpet, max bereitstellt um beispielsweise bei einer steilen Bergabfahrt die Fahrbremse beispielsweise des Nutzfahrzeugs zu entlasten.
In einem ersten Schritt aktiviert das Steuergerät 77 die Förderpumpe 76.
Zur Bereitstellung des maximalen Bremsmoments Tpet, max wir in einem zweiten Schritt stellt durch das Steuergerät 77 das Mischerventil 140 aus der zweiten Ventilstellung in die erste Ventilstellung verfahren. In der ersten Ventilstellung fördert die Förderpumpe 76 ausschließlich die Flüssigkeit 40 aus dem Hydraulikreservoir 60. Die Flüssigkeit 40 durchströmt das Mischerventil 140 über den ersten Ventilanschluss 141 und den dritten Ventilanschluss 150, ohne dass der Flüssigkeit 40 in dem Mischer 75 Gas 65 der Flüssigkeit 40 beigemengt wird.
Die Flüssigkeit 40 strömt vom dritten Ventilanschluss 150 über den Ausgangsanschluss 120 zu der Förderpumpeneingangsseite der Förderpumpe 76. Die Förderpumpe 76 fördert die Flüssigkeit 40 weiter in den Gehäuseinnenraum 50 des Gehäuses 15. Dort tritt die Flüssigkeit 40 aus der dritten Leitung 100 radial innenseitig zu dem ersten Lamellenträger 25 aus. Die Flüssigkeit 40 strömt radial nach außen und durchdringt den ersten Lamellenträger 25 über den ersten Durchlass 185.
Nach Durchströmen des ersten Durchlasses 185 tritt die Flüssigkeit 40 in den Ringspalt 36 ein. Die ersten Lamellen 155 versetzen stirnseitig die Flüssigkeit 40 im Axialspalt 195 in Rotation ob die Drehachse 55. Dabei rotiert die Flüssigkeit 40 an der ersten Stirnseite 220 mit der mittleren Winkelgeschwindigkeit w1 der ersten Lamelle 155. Die erste Lamelle 155 versetzt die Flüssigkeit 40 an der ersten Stirnseite 215 in Rotation. Die Flüssigkeit 40 strömt mit einer Geschwindigkeit v in Abhängigkeit eines Abstands z zu der ersten Stirnseite 220 der ersten Lamelle 155, die der zweiten Lamelle 160 zugewandt ist. Mit zunehmendem Abstand z nimmt die Geschwindigkeit v(z) der Flüssigkeit 40 im Axialspalt 195 ab. An der zweiten Stirnseite 225 der zweiten Lamelle steht die Flüssigkeit 40.
Über die Flüssigkeit 40 wirkt die stehende zweite Lamelle 160 mit einem Bremsmoment Tpet auf die erste Lamelle 155. Das Bremsmoment Tpet ist gegen das Drehmoment M gerichtet.
Ein Berührkontakt zwischen der ersten Stirnseite 220 und der zweiten Stirnseite 225, um die erste Lamelle 155 abzubremsen, erfolgt jedoch nicht. Das Bremsmoment Tpet wird ausschließlich zwischen der stehenden zweiten Lamelle 160 und der rotierenden ersten Lamelle 155 über die Flüssigkeit 40 übertragen. Das Bremsmoment Tpet ist dabei abhängig von der Spaltbreite h zwischen der ersten Stirnseite 220 der ersten Lamelle 155 und der zweiten Stirnseite 225 der zweiten Lamelle 160 und von der mittleren Winkelgeschwindigkeit w1 der ersten Lamelle 155. Gemäß dem vierten Graph 215 steigt mit zunehmender mittlerer Winkelgeschwindigkeit w1 , die mit einer Drehzahl der Eingangsseite 20 korrespondiert, das Bremsmoment Tpet an.
Dabei ist von besonderen Vorteil, wenn eine Strömung der Flüssigkeit 40 innerhalb des Axialspalts 195 im Wesentlichen laminar ist, insbesondere wenn eine Reynoldszahl Re der Flüssigkeit 40 im Axialspalt 195 kleiner einschließlich 2300 ist. Die Reynoldszahl Re eines in dem Axialspalt befindlichen Mediums ist abhängig von einer Viskosität, der mittleren Winkelgeschwindigkeit w1 und der Spaltbreite h.
Rotiert die erste Lamelle 155, wird die Flüssigkeit 40 durch das Drehmoment M und das Bremsmoment Tpet in den Axialspalt 195 geschert und erwärmt sich dadurch. Durch die Rotation der ersten Lamelle 155 wird die warme Flüssigkeit 40 radial nach außen gefördert. Die warme Flüssigkeit 40 durchströmt den zweiten Lamellenträger 30 über den zweiten Durchlass 190.
Die warme Flüssigkeit 40 strömt über die Rücklaufleitung 105 zu dem Gasabscheider 85. Sollte sich in der Flüssigkeit 40 Gas 65 befinden, wird das Gas 65 in dem Gasabscheider 85 von der Flüssigkeit 40 abgetrennt und abgeschieden. Das abgeschiedene Gas 65 wird über die Entlüftungsleitung 130 in das Gasreservoir 70 geführt. Die vom Gas 65 befreite oder im Gasinhalt reduzierte Flüssigkeit 40 strömt von dem Gasabscheider 85 zum Wärmetauscher 80. Im Wärmetauscher 80 durchströmt die Flüssigkeit 40 eine Primärseite des Wärmetauschers 80. Eine Sekundärseite des Wärmetauschers 80 kann beispielsweise in einen Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs miteingebunden sein, wobei im Wärmetauscher 80 Wärme von der Flüssigkeit 40 abgeführt wird und die Flüssigkeit 40 im Wärmetauscher 80 gekühlt wird. Die Wärme entspricht im Wesentlichen einer Bremsenergie, die der Flüssigkeit 40 im Lamellenpaket 35 zugefügt wurde, um das Fahrzeug mit dem Bremsmoment Tpet, max abzubremsen. Die abgekühlte Flüssigkeit 40 strömt vom Wärmetauscher 80 über die Rücklaufleitung 105 in den Behälter 125 und das das Hydraulikreservoir 60. Von dort aus kann die Flüssigkeit 40 abermals im Kreislauf, der wie oben beschrieben durchgeführt wird, zirkulieren.
Figur 5 zeigt ein einen Verlauf eines Bremsmoment Tpet der hydrodynamischen Dauerbremse 10 aufgetragen über eine mittlere Winkelgeschwindigkeit der ersten Lamelle 155.
In Figur 5 sind beispielhaft ein erster bis vierter Graphen 200, 205, 210, 215 dargestellt. Jeder der Graphen 200, 205, 210, 215 stellt einen Verlauf des Bremsmoments Tpet in Abhängigkeit einer Gasbeimischung von Gas 65 zu der Flüssigkeit 40 aufgetragen über einer Drehzahl des ersten Lamellenträgers 25 dar. Der vierter Graph 215 korrespondiert mit einem Verlauf des maximalen Tpet, max aufgetragen über der mittleren Winkelgeschwindigkeit w1 der ersten Lamelle 155 um die Drehachse 55.
In bestimmten Fällen ist das maximale Bremsmoment Tpet, max zu hoch für den Betrieb des Fahrzeugs. Um das Bremsmoment Tpet in seiner Höhe zu steuern, beispielsweise um mit einer konstanten Geschwindigkeit bergab zu fahren, wird die hydrodynamische Bremse wie folgt in einem zweiten Betriebszustand betrieben.
In einem dritten Schritt aktiviert das Steuergerät 77 die Förderpumpe 76 oder hält die Förderpumpe 76 aktiviert.
Um die Bremsleistung zu reduzieren, steuert das Steuergerät 77 in einem vierten Schritt den Mischer 75 derart an, dass das Mischerventil 140 aus der ersten Ventilstellung in die zweite Ventilstellung fährt. Die zweite Ventilstellung kann dabei in Abhängigkeit des gewünschten Bremsmoments Tpet gewählt sein.
Die Förderpumpe 76 saugt nicht nur die Flüssigkeit 40 aus dem Hydraulikreservoir 60 über den ersten Eingangsanschluss 110 an, sondern es ist zusätzlich in dem Mischerventil 140 durch das sich in der zweiten Ventilstellung befindliche Mischerventil 140 die zweite Leitung 95 mit der Förderpumpe 76 verbunden, sodass die Förderpumpe 76 Gas 65 aus dem Gasreservoir 70 ansaugt, welches über die zweite Leitung 95 und den zweiten Ventilanschluss 145 zum Mischerventil 140 strömt.
Im Mischerventil 140 wird das Gas 65 mit der Flüssigkeit 40 vermischt bzw. das Gas 65 beispielsweise bläschenförmig der Flüssigkeit 40 beigemengt. Das Gemisch aus der Flüssigkeit 40 und den in der Flüssigkeit 40 befindlichen Gasbläschen mit dem Gas 65 fördert die Förderpumpe 76 aus dem Mischerventil 140 zu der Förderpumpe 76. Zusätzlich verwirbelt die Förderpumpe 76 die Gasbläschen des Gases 65 in der Flüssigkeit. Wird auf die Förderpumpe 76 verzichtet, kann die Verwirbelungseinrichtung 78 vorgesehen sein, die die Verwirbelung des Gases 65 in der Flüssigkeit 40 vornimmt. Die Verwirbelungseinrichtung 78 kann beispielsweise passiv ausgebildet sein oder aktiv angetrieben werden. Die Verwirbelungseinrichtung 78 kann beispielsweise als Leitrad ausgebildet sein. Auch kann die Verwirbelungseinrichtung 78 durch die Förderpumpe 76 ausgebildet werden.
Wie oben beschrieben, strömt das Gemisch radial nach außen in das Lamellenpaket 35. Dadurch dass sich nicht, wie oben beschrieben, zwischen der ersten Stirnseite 220 und der zweiten Stirnseite 225 nur Flüssigkeit 40 befindet, sondern das Gemisch aus der Flüssigkeit 40 und dem Gas 65, ist die Viskosität des Gemischs reduziert verglichen mit der Viskosität der Flüssigkeit 40. Dies bewirkt, dass nur noch ein geringeres Bremsmoment Tpet verglichen mit dem maximalen Bremsmoment Tpet, max auf die erste Lamelle 155 wirken wirkt.
Mit zunehmender Gasbeimischung (siehe Figur 5) nimmt die Steigung des Graphen ersten bis dritten Graphen 200, 205, 210 ab. Verglichen mit dem vierten Graphen 215 der das maximal mögliche Bremsmoment Tpet, max der hydrodynamischen Dauerbremse aufzeigt ist das Bremsmoment Tpet durch die Gasbeimischung reduziert.
Je höher die Gasbeimischung zu der Flüssigkeit ist, desto geringer ist somit Bremsmoment Tpet der hydrodynamischen Dauerbremse, das gegen das Drehmoment M wirkt.
Befindest sich im Axialspalt 195 ausschließlich Gas 65 und keine Flüssigkeit 40, so ist das Bremsmoment Tpet, das von der hydrodynamischen Dauerbremse 10 bereitgestellt werden kann, minimal. In Figur 5 wird dieser Fall mittels des ersten Graphen 200 dargestellt. Auch das Gas 65 ist geeignet, um Scherkräfte zu übertragen, aber aufgrund der deutlich geringeren Viskosität des Gases 65 verglichen mit der Flüssigkeit 40 ist das in diesem Fall bereitstellbare Bremsmoment Tpet deutlich geringer, als wenn die Flüssigkeit 40 sich im Axialspalt 195 befindet.
Das Gemisch aus der Flüssigkeit 40 und dem Gas 65 strömt erwärmt radial nach außen und wird, wie oben beschrieben, in den Gasabscheider 85 geführt. Im Gasabscheider 85 wird das Gas 65 bzw. die Gasbläschen in der Flüssigkeit 40 von der Flüssigkeit 40 abgeschieden und die Flüssigkeit 40 wird über die Rücklaufleitung 105 in das Hydraulikreservoir 60 geführt. Das abgeschiedene Gas 65 strömt über die Entlüftungsleitung 130 in das Gasreservoir 70. Die Rückführung des Gases 65, das beispielsweise Luft sein kann, in das Gasreservoir 70 stellt ferner sicher, dass eine Umweltbelastung geringgehalten ist, da die hydrodynamische Dauerbremse 10 dadurch als geschlossenes System ausgebildet ist.
Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung einer hydrodynamischen Dauerbremse 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Die hydrodynamische Dauerbremse 10 ist im Wesentlichen wie in den Figuren 1 bis 5 gezeigt ausgebildet. Im Folgenden wird ausschließlich auf die Unterschiede der in Figur 6 gezeigten hydrodynamischen Dauerbremse 10 gegenüber der in Figuren 1 bis 5 beschriebenen hydrodynamischen Dauerbremse 10 eingegangen.
In Figur 6 wird auf den Gasabscheider 85 verzichtet, sodass in der Ausführungsform ausschließlich beispielhaft der Wärmetauscher 80 in Rücklaufleitung angeordnet ist. Dadurch wird der Wärmetauscher 80 mit dem Gemisch aus Flüssigkeit 40 und Gas 65 durchströmt, wenn sich das Mischerventil 140 in der zweiten Ventilstellung befindet. Die Gasabscheidung des Gases 65 aus der Flüssigkeit 40 erfolgt in Figur 6 in dem Behälter 125 und somit passiv dadurch, dass die Gasbläschen des im Hydraulikreservoir 60 befindlichen Gemischs aufsteigen und in das Gasreservoir strömen. Die in Figur 6 gezeigte Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die hydrodynamische Dauerbremse 10 besonders einfach ausgebildet ist.
Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung einer hydrodynamischen Dauerbremse 10 gemäß einer dritten Ausführungsform.
Die hydrodynamische Dauerbremse 10 ist im Wesentlichen identisch zu der in Figur 1 gezeigten hydrodynamischen Dauerbremse 10 angeordnet. Im Folgenden wird ausschließlich auf die Unterschiede der in Figur 7 gezeigten hydrodynamischen Dauerbremse 10 gegenüber der in den Figuren 1 bis 5 gezeigten hydrodynamischen Dauerbremse 10 eingegangen.
Abweichend dazu ist in Figur 7 der Gasabscheider 85 ausgangsseitig des Wärmetauschers 80 angeordnet. Der Wärmetauscher 80 ist somit fluidisch zwischen dem Gehäuseinnenraum 50 und dem Gasabscheider 85 angeordnet. Von besonderem Vorteil ist, wenn Gasabscheider 85 in dem Behälter 125, insbesondere im Gasreservoir 70, angeordnet ist.
Dies hat zur Folge, dass das Gemisch aus Flüssigkeit 40 und Gas 65 über die Rücklaufleitung 105 zum Wärmetauscher 80 geführt wird. Im Wärmetauscher 80 gibt die Flüssigkeit 40 die Wärme an den Wärmetauscher 80 ab und wird gekühlt. Das Gemisch aus der Flüssigkeit 40 und dem Gas 65 strömt vom Wärmetauscher 80 in den Gasabscheider 85. Im Gasabscheider 85 wird das Gas 65 von der Flüssigkeit 40 abgeschieden und strömt aus dem Gasabscheider 85 direkt in das Gasreservoir 70, in dem der Gasabscheider 85 angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass auf die Entlüftungsleitung 130, die in Figur 1 gezeigt ist, verzichtet wird. Dadurch ist die in Figur 7 gezeigte Ausgestaltung der hydrodynamischen Dauerbremse 10 einfacher als in Figur 1 ausgebildet. Dadurch, dass der Gasabscheider 85 in dem Behälter 125 angeordnet ist, strömt weiter die Flüssigkeit 40 in dem Behälter 125 in das Hydraulikreservoir 60. Die hydrodynamische Dauerbremse 10 ist somit besonders einfach aufgebaut.
Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung einer hydrodynamischen Dauerbremse 10 gemäß einer vierten Ausführungsform.
Die hydrodynamische Dauerbremse 10 ist im Wesentlichen identisch zu der in den Figuren 1 bis 5 gezeigten hydrodynamischen Dauerbremse 10 ausgebildet. Im Folgenden wird ausschließlich auf die Unterschiede der in Figur 8 gezeigten hydrodynamischen Dauerbremse 10 gegenüber der in den Figuren 1 bis 5 gezeigten hydrodynamischen Dauerbremse 10 eingegangen. Die hydrodynamische Dauerbremse 10 ist dahingehend unterschiedlich ausgebildet, dass der Behälter 125, insbesondere das Hydraulikreservoir 60, unterhalb eines tiefsten Punkts 230 des Gehäuseinnenraums 50 des Gehäuses 15 angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass, sollte eine Deaktivierung der hydrodynamischen Dauerbremse 10 gewünscht sein und somit die Förderpumpe 76 deaktiviert sein, dass sich die im Gehäuseinnenraum 50 befindliche Flüssigkeit 40 oder das Gemisch aus der Flüssigkeit 40 und dem Gas 65 über den Gasabscheider 85 und den Wärmetauscher 80 selbständig in den Behälter 125 fließt und eine vollständige Leerung des Gehäuseinnenraums 50 des Gehäuses 15 sichergestellt ist.
Dadurch kann vermieden werden, dass sich Flüssigkeit 40 im Lamellenpaket 35 befindet. Ferner ist sichergestellt, dass ein Schleppmoment der hydrodynamischen Dauerbremse 10 besonders gering ist.
Die in den Figuren beschriebenen Ausführungsformen der hydrodynamischen Dauerbremse haben Vorteil, dass die vorzugsweise laminare Strömung (Re < 2300) ein hohes Bremsmoment Tpet bereitgestellt werden kann. Dabei kann idealisierterweise im ersten Betriebszustand, wenn kein Gas 65 der Flüssigkeit 40 zugemischt ist, die Flüssigkeit 40 als ideales Newton’sches Fluid angesehen werden, um das maximale Bremsmoment Tpet, max zwischen der rotierenden ersten Lamelle 155 und der stehenden zweiten Lamelle 160 zu ermitteln.
Wird, wie in den Figuren 1 bis 8 beschrieben, mittels des Gases 65 die Viskosität der Flüssigkeit 40 verändert, kann auch auf einfache Weise das Bremsmoment Tpet adaptiert werden. Dabei ist von besonderem Vorteil, wenn durch die wechselweise Anordnung der gehäusefesten zweiten Lamelle 160 und der rotorfesten ersten Lamelle 155 diese durch den Axialspalt 195 kontaktfrei angeordnet sind. Die Spaltbreite h kann einfach konstruktiv zwischen der ersten und der zweiten Lamelle 155, 160 festgelegt werden.
Durch das Steuergerät 77 kann auf einfache Weise mittels der Steuerung des Einlassens der Flüssigkeit 40 in den Axialspalt 195 die Retarderfunktion mittels entsprechender Steuer- und/oder Regelalgorithmen gesteuert werden. Zusätzlich können bei der Steuerung der hydrodynamischen Dauerbremse 10 Eingangssignale wie eine Temperatur der Flüssigkeit 40 und/oder eine Drehzahl des ersten Lamellenträgers 25 bei der Steuerung der hydrodynamischen Dauerbremse berücksichtigt werden. Alternativ oder zusätzlich ist auch möglich, Drehmomentsensor so verwenden um das an der Eingangsseite 20 anliegende Drehmoment M zu ermitteln und die hydrodynamische Dauerbremse 10 derart zu steuern, dass das bereitgestellte Bremsmoment Tpet im Wesentlichen dem Drehmoment M entspricht.
Besonders einfach kann die hydrodynamische Dauerbremse 10 dadurch deaktiviert werden, dass die Flüssigkeit 40 vollständig vorzugsweise aus dem Gehäuseinnenraum 50 abgepumpt wird. Dies geschieht vorzugsweise durch die Förderwirkung des rotierenden ersten Lamellenträgers 25 und die am ersten Lamellenträger 25 angeordneten ersten Lamellen 155. Zusätzlich kann im Bedarfsfall eine Hilfspumpe vorgesehen sein, um den Gehäuseinnenraum 50, insbesondere im Bereich des Lamellenpakets 35, zu entleeren.
Die oben beschriebene hydrodynamische Dauerbremse 10 eignet sich insbesondere für Kraftfahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb. Insbesondere bei vollelektrischen Antriebssträngen im Bereich von Heavy-Duty-Anwendungen ist es notwendig, hierbei den Antriebsmotor auch im Rekuperationsbereich zu entlasten und eine Dauerbremsfunktion im Bereich von 500 kW sicherzustellen. Dies kann in kompakter Weise mit der oben beschriebenen hydrodynamischen Dauerbremse 10 erfüllt werden.
Bezuqszeichenliste hydrodynamische Dauerbremse Gehäuse
Eingangsseite erster Lamellenträger zweiter Lamellenträger Lamellenpaket
Ringspalt Flüssigkeit Hydraulikkreislauf Gehäuseinnenraum Drehachse
Hydraulikreservoir Gas
Gasreservoir
Mischer
Förderpumpe Steuergerät Verwirbelungseinrichtung Wärmetauscher
Gasabscheider erste Leitung zweite Leitung dritte Leitung Rücklaufleitung erster Eingangsanschluss zweiter Eingangsanschluss Ausgangsanschluss Behälter
Entlüftungsleitung 140 Mischerventil
141 erster Ventilanschluss
145 zweiter Ventilanschluss
150 dritter Ventilanschluss
155 erste Lamelle
160 zweite Lamelle
165 erste Außenverzahnung
170 erste Innenverzahnung
175 zweite Innenverzahnung
180 zweite Außenverzahnung
185 erster Durchlass
190 zweiter Durchlass
195 Axialspalt
200 erster Graph
205 zweiter Graph
210 dritter Graph
215 vierter Graph
220 erste Stirnseite
225 zweite Stirnseite
230 tiefster Punkt h Spaltbreite
M Drehmoment
Re Reynoldszahl
TRet Bremsmoment
U)1 Winkelgeschwindigkeit
V(Z) Geschwindigkeit der Flüssigkeit im Axialspalt
Abstand

Claims

Patentansprüche Hydrodynamische Dauerbremse (10) für ein Kraftfahrzeug,
- wobei die hydrodynamische Dauerbremse (10) ein Gehäuse (15), eine Eingangsseite (20), einen ersten Lamellenträger (25), einen zweiten Lamellenträger (30) und ein Lamellenpaket (35) mit wenigstens einer ersten Lamelle (155) und einer zweiten Lamelle (160) aufweist,
- wobei das Gehäuse (15) mit einer Flüssigkeit (40) zumindest abschnittsweise füllbar ist,
- wobei der erste Lamellenträger (25) drehbar um eine Drehachse (55) gelagert ist und mit der Eingangsseite (20) drehmomentschlüssig verbunden ist,
- wobei der zweite Lamellenträger (30) drehfest mit dem Gehäuse (15) verbunden ist,
- wobei radial zwischen dem ersten Lamellenträger (25) und dem zweiten Lamellenträger (30) das Lamellenpaket (35) angeordnet ist,
- wobei axial zwischen der ersten Lamelle (155) und der zweiten Lamelle (160) ein mit der Flüssigkeit (40) füllbarer Axialspalt (195) angeordnet ist,
- wobei die erste Lamelle (155) ausgebildet ist, die Flüssigkeit (40) in eine Rotation um die Drehachse (55) zu versetzen und die zweite Lamelle (160) ausgebildet ist, die in Rotation versetzte Flüssigkeit (40) abzubremsen. Hydrodynamische Dauerbremse (10) nach Anspruch 1 ,
- aufweisend einen Hydraulikkreislauf (45) mit einem mit der Flüssigkeit (40) füllbaren Hydraulikreservoir (60), einem Mischer (75), einer ersten Leitung (90), einer zweiten Leitung (95) und einer dritten Leitung (100),
- wobei der Mischer (75) einen ersten Eingangsanschluss (110), einen zweiten Eingangsanschluss (115) und einen Ausgangsanschluss (120) aufweist, - wobei der erste Eingangsanschluss (110) über die erste Leitung (90) mit dem Hydraulikreservoir (60) verbunden ist,
- wobei der zweite Eingangsanschluss (115) mit der zweiten Leitung (95) mit verbunden sind,
- wobei über die zweite Leitung (95) ein Gas (65) führbar ist,
- wobei der Ausgangsanschluss (120) mit einem Gehäuseinnenraum (50) des Gehäuses (15) über die dritte Leitung (100) fluidisch verbunden ist,
- wobei der Mischer (75) ausgebildet ist, Gas (65) der Flüssigkeit (40) beizumengen. Hydrodynamische Dauerbremse (10) nach Anspruch 2,
- wobei der Mischer (75) ein zwischen einer ersten Ventilposition und einer zur ersten Ventilposition unterschiedlichen zweiten Ventilposition verstellbares Mischerventil (140) aufweist,
- wobei in der zweiten Ventilposition der erste Eingangsanschluss (110) und der zweite Eingangsanschluss (115) mit dem Ausgangsanschluss (120) durch das Mischerventil (140) fluidisch verbunden sind und der Mischer (75) ausgebildet ist, in der zweiten Ventilposition Gas (65) der Flüssigkeit (40) beizumengen,
- wobei in der ersten Ventilposition der erste Eingangsanschluss (110) mit dem Ausgangsanschluss (120) durch das Mischerventil (140) fluidisch verbunden und der zweite Eingangsanschluss (115) fluidisch von dem Ausgangsanschluss (120) abgetrennt ist, sodass die Beimengung des Gases (65) zu der Flüssigkeit (40) unterbrochen ist. Hydrodynamische Dauerbremse (10) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Hydraulikkreislauf (45) eine Rücklaufleitung (105) und einen in die Rücklaufleitung (105) eingebundenen Gasabscheider (85) aufweist, - wobei die Rücklaufleitung (105) den Gehäuseinnenraum (50) mit dem Hydraulikreservoir (60) fluidisch verbindet,
- wobei der Gasabscheider (85) ausgebildet ist, ein in der Flüssigkeit (40) vorhandenes Gas (65) abzuscheiden. Hydrodynamische Dauerbremse (10) nach Anspruch 2 oder 3,
- wobei der Hydraulikkreislauf (45) eine Rücklaufleitung (105) und einen in die Rücklaufleitung (105) eingebundenen Wärmetauscher (80) aufweist,
- wobei die Rücklaufleitung (105) den Gehäuseinnenraum (50) mit dem Hydraulikreservoir (60) fluidisch verbindet,
- wobei der Wärmetauscher (80) ausgebildet ist, eine Wärme zur Kühlung der Flüssigkeit (40) aus der Flüssigkeit (40) abzuführen. Hydrodynamische Dauerbremse (10) nach Anspruch 5,
- wobei der Wärmetauscher (80) fluidisch zwischen dem Hydraulikreservoir (60) und dem Gasabscheider (85) angeordnet ist,
- oder
- wobei der Wärmetauscher (80) fluidisch zwischen dem Gasabscheider (85) und dem Gehäuseinnenraum (50) angeordnet ist. Hydraulische Dauerbremse (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
- wobei der Hydraulikkreislauf (45) eine Förderpumpe (76) aufweist,
- wobei die Förderpumpe (76) in die dritte Leitung (100) eingebunden ist,
- wobei die Förderpumpe (76) ausgebildet ist, in aktiviertem Zustand Gas (65) und/oder die Flüssigkeit (40) zu fördern
- und/oder wobei der Hydraulikkreislauf (45) eine Verwirbelungseinrichtung (78) aufweist, - wobei die Verwirbelungseinrichtung (78) in die dritte Leitung (100) eingebunden ist,
- wobei die Förderpumpe (78) ausgebildet ist, das Gas (65) in der Flüssigkeit zu verwirbeln. Hydraulische Dauerbremse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- wobei die erste Lamelle (155) axialfest am ersten Lamellenträger (25) und die zweite Lamelle (160) axialfest am zweiten Lamellenträger (30) angeordnet sind,
- wobei der Axialspalt (195) eine vordefinierte konstante axiale Spaltbreite (h) aufweist. Hydraulische Dauerbremse (10) nach Anspruch 8,
- wobei die Spaltbreite (h) von wenigstens einschließlich 0,05 mm bis einschließlich 0,5 mm beträgt. Hydraulische Dauerbremse (10) nach Anspruch 9, wobei eine Reynoldszahl (Re) der Flüssigkeit (40) im Axialspalt (195) kleiner einschließlich 2300 ist.
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