CH643636A5

CH643636A5 - Hydrodynamische bremse, insbesondere fuer fahrzeuge.

Info

Publication number: CH643636A5
Application number: CH1103479A
Authority: CH
Inventors: Berthold Herrmann; Hans Lindenthal
Original assignee: Voith Getriebe Kg
Priority date: 1978-12-22
Filing date: 1979-12-13
Publication date: 1984-06-15
Also published as: DE2855654A1; US4276970A; FR2444849A1; DE2855654C2; JPS5587644A; FR2444849B1

Description

Die Erfindung geht aus von einer hydrodynamischen Bremse nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Es ist bekannt, dass das von einer hydrodynamischen Bremse erzeugte i5 Bremsmoment bei gleichbleibendem Füllungsgrad mit dem Quadrat der Rotordrehzahl ansteigt. Das Abbremsen z.B. eines Fahrzeuges soll aber in der Regel mit einem wenigstens angenähert konstanten Bremsmoment erfolgen. Deshalb muss eine Regeleinrichtung dafür sorgen, dass beim Einschal-20 ten der Bremse zunächst ein kleiner Füllungsgrad eingestellt wird, und dass der Füllungsgrad mit abnehmender Rotordrehzahl kontinuierlich zunimmt, gegegebenenfalls bis 100 % Füllungsgrad (Vollfüllung) erreicht ist.

Eine hydrodynamische Bremse bei der zum Einstellen des 25 Füllungsgrades in der Auslassleitung ein Überströmventil angeordnet ist, dessen Ventilkörper wie im Oberbegriff des Anspruches angegeben verstellbar ist, ist bekannt aus der DE-OS 21 20 743. Dort wirkt ein in einem Druckraum befindliches Druckmittel auf den Ventilkörper des Überströmventils in 30 Richtung «Schliessen», es erzeugt also die genannte Gegenkraft. Der Druck des Druckmittels wird mit Hilfe eines Vorsteuerventils auf einem dem Sollwert proportionalen Stelldruck gehalten. Solange der Bremsbetrieb mit teilgefülltem Arbeitsraum stattfindet, befinden sich die am Ventilkörper 35 des Überströmventils angreifenden Kräfte im Gleichgewicht. D.h. die vom Flüssigkeitsdruck in der Bremsenauslassleitung erzeugte Druckkraft ist gleich der vom Stelldruck erzeugten Gegenkraft. (Bei Bedarf kann die Gegenkraft durch die Kraft einer Feder verstärkt werden). Es ergibt sich somit, dass 40 durch das Überströmventil der in der Auslassleitung der Strömungsbremse herrschende Druck auf einen dem Sollwert entsprechenden Wert eingeregelt wird.

Dabei wird angestrebt, dass sich auch das hydrodynamische Bremsmoment auf einen dem Sollwert entsprechenden 45 Wert einstellt. Dies gelingt jedoch nicht immer in dem gewünschten Masse. D.h.: Bei einigen Bremsenkonstruktionen kann man in dieser Hinsicht befriedigende Ergebnisse erzielen, bei anderen jedoch nicht. So kann es vorkommen, dass bei Einstellung eines bestimmten Sollwertes das hydrodynamische Bremsmoment mit kleiner werdender Rotordrehzahl abnimmt anstatt - wie zumeist gefordert - konstant zu bleiben oder leicht anzusteigen.

Nun ist zwar auch eine hydrodynamische Bremse bekannt (DE-PS 24 08 876, Fig. 2), bei der anstelle des zuvor erwähnten Vorsteuerventils ein Regelventil vorgesehen ist. Darin wird durch Vergleich des Sollwertes mit einer Regelgrösse ein geregelter Stelldruck erzeugt, der den Ventilkörper eines Ein-und Auslassquerschnitte der Bremse steuernden Stellventiles mehr oder weniger verschiebt. Dabei können dort Massnahmen getroffen werden, mit deren Hilfe die vorgenannte Regelgrösse in einem genau bestimmbaren Verhältnis zum hydrodynamischen Bremsmoment steht.

So kann z.B. vorgesehen werden, dass die Regelgrösse im 65 gesamten Rotordrehzahlbereich genau proportional zum hydrodynamischen Bremsmoment ist.

Diese bekannte hydrodynamische Bremse hat sich bei Verwendung in Schienen- oder Strassenfahrzeugen bewährt. In solchen Fahrzeugen brauchen bekanntlich nicht übermäs-

50

55

60

3 643 636

sig hohe Verzögerungswerte erzielt zu werden. Dagegen wer- Besonders zweckmässige Ausführungsformen der Erfinden in Geländefahrzeugen, die z.B. militärischen Zwecken dung sind in den Ansprüchen 5 bis 8 angegeben. Nachfolgend dienen, insbesondere in schweren Kettenfahrzeugen, mitunter wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erextrem hohe Verzögerungen verlangt. Dort kann es vorkom- läutert. Darin zeigt men, dass eine hydrodynamische Bremse beispielsweise ein s

Fahrzeug mit einer Masse 501 innerhalb von weniger als 3 s Figur 1 das Steuerschema einer hydrodynamischen aus einer Geschwindigkeit von 70 km/h auf eine Geschwin- Bremse;

digkeit von 20 km/h verzögern muss. In solchen Fällen würde Figur 2 eine Abwandlung des Schemas der Figur 1 ;

die Verwendung der bekannten hydrodynamischen Bremse Figur 3 einen Teilschnitt durch eine hydrodynamische

Schwierigkeiten bereiten, und zwar aus dem folgenden io Bremse mit Überströmventil und dazugehörendem Regel-

Grund: Am Ventilkörper des Stellventils muss der Stelldruck ventil.

gegen eine starke Feder arbeiten, damit eine hohe Rückstell- In Figur 1 stellt 7 das Gehäuse, 11 den Rotor und 12 den geschwindigkeit des Ventilkörpers sichergestellt ist. Somit Stator einer insgesamt mit 10 bezeichneten hydrodynami-

wird ein grosser Teil des zur Verfügung stehenden Stelldruk- sehen Bemse dar. Das Füllen der Bremse geschieht mittels ei-kes zur Erhaltung der Lage benötigt, und der zum Beschleuni- is ner Füllpumpe 13 über ein Füllventil 14 und eine Fülleitung gen des Ventilkörpers verbleibende Teil des Stelldruckes ist 15. Bei Bremsbefehl, ausgelöst durch Niedertreten eines verhältnismässig gering. Dies vermindert die Reaktionsge- Bremspedals 9, wird das Füllventil 14 sofort ganz geöffnet,

schwindigkeit der gesamten Steuereinrichtung. Das Entleeren der Bremse 10 erfolgt über eine Auslasslei-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrody- tung 18,19 in der ein Überströmventil 16 angeordnet ist.

namische Bremse anzugeben, bei der ein beliebiges, insbeson- 20 Durch eine Steuerleitung 20 ist symbolisch dargestellt, dass dere ein extrem hohes Bremsmoment aus dem bremsfreien auf die eine Stirnseite des beweglichen Ventilkörpers des

Zustand heraus in kürzester Zeit (schlagartig) einstellbar ist Überströmventils 16 der im Teil 18 der Auslassleitung herrund dieses Bremsmoment während der Bremsphase - entspre- sehende Flüssigkeitsdruck einwirkt, und zwar in Richtung chend dem eingestellten Sollwert - wenigstens angenähert «Öffnen». Die gegenüberliegende Stirnseite wird in Richtung konstant gehalten wird. 25 «Schliessen» durch ein über die Steuerleitung 21 zugeführtes

Druckmittel und bei Bedarf durch eine Feder 22 mit einer Ge-

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäss der Erfindung genkraft beaufschlagt. In Wirklichkeit ist im Bereich dieser ausgegangen von der aus DE-OS 21 20 743 bekannten hydro- Stirnseite zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilgehäuse dynamischen Bremse, weil dort das Auslassventil als ein ein Druckraum 50 (Figur 3) vorhanden. Die Versorgung der

Überströmventil ausgebildet ist, dessen Ventilkörper beidsei- 30 Steuerleitung 21 (und damit des Druckraumes 50) mit Druck-

tig, d.h. in beiden Bewegungsrichtungen, durch hydraulische mittel erfolgt entweder mittels einer Hilfspumpe 23 über eine

Drücke beaufschlagt ist und das somit eine hohe Reaktions- Leitung 24 mit einer Drossel 25 oder aus der Auslassleitung geschwindigkeit aufweist. 18 über ein Rückschlagventil 26 und eine Leitung 27 mit einer

Die eingangs erläuterten Nachteile dieser bekannten Drossel 28.

Bremse werden gemäss der Erfindung durch die im Kennzei- 35 Das Überströmventil 16 wird durch ein an die Steuerleichen des Anspruches 1 angegebene Massnahme beseitigt. tung 21 angeschlossenes Regelventil 30 wie folgt gesteuert: Durch diese Massnahme wird der das Einstellen des Brems- Am Bremspedal 9 wird durch dessen Auslenkung ein be-momentes bewirkende Regelvorgang vom Überströmventil stimmter Sollwert vorgegeben. Diese Auslenkung wird durch verlagert in eine separate, das bisherige Vorsteuerventil erset- eine am Regelventil 30 in Richtung «Schliessen» angreifende zende Regeleinrichtung. Es zeigt sich, dass hierdurch das dy- 40 Feder 31 in eine Sollkraft umgesetzt. In der Zeichnung ist die namische Verhalten der Bremsmoment-Regelung den hoch- Bremse im ausgeschalteten Zustand dargestellt. Das Regelsten Ansprüchen gerecht wird. So kann in Bruchteilen einer ventil 30 ist offen, die Feder 31 entspannt. Auf einen Brems-Sekunde das Bremsmoment von Null auf einen beliebigen befehl schliesst die Feder 31 das Regelventil 30 zunächst; da-Wert, insbesondere auch auf den vorgesehenen Höchstwert durch bleibt auch das Überströmventil 16 geschlossen, weil eingestellt werden, wobei der Bremsmomentanstieg bei Errei- 45 die Gegenkraft, gebildet durch den Druck in der Steuerleitung chen des gewünschten Wertes exakt abgefangen wird, oder 21 und durch die Feder 22, die vom Flüssigkeitsdruck in der mit anderen Worten: schlagartig beendet wird, ohne dass Auslassleitung 18 (Steuerleitung 20) gebildete Kraft übewiegt. Pendelungen auftreten. Somit nimmt der Füllungsgrad in der Bremse 10 zu und es

Es versteht sich, dass das Ergebnis durch flankierende steigen die Drücke in der Bremse. Eine Messdruckleitung 32 Massnahmen gestützt oder noch verbessert werden kann, bei-50 führt einen konstantzuhaltenden Druck aus der Bremse 10

spielsweise durch grossvolumige und strömungsgünstig ge- auf das Regelventil 30, an dessen beweglichem Ventilglied staltete Ein- und Auslasskanäle und durch ein auf Steuerbe- dieser Druck gegen die Kraft der Feder 31 wirkt. Je nachdem, fehle rasch reagierendes Einlass-Steuerventil. Ausserdem wird wie weit die aus diesem Druck gebildete Kraft die durch den die hydrodynamische Bremse auf möglichst hohe spezifische Bremshebel 9 eingestellte Kraft der Feder 31 übersteigt, wird

Leistung ausgelegt, d.h. im Bremsmoment-Drehzahl-Dia- 55 die Steuerleitung 21 mehr oder weniger entlastet, d.h. mehr gramm soll die Bremsmoment-Kennlinie für 100 % Füllungs- oder weniger mit der Entlastungsleitung 33 verbunden, die in grad möglichst steil ansteigen. einen Niederdruckbereich, z.B. in einen Sumpf 8 mündet.

Grundsätzlich können Regeleinrichtungen unterschied- Hierdurch wird die am Ventilkörper des Überströmventils 16

licher Bauart verwendet werden. Vorzugsweise wird man wirkende Gegenkraft soweit verringert, dass sich durch ein aber, wie bei den bekannten Bremsen, als Stellgrösse einen 60 geregeltes Öffnen des Überströmventils 16 derjenige Druck in hydraulischen Druck und deshalb als Regeleinrichtung ein der Bremsenauslassleitung 18 einstellt, der notwendig ist, um

Druckregelventil verwenden, wie im Anspruch umschrieben. den gewünschten Messdruck in der Leitung 32 und damit das

Zwei unterschiedliche Ausgestaltungen des Druckregel- gewünschte Bremsmoment zu erreichen.

ventils sind in den Ansprüchen 3 und 4 angegeben. Hiervon Die Messdruckleitung 32 kann an das Gehäuse der wird man die Ausführung nach Anspruch 4 bevorzugen, weil 65 Bremse 10 angeschlossen werden oder - wie bei 34 mit einer diese bei den Regelvorgängen eine höhere Änderungsge- strichpunktierten Linie angedeutet - im Bereich des Stators schwindigkeit des die Stellgrösse darstellenden hydraulischen 12 unmittelbar an den torusförmigen Arbeitsraum der

Druckes gewährleistet. Bremse.

643 636 4

Die beiden Drosseln 25 und 28 dienen zu dem Zweck dass Im übrigen entsprechen die Einzelheiten der Ventilanord-das Regelventil 30 den Druck in der Steuerleitung 21 - trotz nung 16,36 weitgehend dem Schema nach Figur 2. Man er-des ständigen Nachspeisens von Druckmittel durch die Lei- kennt wieder den Bremshebel 9, die Feder 31 und die Hilfs-tungen 24 und 27 - im notwendigen Masse zurücknehmen pumpe 23 mit der Leitung 24, die in die Ringnut 53 einmün-kann. s det. Die letztere entspricht der Einspeisleitung 35 der Figur 2.

In der Figur 2 sind diejenigen Teile, die mit der Ausfüh- In diese mündet auch wieder die von der Bremsen-Auslasslei-rung nach Figur 1 übereinstimmen, mit den gleichen Bezugs- tung 18 kommende Leitung 27, in die das Rückschlagventil zeichen wie dort versehen. Ein Unterschied zu Figur 1 besteht 26 eingebaut ist. An die Ringnut 54 ist die Entlastungsleitung lediglich darin, dass das Einspeisen von Druckmittel in die 33 angeschlossen. Die Messdruckleitung 32 ist hier als eine di-Steuerleitung 21 nicht mehr direkt aus der Bremsen-Auslass- io rekte Verbindung vom Arbeitsraum der Bremse 10 zur Boh-leitung 18 und von der Hilfspumpe 23 erfolgt, sondern nun- rung 51 ausgebildet. Die zum Füllen der Bremse 10 dienenden mehr über das zu diesem Zweck abgewandelte Regelventil 36. Teile 13,14 und 15 sindinFigur 3 weggelassen.

Hierzu sind die Leitungen 24 und 27 zu einer Einspeisleitung Die Figur 3 zeigt die Ventilanordnung im Ruhezustand;

35 vereinigt, die in das Regelventil 36 einmündet. Dadurch d.h. es ist kein Bremsbefehl erteilt und der Arbeitsraum der wird die Steuerleitung 1 nur dann mit Druckmittel versorgt, 15 Bremse 10 ist vollkommen entleert. Der Druckraum 50 ist solange der Messdruck in der Leitung 32 zu niedrig ist. Ist die- über die Steuerleitung 21, die Bohrung 51, die Ringnut 54 und ser Druck zu hoch, dann wird die Steuerleitung 21 entlastet die Leitung 33 in den Niederdruckbereich 8 entlastet. Der wie im Falle der Figur 1. Die Bremse 10 reagiert hierdurch Ventilkörper 42 wird durch die Vorspannung der Feder 22 noch rascher als bei der Anordnung gemäss Figur 1. Die auf seinen Ventilsitz gedrückt. Die Verbindung von der Steu-

Drosseln 25 und 28 können bei der Bauweise nach Figur 2 20 erleitung 21 zur Leitung 24 ist geschlossen.

entfallen. Wenn die Bremse gefüllt werden soll, wird zunächst durch

Die Figur 3 zeigt eine mögliche konstruktive Gestaltung das Niedertreten des Bremspedals 9 der Kolben 52 über die des Überströmventils 16 mit dem daran angebauten Regel- Feder 31 - in der Zeichnung gesehen - nach oben geschoben, ventil 36. Man erkennt einen Teil der hydrodynamischen bis der am Kolben 52 angeformte Bund 56 am Ventilgehäuse

Bremse 10 mit dem Rotor 11, dem Stator 12 und dem Brem- 25 40 anschlägt. Dabei wird die Feder 31 je nach der Auslenkung sengehäuse 7 mit der Auslassleitung 18. Ein an das Bremsen- des Bremspedals 9 mehr oder weniger gespannt. Nun gelangt gehäuse 7 angebautes Ventilgehäuse 40 weist eine Bohrung 41 der von der Hilfspumpe 23 gelieferte Druck über die Leitung auf zur Aufnahme eines beweglichen Ventilkörpers 42 des 24, die Ringnut 53, die Bohrung 51 und die Steuerleitung 21 Überströmventils 16 und der dazugehörenden Druckfeder 22, in den Druckraum 50 und beaufschlagt den Ventilkörper 42 die den Ventilkörper 42 auf seinen Ventilsitz drückt. Der die 30 zusätzlich zur Vorspannung der Feder 22. Erst wenn der auf Feder 22 aufnehmende Teil der Bohrung 41 ist der oben die obere Stirnfläche des Regelkolbens 52 wirkenden Mess schon erwähnte Druckraum 50. In diesen mündet die vom druck (Leitung 32) die Spannung der Feder 31 überwiegt, be-Regelventil 36 kommende Steuerleitung 21. Der vom Ventil wegt sich der Regelkolben 52 wieder ein Stück weit nach un-16 zum Sumpf 8 führende Teil der Auslassleitung ist wieder ten. Dies hat eine Entlastung des Druckraumes 50 zur Folge mit 19 bezeichnet. 35 bis die am Regelkolben 52 angreifenden Kräfte in Gleichge-

Das Ventilgehäuse 40 weist eine weitere Bohrung 51 auf, wicht stehen.

in dem der bewegliche Ventilkörper 52 des Regelventils 36 an- In der Figur 3 sind die Bohrungen 41 und 51 der beiden geordnet ist. In der Bohrung 51 sind zwei Ringnuten 53 und Ventile zueinander parallel angeordnet. Statt dessen kann die 54 vorgesehen. Ausserdem hat der Kolben 52 eine Rignut 55. Anordnung zweckmässig auch so getroffen werden, dass sich Deren Breite ist so gross wie der Abstand zwischen den beiden 40 die Bohrung 51 senkrecht zur Zeichenebene erstreckt. Ringnuten 53 und 54.

C

1 Blatt Zeichnungen

Claims

643 636

PATENTANSPRÜCHE

1. Hydrodynamische Bremse mit einem von zwei Schaufelrädern (11,12) gebildeten und mit Arbeitsflüssigkeit füllbaren torusförmigen Arbeitsraum, an den eine Einlassleitung (15) und eine Auslassleitung (18,19) angeschlossen sind und dessen Füllungsgrad - zwecks Einstellung des Bremsmoments entsprechend einem veränderbaren Sollwert - mittels eines in der Auslassleitung (18) angeordneten Überströmventils (16) einstellbar ist, wobei der bewegliche Ventilkörper des Überströmventils durch eine vom Flüssigkeitsdruck in der Auslassleitung erzeugte Druckkraft in Richtung «Öffnen» und durch eine Gegenkraft in Richtung «Schliessen» verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Grösse der Gegenkraft mittels einer vom Überströmventil (16) getrennten Regeleinrichtung (30,36) eingeregelt wird durch Vergleich des Sollwertes mit einer Messgrösse, die wenigstens angenähert proportional zu dem von der Bremse (10) erzeugten Bremsmoment ist.
2. Hydrodynamische Bremse nach Anspruch 1, deren Überströmventil (16) zum Erzeugen der Gegenkraft einen Druckraum (21,50) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (30,36) ein Druckregelventil ist und als Stellgrösse den im Druckraum (50) herrschenden hydraulischen Druck einregelt.
3. Hydrodynamische Bremse nach Anspruch 2, worin der Druckraum des Überströmventils mit einem der Bremse entnommenen Flüssigkeitsdruck und/oder durch einen Hilfsdruck beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil (30) beim Einregeln des im Druckraum (21) herrschenden Drucks den Druckraum mehr oder weniger zu einem Niederdruckbereich (8) hin öffnet (Figur 1).
4. Hydrodynamische Bremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil (36) zum Einregeln des im Druckraum (50) herrschenden Drucks einen von einer beliebigen Druckquelle gelieferten, z.B. einen aus der Brem-senauslassleitung (18) entnommenen Druck in den als Stellgrösse dienenden geregelten Druck umwandelt und dem Druckraum (50,21) zuführt (Figur 2 und 3).
5. Hydrodynamische Bremse nach Anspruch 1, deren Überströmventil (16) zum Erzeugen der Gegenkraft einen Druckraum (21,50) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einstellen des im Druckraum (21,50) herrschenden Druckes ein Regelventil (30,36) vorgesehen ist, dessen beweglicher Ventilkörper ein in einer Gehäusebohrung (51) verschiebbarer Regelkolben (52) ist, dass im Bereich der einen Stirnseite des Regelkolbens (52) eine Messdruckleitung (32) in die Bohrung (51) mündet, und dass an der anderen Stirnseite des Regelkolbens (52) eine Druckfeder (31) angreift, deren Federkraft durch einen Sollwertgeber, z.B. einen Bremshebel (9), einstellbar ist, dass ferner in die Gehäusebohrung (51)

eine vom Druckraum (50) kommende Steuerleitung (21) und eine Entlastungsleitung (33) einmünden, wobei der Regelkolben (52) eine Verbindung von der Steuerleitung (21) zur Entlastungsleitung (33) öffnet, wenn die auf den Kolben (52) wirkende Druckkraft des Druckes in der Messdruckleitung (32) die Kraft der Feder (31) überwiegt.
6. Hydrodynamische Bremse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in die den Regelkolben aufnehmende Gehäusebohrung (51) eine weitere an eine Druckmittelquelle angeschlossene Leitung (24,27) einmündet, wobei der Regelkolben (52) eine Verbindung zwischen der weiteren an eine Druckmittelquelle angeschlossenen Leitung (24,27) und der Steuerleitung (21) derart steuert, dass diese bei Absinken der genannten Druckkraft unter die Kraft der Feder (31) geöffnet wird.
7. Hydrodynamische Bremse nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Mittelstellung des Regelkolbens (52) beide Verbindungen von der Steuerleitung (21)

zur weiteren an eine Druckmittelquelle angeschlossene Leitung (24) und zur Entlastungsleitung (33) geschlossen sind.
8. Hydrodynamische Bremse nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckquelle die Bremsen-5 Auslassleitung (18) ist, die über eine Verbindungsleitung (27) mit der Bohrung (51) verbunden ist, und dass in der Verbindungsleitung (27) ein das Rückströmen in die Auslassleitung (18) sperrendes Sperrventil (26) angeordnet ist.

10