DE19646597A1

DE19646597A1 - Hydrodynamische Bremse

Info

Publication number: DE19646597A1
Application number: DE1996146597
Authority: DE
Inventors: Karl-Fritz Heinzelmann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1996-11-12
Filing date: 1996-11-12
Publication date: 1998-05-14
Anticipated expiration: 2016-11-13
Also published as: DE19646597B4; DE19646597C5

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Bremse, mit einem mit der Gelenkwelle eines Fahrzeugs verbundenen Rotor und mit einem dem Rotor gegenüberliegenden, durch einen Spalt von ihm getrennten, mit dem Gehäuse der hydro dynamischen Bremse verbundenen Stator, wobei sowohl Rotor als auch Stator mit Schaufelrädern versehen ist und mit einem Hydraulikanschluß, um ein Hydraulikfluid beim Brems vorgang in die Bremse einzufüllen und bei Leerlauf aus die ser abzuführen.

Bremsen dieser Art, die auch als Retarder bezeichnet werden, haben den Vorzug, die abzubremsende Energie ohne Verschleiß in Wärme umzuwandeln. Ein besonderes Problem ist jedoch die Verlustleistung im Leerlauf, die trotz entleer tem Arbeitsraum der Bremse infolge der Luftzirkulation und anderer Einflüsse erheblich störend sein kann.

Eine hydrodynamische Bremse gleicht dem Aufbau einer hydrodynamischen Kupplung, wobei sich die beiden Schaufel räder gegenüberstehen. In die Kammern wird beim Bremsvor gang ein Hydraulikfluid, z. B. Öl, eingefüllt, so daß die Gelenkwelle, die mit dem Rotor verbunden ist, diesen in Bewegung setzt, wodurch das Öl die Rotationsbewegung auf nimmt. Die mechanische Energie des Rotors verwandelt sich dabei in kinetische Energie des Hydraulikfluids. Durch die Fliehkraft wird das Öl in die Kammern des Stators gepreßt und möchte diesen, wie das Turbinenrad einer hydrodynami schen Kupplung, mit in die Bewegung einbeziehen. Da aber der Stator des Retarders feststeht, wird die kinetische Energie verzögert, d. h. abgebremst. Der Verzögerungseffekt überträgt sich durch die Rückkopplung auf den Rotor und von diesem auf die Gelenkwelle, wodurch das Fahrzeug langsamer wird. Bei abgeschaltetem Retarder dreht sich der beschau felte Rotor in Luft, wodurch die Verlustleistung entsteht.

Um diese Verlustleistung möglichst klein zu halten, werden üblicherweise im Leerlauf zustand Strömungshindernis se, wie z. B. Blenden, zwischen den beiden Schaufelrädern angeordnet, um eine Zirkulation von Luft und gegebenenfalls restlichem Strömungsmittel zu verhindern.

Durch die DE-A-16 75 248 ist es bekannt, axial ver schiebbare Paßstücke in den Schaufelzwischenräumen des Sta tors anzuordnen, die im Leerlauf bis etwa zum Schaufelrad spalt zwischen Rotor und Stator vorgeschoben werden und die eine Strömungsmittelzirkulation unterbinden. Die Vielzahl der dabei erforderlichen Paßstücke und eine gleiche Anzahl von Betätigungsanordnungen zur Verschiebung dieser Paßstücke erhöhen den Herstellaufwand einer solchen hydrodynami schen Bremse in nicht unerheblicher Weise.

Die DE-C-26 05 229 beschreibt eine hydrodynamische Bremse, bei der zur Verminderung der Ventilationsverluste veränderliche Strömungshindernisse zwischen Rotor und Sta tor angeordnet sind, die im Leerlaufbetrieb, d. h. bei ent leerter Bremse, eine blendenartige Öffnung von veränderli cher Größe bilden, um dadurch den Strömungsquerschnitt zwi schen Rotor und Stator einzuengen und der Bremsbetrieb bei gefüllter Bremse auf die Toruskontur bzw. hinter diese zu rückgezogen wird. Die blendenartige veränderliche Öffnung wird durch einen offenen, d. h. mit einer Umfangslücke ver sehenen und dadurch elastisch federnden Ring mit etwa rechteckförmigem Querschnitt gebildet, dessen Innendurch messer durch Verändern der Weite der Umfangslücke zwischen einem engsten und einem weitesten Wert verändert werden kann. Die Veränderung des Innendurchmessers des Ringes er folgt dabei durch eine zwischen den freien Enden des offe nen Ringes angeordnete Kniehebelanordnung, deren mittlerer Gelenkpunkt durch eine radial zur Bremse gerichtete Betäti gungskraft beaufschlagbar ist. Auch hier ist noch ein er heblicher Bauaufwand erforderlich; ferner ist die Breite des elastisch federnden Ringes stark begrenzt, so daß die Reduzierung der Verluste im Leerlaufbetrieb nicht ausrei chend ist.

Aus der DE-A-40 28 128 ist eine hydrodynamische Bremse bekannt, bei der zur Verringerung der Ventilationsverluste ebenfalls veränderliche Strömungshindernisse zwischen Rotor und Stator angeordnet werden. Ein oder mehrere im Quer schnitt winkelförmige Strömungshindernisse trennen im Leer laufbetrieb bei ölentleerter Bremse im äußeren Bereich der Torusräume über einen radial nach innen ragenden ringförmi gen Schenkel diese Räume, wobei ein in axialer Richtung zylinderförmig angeordnet er Schenkel an der inneren Wand einer Kammer anliegt. Im Bremsbetrieb, d. h. bei ölbefüll ter hydrodynamischer Bremse, steht der radial nach innen ragende Schenkel mit seiner vorderen Kante hinter den To rusräumen zurück. Die Betätigung in die radial äußere und innere Endstellung erfolgt dabei über eine Betätigungsein richtung in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit mit zwei Kolben und mit einer Mitnahmeeinrichtung an den Kolben und Mitnehmern am Strömungshindernis, wobei die innere Stellung dieser Federn und die äußere Stellung über den Druck eines Druckmittels in einem zwischen den beiden Kolben angeordne ten Druckraum erzielt wird. Auch diese hydrodynamische Bremse erfordert nicht nur einen erheblichen Bauaufwand, sondern auch noch eine Steueranordnung, um im Leerlaufbe trieb das Strömungshindernis in den Raum zwischen Rotor und Stator einzubringen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine hydro dynamische Bremse zu schaffen, bei der der Bauraum erheb lich verringert ist und die vollautomatisch, d. h. ohne äußere Steuereinflüsse im Leerlaufbetrieb, die Verlustlei stung auf einen Minimalwert herabsetzt.

Ausgehend von einer hydrodynamischen Bremse der ein gangs näher genannten Art erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit dem im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmal; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteran sprüchen beschrieben.

Durch die erfindungsgemäße Verschiebbarkeit des Rotors auf seiner Rotorwelle mit Hilfe einer Mitnahmeverzahnung, die derart ausgestaltet ist, daß bei anliegendem Drehmoment eine Axialkraft entsteht, die den Rotor bis zu einem defi nierten Anschlag in Richtung Stator verschiebt und durch das Vorsehen einer ringförmigen Kolbenfläche, welche durch den Fülldruck der hydrodynamischen Bremse beim Befüllen derart beaufschlagt wird, daß eine zusätzliche Axialkraft entsteht, die den Rotor ebenfalls in Richtung zum Stator zieht sowie durch das Vorsehen einer entsprechend dimensio nierten Feder, die bei ausgeschaltetem Retarder, d. h. wenn das Hydraulikfluid abgezogen wurde, den Rotor vom Stator wegverschiebt, wird der Vorteil erzielt, daß der Bauraum im Vergleich zu den herkömmlichen hydrodynamischen Bremsen mit ortsveränderlichen Strömungshindernissen erheblich verrin gert ist und daß die Herabsetzung der Verlustleistung im Leerlaufbetrieb vollautomatisch erfolgt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbei spiel dargestellt ist.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße hydrodynamische Bremse während des Bremsvor gangs und

Fig. 2 einen Querschnitt durch diese Bremse während des Leerlaufzustands.

In den Figuren ist mit 1 ein Rotor bezeichnet, der mit einer (nicht dargestellten) Gelenkwelle eines Fahrzeugs verbunden ist und der über eine Lagebuchse 8 auf einer Ge lenkwelle 2 angeordnet ist. Gegenüber dem Rotor 1 ist ein Stator 4 angeordnet, der mit dem Gehäuse der hydraulischen Bremse fest verbunden ist, wobei gemäß Fig. 1 zwischen Ro tor 1 und Stator 4 ein schmaler Spalt 10 besteht. Sowohl der Rotor als auch der Stator sind mit (nicht dargestell ten) Schaufelrädern versehen, die in herkömmlicher Weise ausgestaltet sind. Ferner ist die hydrodynamische Bremse mit einem ebenfalls nicht dargestellten herkömmlichen Hy draulikanschluß versehen, um zur Einleitung des Bremsvor gangs ein Hydraulikfluid, z. B. Öl, in die durch die beiden Schaufelräder eingenommenen Kammern einleiten und aus die sen Kammern abführen zu können.

Erfindungsgemäß ist nun der Rotor 1 mit seiner Lager buchse 8 verschiebbar auf der Rotorwelle 8 gelagert. Die Drehmomentübertragung vom Rotor 1 auf die Rotorwelle 2 er folgt dabei über eine Mitnahmeverzahnung 3, die derart aus gebildet ist, daß bei einem durch das eintretende Fluid erzeugten Drehmoment eine axiale Kraft entsteht, die den Rotor 1 bis zu einem definierten Anschlag in Richtung Sta tor 4 verschiebt.

Die dem Stator 4 abgewandte Seite der Lagerbuchse 8 ist mit einer Ringnut 9 versehen, die als Kolbenfläche wirkt, so daß durch den Fülldruck der mit dem Hydraulik fluid gefüllten Hydraulikbremse eine zusätzliche Axialkraft erzeugt wird, die den Rotor 1 in Richtung Stator 4 ver schiebt.

Am statorseitigen Ende der Lagerbuchse 8 stützt sich ein Ende einer Feder 5 ab, beispielsweise eine die Rotor welle koaxial umgebende Spiralfeder, deren anderes Ende sich an einem Anschlag 11 an der Rotorwelle 2 abstützt, so daß der Rotor 2 in die Leerlaufstellung der hydrodynami schen Bremse vom Stator 4 weg verschoben wird. Dies bedeu tet, daß die Feder 5 derart zu dimensionieren ist, daß bei Leerlaufstellung der Bremse, d. h. bei abgeführtem Öl, der Rotor gegen die an der Mitnahmeverzahnung anstehende Axial kraft infolge des Leerlaufmoments vom Stator weg verschoben wird, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, so daß der Spalt 10' zwischen Stator und Rotor vergrößert wird. Dieser vergrößerte Spalt 10' führt dazu, daß die mit 7 angedeutete Luftströmung in der Beschaufelung gestört wird, wodurch die Leerlaufverluste reduziert werden.

Bezugszeichenliste

1

Rotor

2

Rotorwelle

3

Verzahnung

4

Stator

5

Feder

6

Ringnut

7

Luftströmung

8

Lagerbuchse

9

Anschlag

Claims

1. Hydrodynamische Bremse mit einem mit der Gelenkwel le eines Fahrzeugs verbundenen Rotor und mit einem dem Ro tor gegenüberliegenden, durch einen Spalt von ihm getrenn ten, mit dem Gehäuse der hydrodynamischen Bremse verbunde nen Stator, wobei sowohl Rotor als auch Stator mit Schau felrädern versehen sind und mit einem Hydraulikanschluß, um ein Hydraulikfluid beim Bremsvorgang in die Bremse einzu führen und bei Leerlauf aus dieser abzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) über eine Lagerbuchse (8) auf der Rotorwelle (2) verschiebbar gela gert ist.

2. Hydrodynamische Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbuchse (8) des Rotors (1) über eine Mitnahmeverzahnung (3) auf der Rotor welle (2) gelagert ist, so daß bei eingefülltem Hydraulik fluid das dadurch entstehende Drehmoment eine auf dem Rotor wirkende Axialkraft erzeugt, die letzteren in Richtung in Stator (4) verschiebt.

3. Hydrodynamische Bremse nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Sta tor (4) abgewandte Seite der Lagerbuchse (8) mit einer Ringnut (6) versehen ist, die als Kolbenfläche wirkt, so daß durch den Fülldruck der mit dem Hydraulikfluid gefüll ten hydraulischen Bremse eine zusätzliche Axialkraft er zeugt wird, die den Rotor (1) in Richtung Stator (4) ver schiebt.

4. Hydrodynamische Bremse nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das stator seitige Ende der Lagerbuchse (8) von einem Ende einer Fe der (5) beaufschlagt wird, deren anderes Ende sich an einem Anschlag (9) der Rotorwelle (2) abstützt, so daß der Ro tor (2) in der Leerlaufstellung der hydrodynamischen Bremse vom Stator (4) weg verschoben wird.