DE19704407A1

DE19704407A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Einstellung eines vorgegebenen Bremsmomentes eines hydrodynamischen Retarders

Info

Publication number: DE19704407A1
Application number: DE1997104407
Authority: DE
Inventors: Juergen Friedrich; Peter Heilinger; Heinz Hoeller
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 1997-02-06
Filing date: 1997-02-06
Publication date: 1998-08-13

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einstellung eines vorgegebenen Bremsmomentes eines hydrodynamischen Retarders gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 11.

Hydrodynamische Retarder sind beispielsweise aus VDI Handbuch Getriebetechnik II, VDI-Richtlinien VDI 2153, Hydrodynamische Leistungsübertragung Begriffe - Bauformen - Wirkungsweisen, Kapitel 7, Bremsen oder Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 18. Auflage, Seiten R49 bis R53, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die Anmeldung miteinbezogen wird, bekannt. Derartige Retarder werden, insbesondere beim Einsatz in Kraftfahrzeugen oder in Anlagen mit stark wechselndem Betrieb, durch Füllen und Entleeren des beschaufelten Arbeitskreislaufs mit einem Betriebsfluid ein- oder ausgeschaltet.

Eine Änderung des Retarderbremsmomentes eines derartigen Retarders wurde gemäß dem Stand der Technik im Bremsbetrieb beispielsweise dadurch erreicht, daß die Durchflußquerschnitte von Zulauf und Ablauf, wie in der DE 44 08 349 C2 beschrieben, entsprechend eingestellt oder aber, der Füllgrad des Retarders, wie in der DE 24 08 876 gezeigt, verändert wurden.

Nachteilig an diesen bekannten Verfahren war, daß die Einstellung nur mit einer gewissen Verzögerung erfolgte und bei völlig geleertem Retarder ist immer ein Restmoment vorhanden war, das durch Lagerreibung und durch die Dralländerung der Luftfüllung bedingt war. Dies ist darauf zurückzuführen, daß auch ein vom Betriebsfluid entleerter Retarder durch Luftventilation noch Leistung aufnimmt. Das durch das Restmoment bedingte Bremsmoment ist zwar sehr gering, kann sich jedoch bei hohen Drehzahlen sehr störend auswirken und zu einer unzulässig hohen Erwärmung des Retarders führen.

Zu beachten ist auch, daß der Kraftstoffverbrauch des Nutzfahrzeuges mit steigender Verlustleistung ansteigt.

Zur Vermeidung der Ventilationsverluste sind bereits eine Reihe von Lösungen bekannt. Dazu gehören u. a. die Verwendung von Statorbolzen sowie die Möglichkeit einer Kreislaufevakuierung. Diese Lösungen sind jedoch sehr aufwendig in ihrer Umsetzung und bedingen einen erhöhten Platzbedarf und damit größere Retarderabmessungen. Wesentliche Nachteile bei der Verwendung von Statorbolzen sind darin zu sehen, daß diese aufgrund ihrer Anordnung im Profilgrund des Stators auch im Bremsbetrieb in den Arbeitskreislauf hineinreichen und diesen damit stören. Die Möglichkeit der Verwendung getrennter äußerer Kühl-Kreisläufe, bei der beim Leerlaufbetrieb eine genau bestimmte Ölmenge in einem separaten Kreislauf eingeschlossen wird, ist sehr aufwendig in ihrer Umsetzung, da zusätzliche Bauteile benötigt werden. Des weiteren muß ständig eine sichere Trennung zwischen den einzelnen Zirkulationswegen gewährleistet sein.

Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung der Leerlaufverluste besteht im Verschwenken der Statorschaufelrades gegenüber dem Rotorschaufelrad. Möglichkeiten zur Lageänderung des Statorschaufelrades gegenüber dem Rotorschaufelrad sind bereits aus den folgenden Druckschriften bekannt:

1. DE 31 13 408 C1
2. DE 40 10 970 A1
3. DE 44 20 204 A1

Die DE 31 13 408 C1 offenbart Möglichkeiten einer Statorschaufelradverstellung eines Retarders für den Einsatz in stationären Anlagen, beispielsweise in Windkraftanlagen zur Umsetzung der Windenergie in Wärme. Die Verstellung erfolgt manuell oder mittels entsprechender Hilfsmittel. Die Feststellung des Statorschaufelrades in der ausgeschwenkten Lage erfolgt mittels mechanischer Hilfsmittel, beispielsweise in Form von Schrauben. Die Verstellung erfolgt zum Zweck der Anpassung der Strömungsbremse an die Windkraftanlage. Der Zeitaufwand für die Realisierung einer Verstellung ist entsprechend hoch, und die Ausführung ist demzufolge in keiner Weise für den Einsatz im Fahrzeug geeignet.

Der in der Druckschrift DE 40 10 970 A1 offenbarte Retarder weist analog zu der erstgenannten Druckschrift ein Statorschaufelrad auf, das in seiner Lage veränderbar ist. Jedoch erfolgt hier eine Lageveränderung durch eine zusätzlich zum Bremsmoment erzeugte Reaktionskraft, die dem Bremsmoment proportional ist. Diese Reaktionskraft wird durch eine entsprechende Gestaltung und Lagerung des Schaufelrades erzeugt. Der Reaktionskraft wird eine Verstellkraft, die von einer Verstelleinrichtung aufgebracht wird, entgegengesetzt. Die Größe der Verstellkraft beeinflußt dabei entscheidend die Wirkung der Reaktionskraft und damit das Bremsmoment aufgrund der Bedingung, daß die Summe aller auf ein abgeschlossenes System wirkenden äußeren Momente gleich Null ist. Beide Möglichkeiten dienen zur Einstellung bzw. Steuerung des Bremsmomentes. Sie zeichnen sich durch einen enormen konstruktiven Aufwand sowie eine hohe Bauteilanzahl aus.

Aus der DE 44 20 204 A1 ist ein Retarder mit einem selbsttätigen Schwenkstator bekannt geworden, der aufgrund seiner exzentrischen Lagerung im Leerlaufbetrieb selbsttätig in eine Lage gebracht wird, in der keine oder nur ein geringer Teil an Luftmassen zwischen dem Rotorschaufelrad und dem Statorschaufelrad bewegt wird.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit dem das Bremsmoment eines hydrodynamischen Retarders auf einfache Art und Weise unter Vermeidung der aus dem Stand der Technik bekannte Nachteile eingestellt werden kann. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist darin zu sehen, daß dieses Verfahren und diese Vorrichtung es ermöglichen soll, bei entleertem Retarder die Leerlaufverluste gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsform zu minimieren.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und die Regelvorrichtung gemäß Anspruch 11.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, das Bremsmoment eines hydrodynamischen Retarders dadurch einzustellen, daß der Spalt zwischen Rotor und Stator durch eine axiale Verschiebung des Rotors gegenüber dem Stator und/oder des Rotors gegenüber dem Stator so eingestellt wird, daß das vorgegebene Bremsmoment erreicht wird.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der hydrodynamische Retarder Mittel zur axialen Verschiebung des Stators gegenüber dem Rotor und/oder des Rotors gegenüber dem Stator aufweist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn zur Verminderung von Leerlaufverlusten ein vorbestimmtes minimales Retarderbremsmoment nach Entleerung des Retarders dadurch eingestellt wird, daß der Luftspalt zwischen Rotor und Stator durch die axiale Verschiebung des Stators und/oder Rotors gegenüber dem Stator und/oder Rotor einen derartigen Wert annimmt, daß die entstehende Wärmeenergie des entleerten Retarders ohne zusätzliche Kühleinrichtungen abgeführt werden kann.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Mittel zur axialen Verschiebung mindestens eine auf der Statorrückseite angeordnete Druckkammer auf. Auf diese Art und Weise ist es möglich, durch Beaufschlagung der Statorrückseite mit einem in der Druckkammer aufgebauten Druck den Stator gegen beispielsweise den feststehenden Rotor entlang einer axialen Führung zu verschieben und somit den Abstand zwischen Rotor und Stator einzustellen.

In einer weitergebildeten Ausführung kann vorgesehen sein, daß das minimale Retarderbremsmoment in Leerlauf, das ja eine relativ große Spaltweite bzw. einen großen Abstand zwischen Stator und Rotor erfordert, dadurch eingestellt wird, daß die mindestens eine Druckkammer beispielsweise entleert und so der durch ein in die Druckkammer eingeleitetes Arbeitsmedium aufgebaute Druck auf die Statorrückseite vermindert wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Mittel zur axialen Verschiebung Mittel zum Rückführen des Stators und/oder Rotors in die Leerlaufposition umfassen. In einer konstruktiven Ausgestaltung kann dies beispielsweise eine Rückholfeder sein. Deartige Ausführungsformen erlauben ein selbsttätiges Verbringen des Stators und/oder Rotors, wenn der Retarder entleert worden ist in die Leerlaufposition.

Eine Möglichkeit des selbsttätigen Rückführens in die Leerlaufposition beim Ausschalten des Retarders besteht darin, an der Statorrückseite mindestens zwei Druckkammern vorzusehen, wovon die eine Druckkammer Teil des Zulaufssystems des Arbeitsmediums in den Retarder und die andere Druckkammer Teil des Ablaufsystems des Arbeitsmediums aus dem Retarder ist. Wird kein Arbeitsmedium zugeführt, sondern lediglich abgeführt, so entleeren sich die beiden Druckräume und die Rückstelleinrichtung sorgt dafür, daß der Stator in die Leerlaufposition gebracht wird und einen großen Abstand zum Rotor aufweist.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Mittel zum Verschieben des Stators und/oder Rotors einen Stellzylinder oder einen Stellmotor umfassen, mit dem der Luftspalt stufenlos unabhängig von der Befüllung der zuvor erwähnten Druckkammern einstellbar ist. Dies eröffnet die Möglichkeit einer stufenlosen Regelung des Luftspaltes und damit einer stufenlosen Einstellung des Bremsmomentes, da die Leistungszahl λ des Retarders abhängig vom Luftspalt zwischen Stator und Rotor ist. Die Leistungszahl λ ist wie folgt definiert:

Hierbei bezeichnet ^M _BR das Bremsmoment des Retarders, ρ die Dichte des Fluids, sowie Dp der Kreislaufdurchmesser des Retarders (siehe hierzu insbesondere VDI -Richtlinien, Hydrodynamische Leistungsübertragung, Begriffe - Bauformen - Wirkungsweisen, VDI 2153 in VDI-Handbuch Getriebetechnik 2, Kapitel 1 bis 4 und Kapitel 7, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in diese Anmeldung miteinbezogen wird).

Neben dem Verfahren stellt die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Einstellung eines vorgegebenen Bremsmomentes eines hydrodynamischen Retarders zur Verfügung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß sie Mittel zur Vorgabe eines einzustellenden Bremsmomentes aufweist, sowie eine Steuereinrichtung, die in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Bremsmoment die Mittel zur Einstellung des Spaltes zwischen Stator und Rotor derart ansteuert, daß das vorgegebene Bremsmoment des Retarders durch entsprechende Einstellung des Spaltes mittels axialer Verschiebung erreicht wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Mittel zum axialen Verschieben des Stators und/oder Rotors mindestens eine Druckkammer umfassen, die an der Rückseite des Stators und/oder Rotors angeordnet ist. Eine selbsttätige Einstellung der Leerlaufposition des Stators und/oder Rotors, in dem die Leerlaufverluste minimiert sind, kann erreicht werden, wenn die Mittel zum Verschieben des Stators und/oder Rotors eine Rückholvorrichtung, beispielsweise eine Feder umfassen.

Für eine stufenlose Einstellung eines vorgegebenen Bremsmomentes kann ein stufenlos einstellbarer Stellkolben verwendet werden, der entsprechend dem einzustellenden Laufspaltabstand befüllt wird. Eine besonders einfache Ausführungsform besteht in der Verwendung eines elektrischen Stellmotors zur Einstellung des Laufspaltes. Ein derartiger elektrischer Stellmotor kann durch die Steuereinrichtung direkt angesteuert werden. Das elektrische Stellsignal der Steuervorrichtung wird unmittelbar in ein mechanisches Signal des Stellmotors umgesetzt und so der Abstand zwischen Rotor und Stator entsprechend dem vorgegebenen Bremsmoment eingestellt.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Figuren beispielhaft beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Retarder mit den erfindungsgemäßen Mitteln zur axialen Verschiebung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Weiterbildung der Erfindung gemäß Fig. 1 mit einem weiteren Druckraum;

Fig. 3 eine Ausführungsform der Erfindung, bei der der Füllkanal rotorseitig angeordnet ist;

Fig. 4 eine Ausführungsform der Erfindung, bei der als Mittel zur axialen Verschiebung ein Kolben verwendet wird;

Fig. 5 eine Ausführungsform der Erfindung mit einem Stellmotor;

Fig. 6 den Verlauf der Leistungszahl λ in Abhängigkeit des Spaltabstandes.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Retarders, wie er zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann. Die nachfolgende Beschreibung des Retarder soll nur als Beispiel verstanden werden, ohne daß hierin eine Schmälerung des Schutzes des erfindungsgemäßen Verfahrens zu sehen ist. Dargestellt ist ein hydrodynamischer Retarder, bestehend aus einem Rotorgehäuse 1.0, das einen Rotor 2.0 aufnimmt sowie einem Statorgehäuse 3.0, in dem der Stator 4.0 angeordnet ist. Der Rotor 2.0 ist in vorliegendem Ausführungsbeispiel fest mit einer Welle 10.0 verbunden. Die Welle 10.0 wiederum wird beispielsweise über Zahnräder 10.1 und 10.2 beispielsweise mit der Kurbelwelle des Motors im Falle eines Primärretarders verbunden oder aber mit einer getriebeabtriebsseitigen angeordneten Welle, beispielsweise der Gelenkwelle im Falle eines Sekundärretarders. Zwischen dem Rotor und dem Stator befindet sich ein Spalt 12.0 bzw. 12.1. Spalt 12.0 ergibt sich im Bremsbetrieb, während Spalt 12.1 im ausgeschalteten Zustand vorliegt.

Die Welle 10.0 ragt im diesem Ausführungsbeispiel in das Statorgehäuse 3.0 hinein, durchbricht aber die Statorrückwand 4.4 nicht. Diese Ausbildung ermöglicht es, daß an der Statorrückwand 4.4 ein Druckraum 3.1 ausgebildet werden kann. Wird Druckraum 3.1 mit Druck beaufschlagt so kann dadurch der Stator in seiner axialen Position verschoben werden.

Ein weiterer Vorteil der dargestellten Ausführungsform, bei der die Welle 10.0 die Statorrückwand nicht durchbricht ist darin zu sehen, daß eine Abdichtung zwischen dem Retarderkreislauf und dem Druckraum 3.1 entfällt.

Dadurch wird der Verschleiß und die Teilezahl für einen solchen Retarder reduziert, was wiederum günstige Herstellungskosten zur Folge hat.

Die Befüllung des Retarders kann weiterhin für die einzelnen Schaufeln vorteilhafterweise über den Stator erfolgen, ohne daß ein großer Dichtungsaufwand getrieben werden muß.

Die dargestellte Ausführungsform zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß im Statorgehäuse 3.0 zwei Druckräume ausgebildet werden. Druckraum 3.1 ist Teil des Füllkanales des Retarders, und Druckraum 3.2 Teil des Auslaufkanales. Der Druckraum 3.1 bzw. 3.2 umfaßt als Bewandung einen Teil der Gehäusewandung sowie die Statorrückseite 4.4. Der Stator ist am Außendurchmesser mit einer Kolbenabdichtung 4.1 sowie auf einem kleineren variablen Durchmesser mit einer Kolbenabdichtung 4.2 versehen, so daß die Druckräume bzw. Kanäle 3.1 und 3.2 zueinander und nach außen abgedichtet sind. Die möglichen Lagen des Stators im Statorgehäuse sind mit den Positionen A und B angegeben. Dabei ist Position A der Betriebszustand "Bremsen" des Retarders, bei dem der Abstand 12.0 des Stators 4.0 vom Rotor 2.0 nur sehr gering ist, wohingegen in der Ruheposition B "Leerlaufbetrieb, die in der unteren Hälfte von Fig. 1 dargestellt ist, der Stator einen großen Abstand 12.1 vom Rotor aufweist. Wie in Fig. 6 dargestellt, können durch eine Änderung des Spaltes bzw. Abstandes 12.0 bzw. 12.1 zwischen Rotor und Stator die Reaktionskräfte im Retarder gezielt verändert werden, so daß ein vorgegebenes Bremsmoment durch Laufspaltänderung eingestellt werden kann. Die empirische festgestellte Abhängigkeit der Leistungszahl bzw. der Retarderleistung kann durch

P = P_Rest + P(s)

beschrieben werden. Dabei bezeichnet P_Rest die Restbremsleistung die vom Retarder auch bei einem unendlich großen Abstand von Stator und Rotor aufgrund der noch wirkenden Restreaktionskräfte aufgebaut würde. Die Restreaktionskräfte umfassen beispielsweise Ventilationsverluste und mechanische Verluste. P(s) ist eine mit zunehmenden Abstand s von Rotor und Stator abfallende Funktion, die beispielsweise vom Typ P(s) ∼ (s/sn)⁻^x mit x∈]0, ∞] ist. Im unteren Abschnitt des weiteren dargestellt ist die axiale Führung des Stators im Statorgehäuse entlang eines Stiftes, der vorliegend als Spannschraube 6.0 ausgeführt ist. Die Spannschraube 6.0 wird von einer Druckfeder 5.0 umgeben. Die Druckfeder 5.0 wirkt im Abschnitt C auf die Begrenzungswand des Stators ein und verschiebt diesen, wenn der Retarder nicht befüllt ist, aufgrund der Rückstellkraft selbsttätig in die im unteren Abschnitt von Fig. 1 gezeigte "Leerlaufposition". Stator 4.0 und Rotor 2.0 weisen in der "Leerlaufposition" den im Rahmen der baulichen Ausgestaltung maximal möglichen Abstand auf. Der Spalt 12.1 ist zwischen Stator 4.0 und Rotor 2.0 in dieser Ruheposition so groß, daß die beiden Schaufelräder praktisch entkoppelt sind, wodurch im Leerlaufbetrieb, d. h. bei entleertem Retarder, praktisch keine Leerlaufwärmeenergie erzeugt wird. Eine separate Kühlung des Retarders im Leerlaufbetrieb bzw. ein Umwälzen des Arbeitsmittels ist in der dargestellten Ruhestellung nicht notwendig, da die Wärmeentwicklung das erlaubte Maß nicht übersteigt. Besonders vorteilhaft ist bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform, daß, wie nachfolgend beschrieben, eine vollständig selbsttätige Verschiebung des Stators in die im oberen Abschnitt von Fig. 1 dargestellte Arbeitsposition und in die unten dargestellte Ruheposition stattfindet. Dies wird dadurch erreicht, daß nach Aktivierung des Retarders beispielsweise mit Hilfe eines Einschaltimpulses das Arbeitsmedium des Retarders durch den Füllkanal 3.1 in den Retarder strömt. Durch den auf die Statorrückseite 4.4 im Bereich des Füllkanals 3.1 wirkenden Druck wird der Stator 4.0 in die auf der oberen Hälfte von Fig. 1 dargestellte Arbeitsposition mit Spalt 12.0 gegen die Kraft der Feder 5.0 axial verschoben. Das automatische Verbringen und Halten aufgrund des Kräftegleichgewichtes an Statorinnen- und Rückseite des Stators in der Position für den Bremsbetrieb durch Druckbeaufschlagung der Statorrückseite hat den Vorteil, daß keine zusätzlichen extern aufgebrachten Kräfte hierfür benötigt werden. Das sichere Halten des Retarders in der in Fig. 1 in der oberen Hälfte dargestellten Arbeitsposition wird dadurch erreicht, daß der Auslaßkanal 3.2 ebenfalls auf die Rückseite des Stators 4.0 wirkt. Wird das Arbeitsmedium im Nicht-Bremsbetrieb bzw. Leerlaufbetrieb aus dem Retarder entleert beispielsweise dadurch, daß mittels eines Ausschaltimpulses die Zuführung des Betriebsmediums über den Füllkanal unterbrochen wird, so fallen die Drücke im Bereich des Füllkanales 3.1 und des Auslaßkanales 3.2 schlagartig auf einen minimalen Wert ab. Sie reichen nicht mehr aus, um die Feder 5.0 zu komprimieren und den Stator in der Arbeitsposition zu halten. Durch die Druckfeder wird sodann der Stator 4.0 in die auf der unteren Bildhälfte dargestellten Ruheposition gebracht. Im Gegensatz zu Ausführungsformen, bei denen beispielsweise durch Einschieben von Blechwangen die Leerlaufverluste minimiert werden, erfolgt dies vorliegend selbsttätig, d. h. zusätliche Hebelvorrichtungen, die einen großen Fertigungsaufwand und eine separate Steuermechanik bedingen, werden nicht benötigt.

In der vorliegenden Ausführungsform wird die Drehmomentabstützung durch die Schraube 6.0 übernommen. Hierin ist jedoch keine Beschränkung zu sehen. Selbstverständlich sind für den Fachmann auch andere Maßnahmen denkbar, wie z. B. Nocken am Außendurchmesser, Paßfedern oder eine Verzahnung.

Wie oben dargestellt liegt der besondere Vorteil der dargestellten Lösung gemäß Fig. 1 darin, daß keine externen Maßnahmen zur axialen Verschiebung des Stators 4.0 notwendig sind, sondern daß hierfür auf die im System bereits zur Verfügung gestellten Drücke zurückgegriffen werden kann und der Retarder selbsttätig im Nicht-Bremsbetrieb in seine Ruheposition gelangt.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Gleiche Bauteile wie in Fig. 1 werden mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Wiederum ist ein hydrodynamischer Retarder, bestehend aus einem Rotorgehäuse 1.0 mit einem Rotor 2.0 sowie einem Statorgehäuse 3.0 mit einem Stator 4.0 dargestellt. Füllkanal 3.1 und Auslaßkanal 3.2 sind wiederum derart angeordnet, daß sie auf die Statorrückseite wirken. Zusätzlich zu der in Fig. 1 erläuterten Ausführungsform weist das Gehäuse einen weiteren Druckraum 3.3 auf, der wiederum auf die Statorrückseite wirkt. Die Abdichtung der Druckräume wird durch die Kolbenabdichtungen 4.1, 4.2 und 4.3 sichergestellt. Wie in Fig. 1, ist als Rückstelleinrichtung eine Druckfeder 5.0 mit Spannschraube 6.0 dargestellt. Die Funktion des Systems ist der von Fig. 1 ähnlich. Der wesentliche Unterschied liegt darin, daß aufgrund des zusätzlichen Druckraumes 3.3 der Stator zusätzlich extern mit Druck beaufschlagt werden kann. Hierbei kann dem Druckraum 3.3 entweder ein Fluid oder Gas zugeführt werden. Dadurch, daß der Druckraum 3.3 unabhängig vom Arbeitsfluid des Retarders befüllt werden kann, ist es möglich, den Stator 4.0 bereits vor Entstehen eines Fülldruckes in Kanal 3.1 gegen die Federkraft 5.0 in Richtung des Rotors 2.0 und damit in die Arbeitsposition axial zu verschieben. Hierdurch kann die Einschaltzeit des Retarders entscheidend verringert werden. Die selbsttätige axiale Verschiebung des Retarders in die in Fig. 2 in der unteren Bildhälfte dargestellte Ruheposition erfolgt analog zu Fig. 1 mittels der Rückstellkraft der Druckfeder 5.0.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wobei wiederum gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet werden.

Im Gegensatz zu den Fig. 1 und 2 weist der vorliegende Retarder keine Stator-, sondern eine Rotorbefüllung auf. Infolge dessen ist der Füllkanal 3.1 zwischen dem Rotorgehäuse 1.0 und dem Rotor 2.0 angeordnet. Der Rotor weist eine Abdichtung 1.1 und 1.2 zum Füllkanal 3.1 hin auf. Durch die Verlegung des Füllkanales in dem Bereich zwischen Rotor und Rotorgehäuse, sind zur Abdichtung der Druckräume 3.2 und 3.3 auf der Statorrückseite nunmehr zwei Abdichtungen 4.1 und 4.2 notwendig. Wiederum ist der Druckraum 3.2 Teil des Auslaßkanales, und der Druckraum 3.3 ein weiterer Druckraum, der unabhängig vom Arbeitsmedium des Retarders befüllt werden kann. Aufgrund der vergrößerten Wirkfläche des Druckraumes 3.3 kann entweder der extern aufgebrachte Druck zur axialen Verschiebung des Stators herabgesetzt werden, zum anderen ist es möglich, den Retarder kürzer auszubilden, d. h. Bauraum zu sparen. Die Rückstelleinrichtung in Form einer gegen den Stator wirkenden Feder ist analog zu den Fig. 1 und 2 ausgeführt. Betreffend die Funktionsweise des in Fig. 3 dargestellten Retarders wird auf die zuvor gemachten Ausführungen zu den Fig. 1 und 2 verwiesen. Die Betätigung erfolgt analog.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist in Fig. 4 dargestellt. Wiederum sind gleiche Bauteile mit identischen Bezugszeichen bezeichnet.

Als zusätzliches Mittel zum axialen Verschieben des Stators im Statorgehäuse 3.0 umfaßt die Ausführungsform gemäß Fig. 4 einen Zylinder 7.0, der sich an dem Abschlußdeckel des Statorgehäuses 3.0 anschließt. Der Zylinder 7.0 weist einen Kolben 7.2, der auf eine Kolbenstange 7.1 wirkt die wiederum mit der Rückseite des Statorgehäuses verbunden ist, auf und ist in einem separaten Gehäuse 7.3 untergebracht. Die Druckfeder 5.0 umgibt die Kolbenstange 7.1 und wirkt einerseits auf den Kolben 7.2 wie auch auf die Rückwand des Statorgehäuses 3.0. Im Ruhezustand befindet sich der Retarder in dem in der unteren Bildhälfte gezeigten Zustand, d. h. der Stator ist in eine Position verfahren, bei der der Abstand zwischen Rotor und Stator maximal ist. Wie schon in dem vorangegangenen Beispiel, wird der Stator entlang der Schraube 6.0, die das Statorgehäuse mit dem Rotorgehäuse verbindet, geführt. Bei Druckbeaufschlagung des Kolbens 7.2 wird der gegen die Kraft der Feder 5.0 in Richtung auf den Rotor verschoben, so daß der Stator in Richtung des Rotors bewegt wird und der Abstand 12.0 des Betriebszustandes eingestellt wird. Wie schon in den Fig. 1 und 2 weist das Statorgehäuse den Füllkanal 3.1 wie auch den Auslaßkanal 3.2 auf. Analog zu Fig. 3, ist eine Befüllung des Zylinders 7.0 sowohl mit einer hydraulischen Flüssigkeit wie auch mit einem Gas möglich. Letzteres erlaubt eine pneumatische Betätigung. Der Zylinder 7.0 kann als Stellzylinder ausgebildet und durch gesteuerte bzw. geregelte Befüllung der Abstand 12.0 stufenlos eingestellt werden.

Hierzu umfaßt der Stellzylinder eine Zufuhr- und eine Abfuhrleitung 200, 202 zum Zu- bzw. Abführen des Arbeitsmediums für den Zylinder. Sowohl in der Zufuhrleitung 200 wie auch in der Abfuhrleitung 202 sind in vorliegender Ausführungsform Stellventile 204, 206 angeordnet, die wiederum über Steuerleitungen 206, 208 mit der Steuer-/Regeleinheit 100 verbunden sind. Wenn der Steuer-/Regeleinheit über Leitung 212 ein Steuer/Regelsignal zugeführt wird, werden die Ventile 204, 206 entsprechend angesteuert, um den Spaltabstand zwischen Stator und Rotor einzustellen. Als Steuer-/Re gelsignal kommt beispielsweise ein Signal in Betracht, das die Stellung des Handhebelschalters zur Retarderbedienung wiedergibt; beispielsweise die vom Fahrer eingestellte Bremsstufe (siehe hierzu beispielsweise DE 43 41 213 A1, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in diese Schrift mit eingezogen wird). Möglich wäre auch eine ständig sich ändernde Stellgröße vorzugeben, beispielsweise den Retarder so einzustellen, daß bei Bergabfahrt immer ein solches Bremsmoment abgegeben wird, daß eine konstante Geschwindigkeit eingehalten wird, sog. V-konst-Funktion (siehe hierzu beispielsweise: bus-magazin, Heft 8, August 1993, Seiten 36-39, Artikel: "Mehr Sicherheit und fahrgastfreundlich", dessen Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die Anmeldung mit eingeschlossen wird).

Die Ausführungsform gemäß Fig. 5 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 4 insbesondere dadurch, daß an die Stelle des hydraulisch bzw. pneumatisch betriebenen Zylinders 7.0 ein elektromotorischer Stellmotor 8.0 tritt. Dieses System bietet den Vorteil, daß mit Hilfe des Stellmotors auf sehr einfache Art und Weise der Laufradspalt stufenlos reguliert werden kann. Dies geschieht dadurch, daß zusätzlich zur in den Druckräumen 3.1 und 3.2 aufgebrachten Druckkraft mit Hilfe des Stellmotors auf die Statorrückseite eine zusätzlich zur Aufrechterhaltung eines gewissen Spaltabstandes 12.0 notwendige Kraft aufgebracht wird bzw. mit Hilfe des Stellmotors diese vermindert und damit der Spalt zwischen Rotor und Stator vergrößert wird. Dies kann so weit gehen, daß mit Hilfe des Stellmotors der maximale Abstand 12.1 zwischen Stator und Rotor eingestellt wird, also der Leerlaufabstand. Beliebige Zwischenstellungen sind möglich. Wie aus Fig. 6 deutlich wird, kann mit Hilfe einer Änderung des Abstandes zwischen Rotor und Stator die Leistungszahl λ (Definition siehe beispielsweise Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, Seiten R49 ff) variiert werden. Dies ermöglicht, wie bei Fig. 5 beschrieben, eine Momentenregelung im Bremsbetrieb mit Hilfe des Stellmotors, alleine dadurch, daß der Abstand zwischen Rotor und Stator gesteuert bzw. geregelt wird. In einer solchen Ausführungsform ist der Stellmotor wie in Fig. 5 über Leitung 102 mit einer Steuer-/Regeleinheit 100 verbunden, die die ECU des Fahrzeuges sein kann. Aufgrund der vorgegebenen Bremsmomentenwerte der Steuer-/Regeleinheit wird von der Steuer-/Regeleinheit dann mit Hilfe des Stellmotors der entsprechende Abstand zwischen Rotor und Stator und damit das gewünschte Bremsmoment im Bremsbetrieb eingestellt.

In Fig. 6 ist der Verlauf des Leistungsverhältnisses λ/λn normiert auf das Leistungsverhältnis λn, das bei dem Laufspaltabstand sn im Bremsbetrieb auftritt bzw. der Verlauf der Retarderleistung P über dem normierten Laufspaltabstand s/sn aufgetragen. Wie hieraus zu entnehmen ist, nimmt λ/λn bzw. die Retarderleistung mit zunehmendem Laufspaltabstand s ab, d. h. das Bremsmoment wird durch den größer werdenden Laufspalt verringert. Der Verlauf von P in Abhängigkeit von s ist eine Funktion der folgenden Art:

P = P_Rest + P(s),

wobei P_Rest die Restbremsleistung bezeichnet, die auch bei einem unendlichen Abstand von Stator und Rotor abgegeben würde.

Die Funktion P(s) ist eine stetig abfallende empirische Funktion, die durch Anpassung an Versuchsergebnisse ermittelt werden kann. Funktionen, die den empirisch ermittelten Zusammenhang beschreiben, sind beispielsweise vom Typ P(s) ∼ (s/sn)⁻^x mit x∈]0, ∞].

Diesen Verlauf von λ über s macht man sich bei der stufenlosen Einstellung des Bremsmomentes mittels der axialen Verschiebung des Stators gegenüber dem Rotor zunutze.

Obwohl alle obengenannten Beispiele einen axial verschiebbaren Stator gezeigt haben, ist es für den Fachmann offensichtlich, daß das der Erfindung zugrundeliegende Problem auf dieselbe Art und Weise gelöst wird, wenn der Stator feststeht und der Rotor in analoger Weise zum Stator der vorgenannten Ausführungsbeispiele axial verschiebbar ausgebildet ist. In einer dritten Variante können sowohl Stator wie auch Rotor axial verschiebbar ausgelegt sein.

Mit der vorliegenden Erfindung wird somit erstmals ein Verfahren und eine Regeleinrichtung zur Verfügung gestellt, die es erlauben, die Leerlaufverluste auf ein minimales Maß zu reduzieren und darüber hinaus eine stufenlose Einstellung des Bremsmomentes ermöglichen.

Claims

1. Verfahren zur Einstellung eines vorgegebenen Bremsmomentes eines hydrodynamischen Retarders, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgegebene Bremsmoment dadurch eingestellt wird, daß der Spalt zwischen Rotor und Stator durch axiale Verschiebung des Stators gegenüber dem Rotor und/oder des Rotors gegenüber dem Stator entsprechend eingestellt wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hydrodynamische Retarder Mittel zur axialen Verschiebung des Stators gegenüber dem Rotor und/oder des Rotors gegenüber dem Stator aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt zwischen Rotor und Stator derart eingestellt wird, daß die entstehende Wärmemenge im Leerlaufbetrieb aufgrund des Restbremsmomentes ohne zusätzliche Kühlung abgeführt werden kann.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur axialen Verschiebung mindestens eine auf der Statorrückseite angeordnete Druckkammer umfassen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Spaltes zwischen Rotor und Stator im Bremsbetrieb mindestens eine der Druckkammern befüllt wird, so daß der Stator mit einem entsprechenden Druck beaufschlagt und in seiner axialen Lage in Richtung des feststehenden Rotors verschoben wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des vorbestimmten minimalen Restbremsmomentes im Leerlauf mindestens eine der Druckkammern entleert wird, so daß der Stator in seiner axialen Lage in Richtung vom feststehenden Rotor weg verschoben wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur axialen Verschiebung des Stators und/oder Rotors Mittel zum Rückführen des Stators und/oder Rotors in eine Leerlaufposition umfassen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund der Rückstellkraft der Mittel zum Rückführen bei Entleeren der mindestens einen Druckkammer der Stator und/oder Rotor selbsttätig in seine Leerlaufposition gebracht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Verschieben des Stators und/oder Rotors einen Stellzylinder umfassen, mit dem der Spalt zwischen Stator und Rotor stufenlos einstellbar ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum axialen Verschieben einen Stellmotor umfassen, mit dem der Spalt zwischen Stator und Rotor stufenlos einstellbar ist.

11. Vorrichtung zur Einstellung eines vorgegebenen Bremsmomentes eines hydrodynamischen Retarders umfassend

11.1 Mittel zur Vorgabe eines einzustellenden Bremsmomentes;
11.2 mindestens eine Steuer-/Regeleinrichtung,
11.3 Mittel zur Einstellung des Spaltes zwischen Stator und Rotor die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß
11.4 die Steuereinrichtung die Mittel zur Einstellung des Bremsmomentes derart ansteuert, daß ein vorgegebenes Bremsmoment des Retarders durch axiales Verschieben des Stators und/oder Rotors eingestellt wird.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Einstellung des Bremsmomentes mindestens eine Druckkammer, die an der Rückseite des Stators und/oder Rotors angeordnet ist, umfassen.

13. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Einstellung des Bremsmomentes eine Rückholvorrichtung in eine Leerlaufposition umfassen.

14. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Einstellung des Bremsmomentes einen Stellzylinder umfassen.

15. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Einstellung einen Stellmotor umfassen.