DE3105004A1

DE3105004A1 - Antriebsaggregat mit einer antriebsmaschine und einer hydrodynamischen bremse

Info

Publication number: DE3105004A1
Application number: DE19813105004
Authority: DE
Inventors: Klaus Brosius
Original assignee: Voith Getriebe KG
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1981-02-12
Filing date: 1981-02-12
Publication date: 1982-09-16
Also published as: FR2499649A1; DE3105004C2; FR2499649B1

Description

G 3835 Voith Getriebe KG

Kennwort: "Motorretarder" Heidenheim

Antriebsaggregat mit einer Antriebsmaschine und einer hydrodynamischen Bremse.

Die Erfindung betrifft ein Antriebsaggregat nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. In bekannten Antriebsaggregaten dieser Art (DE-OS 14 OO 427) sind die beiden Arbeitskreisläufe der hydrodynamischen Bremse symmetrisch zueinander ausgebildet; d.h. es sind zwei Rotorschaufelkränze und zwei Statorschaufelkränze vorhanden. Die beiden Strömungskreisläufe werden stets gemeinsam gefüllt und entleert mittels einer einzigen, beiden Kreisläufen zugeordneten Steuereinrichtung. Es ist bekannt, daß das von einer solchen Bremse erzeugte Bremsmoment bei gegen Null gehender Rotordrehzahl parabolisch abfällt. Die hydrodynamische Bremse kann somit die abzubremsende Welle nicht zum Stillstand bringen.

Diesen Nachteil kann man dadurch beseitigen, daß die hydrodynamische Bremse mit einer Reibungsbremse zusammenarbeitet, deren Bremsmoment mittels einer Regeleinrichtung auf eine solche Höhe eingestellt wird, daß das von beiden Bremsen gemeinsam erzeugte Bremsmoment gleich dem jeweils gewünschten Bremsmoment ist. Siehe z.B. DE-AS 28 24 923. Hierbei übernimmt die hydrodynamische Bremse stets den jeweils höchstmöglichen Anteil am gesamten Bremsmoment. Zwar wird hierdurch der Verschleiß an der Reibungsbremse vermindert. Jedoch sind dem Grenzen gesetzt. Bei häufigem Bremsen im unteren Drehzahlbereich erleidet die Reibungsbremse immer noch einen beträchtlichen Verschleiß.

In Antriebsaggregaten mit Gangschaltgetrieben (DE-AS 26 52 651) ist es bekannt, eine hydrodynamische Bremse auf der Eingangsseite des Schaltgetriebes anzuordnen. Hierbei kann während des hydrodynamischen Bremsens durch Umschalten auf einen niedrigeren Gang die Drehzahl des Rotorschaufelrades relativ zur Drehzahl der abzubremsenden Welle erhöht werden. Somit wird zwar die hydrodynamische Bremse im unteren Abtriebsdrehzahl-Bereich besser ausgenützt. Jedoch muß auch hier das Abbremsen bis zum Stillstand mittels einer Reibungsbremse erfolgen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebene Antriebsaggregat dahingehend weiterzubilden, daß bis zum Stillstand hydrodynamisch gebremst werden kann.

Diese Aufgabe ist in Antriebsäggregaten anderer Gattung schon gelöst worden. Dies sind z.B. sogenannte Turbowendegetriebe, die für jede Fahrtrichtung einen hydrodynamischen Drehmomentwandler

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aufweisen und in denen mit dem Wandler der Gegenfahrtrichtung gebremst werden kann (DE-AS 15 80 952). Ein anderes Beispiel ist ein Fahrzeuggetriebe mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler und mit einem unter Last schaltbaren mechanischen Wendegetriebe (DE-PS 25 18 186). Dort kann mit Hilfe des Drehmomentwandlers durch Umschalten des Wendegetriebes hydrodynamisch bis zum Stillstand gebremst werden.

Gemäß der Erfindung ist jedoch eine ganz andere Lösung vorgesehen. Es wird nunmehr von der symmetrischen Bauweise der bekannten, zwei Strömungskreisläufe aufweisenden hydrodynamischen Bremse grundlegend abgewichen: Während der eine Strömungskreislauf wie bisher einen Rotor- und einen Statorschaufelkranz aufweist, hat der andere Strömungskreislauf anstelle eines Statorschaufelkranzes einen mit der Antriebsmaschine verbundenen und ständig mit negativer Drehrichtung rotierenden Schaufelkranz. Man kann auch sagen: Der zweite Strömungskreislauf ist nunmehr eine hydrodynamische Kupplung mit gegenläufig rotierenden Schaufelkränzen. Für sich allein ist eine solche Kupplung aus dem Fachbuch "Föttinger-Kupplungen und Föttinger-Getriebe",Springer-Verl.

1963 von Kickbusch bekannt. Daher weiß man auch, daß das durch eine solche Kupplung übertragbare Moment mit zunehmendem negativen Drehzahlverhältnis, jedenfalls oberhalb des Wertes -1, ansteigt. Der Erfinder hat jedoch erkannt, daß eine solche hydrodynamische Kupplung in sehr günstiger Weise eine Ergänzung darstellen kann zu einer herkömmlichen hydrodynamischen Bremse, und zwar insbesondere in demjenigen Bereich, in welchem das Bremsmonent der Bremse (d.h. des ersten Strömungskreislaufs) mit gegen Null gehender Abtriebsdrehzahl parabolisch abfällt. Dank der erfindungsgemäßen Anordnung nimmt nämlich gleichzeitig das negative Drehzahlverhältnis in der hydrodynamischen Kupplung zu und somit auch das von ihr erzeugte Bremsmoment.

Im einfachsten Fall werden beide Strömungskreisläufe stets gemeinsam gefüllt. Dabei wird der überwiegende Anteil des Bremsmoments im oberen Abtriebsdrehzahlbereich vom ersten Strömungskreislauf erzeugt und im unteren Abtriebsdrehzahlbereich vom zweiten Strömungskreislauf. Mit anderen Worten: Die mit kleinerwerdender Rotordrehzahl einhergehende Abnahme des Bremsmoments des ersten Strömungskreislaufs wird zumindest weitgehend kompensiert durch das gleichzeitig zunehmende Bremsmoment des zweiten Strömungskreislaufs.

Dadurch, daß einer der beiden Schaufelkränze des zweiten Strömungskreislaufes mit der Antriebsmaschine verbunden ist, muß diese Leistung an die Bremse abgeben, solange der zweite Strömungskreislauf eingeschaltet ist. Im allgemeinen wird man versuchen, diese Leistungsabgabe auf das unbedingt notwendige Maß zu beschränken. Deshalb wird man - abweichend von dem zuvor beschriebenen Fall - im Bereich hoher Abtriebsdrehzahlen zunächst nur den ersten Strömungskreislauf einschalten. Für das Zuschalten des zweiten Strömungskreislaufes gibt es zwei Möglichkeiten:

a) Das Zuschalten erfolgt erst dann, wenn die Abtriebsdrehzahl so weit abgesunken ist, daß der Füllungsgrad des ersten Strömungskreislaufes den Wert 100 % erreicht (Vollfüllparabel) .

b) Das Zuschalten des zweiten Strömungskreislaufes erfolgt immer dann, wenn das jeweils geforderte Bremsmoment höher ist als das Bremsmoment, das durch den ersten Strömungskreislauf erzeugt werden kann. Mit anderen Worten: Das Zuschalten des zweiten Strömungskreislaufes erfolgt nicht nur dann, wenn der erste Strömungskreislauf die Vollfüllparabel erreicht, sondern bei Bedarf auch im Teilfüllungs-

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bereich, wenn ein besonders hohes Bremsmoment gefordert wird.

In beiden Fällen werden zweckmäßig die im Anspruch 2 angegebenen Maßnahmen getroffen. In dem Fall a) wird zusätzlich die im Anspruch 3 angegebene Steuereinrichtung vorgesehen. Die im Anspruch 4 angegebene Regeleinrichtung kann im einzelnen ähnlich der Regeleinrichtung gemäß DE-AS 28 24 923 ausgebildet werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 5 bis 9 angegeben.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschreiben. Diese zeigt schematisch ein Antriebsaggregat mit einer hydrodynamischen Bremse und mit den dazu gehörenden Steuereinrichtungen.

Eine Antriebsmaschine 10 treibt über einen hydrodynamischen Drehmomentwandler 11 mit Überbrückungskupplung 12 und über ein insgesamt mit 13 bezeichnetes Schaltgetriebe eine Abtriebswelle 14 an. Das Schaltgetriebe 13 hat einen Vorwärts-Planetensatz V, einen Rückwärts-Planetensatz R und einen weiteren Planetensatz Z mit einer Schaltbremse 16. Auf der Abtriebswelle 14 ist eine insgesamt mit 20 bezeichnete hydrodynamische Bremse angeordnet. Nachfolgend werden die wesentlichen Teile dieser Bremse genannt:

a) Ein erster torusförmiger Strömungskreislauf ist gebildet aus einem Rotorschaufelkranz 21, der mit der Abtriebswelle 14 verbunden ist, und aus einem Statorschaufelkranz 22, der ein Bestandteil des Bremsengehäuses 25 ist;

b) ein zweiter torusförmiger Strömungskreislauf ist von zwei Rotorschaufelkränzen 23 und 24 gebildet, von denen der eine (23) ebenfalls mit der Abtriebswelle 14 verbunden ist und

von denen der andere (24) auf einer zur Antriebswelle 14 konzentrischen Hohlwelle 15 ruht.

Vom Gehäuse 25 aus ragt eine Trennwand 25a zwischen die beiden Rücken an Rücken zueinander angeordneten Rotorschaufelkränze 21 und 23. Hierdurch wird eine hydraulische Trennung der beiden Strömungskreisläufe herbeigeführt. Jeder der beiden Strömungskreisläufe hat separate Einrichtungen zum Ein- und Ausschalten und zum Einstellen des Füllungsgrades. Hierzu gehören je ein Einlaßventil 26 bzw. 27 mit einer gemeinsamen Füllpumpe 32; ferner je ein Auslaß-Überströmventil 28 bzw. 29 und ein Regelventil 30 bzw. 31. Die Funktion der vorgenannten Ventile 28 bis 31 ist beschreiben in der DE-OS 28 55 654. Deshalb werden nachfolgend nur noch einige wesentliche Steuerungselernente genannt: Bremspedal 3 3 mit elektrischem Schaltkontakt 34 und Drucksteuerventil 35 _f Steuerdruckpumpe 36 und Steuerdruck-Schaltventil 37. Bei jedem Niederdrücken des Bremspedals 33 wird der Kontakt 34 geschlossen und hierdurch das Ventil 37 umgesteuert, wodurch Druck in das Steuerdruck-Leitungssystem 38, 39, 40, 41 gelangt. Hierdurch wird folgendes bewirkt: Im Schaltgetriebe 13 wird die Schaltbremse 16 gelöst, wodurch der Kraftfluß vom Motor 10 zur Abtriebswelle 14 unterbrochen ist. Außerdem wird das Einlaßventil 26 umgesteuert und hierdurch der erste Strömungskreislauf 21, 22 gefüllt. Über die Leitungen 42 und 43 gelangt der Steuerdruck in die Überströmventile 28 und 29 und hält diese zunächst geschlossen.

Das Druckregelventil 35 gibt einen variablen Druck in das Sollwert-Leitungsnetz 44,. 45, 46, 47. Dieser variable Druck wirkt auf die Regelventile 30 und 31 in Richtung "Schließen". An der Bremse 20 werden Meßdrücke abgegriffen und über die

Meßleitungen 48 und 49 den Regelventilen 30 und 31 zugeführt. Die Höhe dieser Meßdrücke entspricht wenigstens angenähert dem in den Strömungskreisläufen·21, 22 bzw. 23, 24 erzeugten Bremsmomenten und wirkt an den Regelventilen 30 bzw. 31 in Richtung "Öffnen". Die Regelventile 30 und 31 sind über je eine Steuerleitung 50 bzw. 51 mit den Überströmventilen 28 und 29 verbunden und bewirken eine geregelte Verminderung des über die Leitungen 42 und 43 zugeführten Steuerdruckes und hierdurch ein geregeltes öffnen der Überströmventile 28 und 29.

Letzteres gilt zunächst nur für das dem ersten Strömungskreislauf 21, 22 zugeordnete Überströmventil 28. Denn der zweite Strömungskreislauf 23, 24 wird erst dann gefüllt, wenn der erste Strömungskreislauf 21, 22 das augenblicklich geforderte Bremsmoment nicht mehr allein erzeugen kann. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Drehzahl der Abtriebswelle 14 soweit abgenommen hat, daß der Füllungsgrad des ersten Strömungskreislaufs 21, 22 den Wert 100 % angenommen hat, also wenn die Vollfüllparabel erreicht worden ist.

Zum Feststellen dieses Zustands dient ein Hilfssteuerventil 52. Dieses hat zwei Stellungen, nämlich die in der Zeichnung dargestellte Ruhestellung und die entgegengesetzte Arbeitsstellung. An der Abtriebswelle 14 ist eine mit dieser umlaufende Schöpfrohrkammer 53 angeordnet, in der si.ch ein rotierender Flüssigkeitsring befindet. In diesen taucht ein feststehendes Schöpfrohr 54 ein, an das eine Meßleitung 55 angeschlossen ist. Der sich in dieser Leitung 55 aufbauende Druck steigt quadratisch mit der Drehzahl der Abtriebswelle 14. Dieser Druck wirkt auf das Ventil 52 derart, daß es in der Ruhestellung verbleibt.

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Im umgekehrten Sinne wirkt auf das Ventil 52 der über die Leitung 47 zugeführte Sollwert-Druck. Wenn der Strömungskreislauf 21,22 die Vollfüllparabel erreicht, dann ist der Druck in der Leitung 55 so weit abgesunken, daß der Druck in der Leitung 47 überwiegt und das Ventil 52 in seine Arbeitsstellung umsteuert. Hierdurck geschieht folgendes:

Aus der Leitung 38 gelant der Schaltdruck in die Leitungen 56 und 57. Dadurch wird das Einlaßventil 27 des zweiten Strömungskreislaufes 23, 24 geöffnet und dieser somit gefüllt. Außerdem wird ein dem Gaspedal 58 zugeordnetes Motorstellgerät 59 in dem Sinne beaufschlagt, daß der Motor 10 eine über der Leerlaufleistung liegende Leistung abgibt. Er treibt hierbei über den Wandler 11 oder die Überbrückungskupplung 12 und über den Planetenträger des Rückwärts-Planetensatzes R das Schaufelrad 25 an. Dieses rotiert somit entgegengesetzt dem Schaufelrad 23.

Zusätzlich kann dem Motorstellgerät 59 aus der Leitung 55 über die Leitung 60 der drehzahlabhängige Druck zugeführt werden. Hierdurck kann die Leistung des Motors 10 selbsttätig an die jeweilige Drehzahl der Abtriebswelle 14 angepaßt werden.

In der Zeichnung ist angenommen, daß die Sollwert-Drücke in den Leitungen 45, 46 und 47 unter sich stets gleich sind, d.h. im gleichen Maße von der Stellung des Bremspedals 33 abhängen. Es kann jedoch unter Umständen erforderlich sein, daß z.B. der Druck in der Leitung 47 nach einer anderen Funktion von der Bremspedal-Stellung abhängt als der Druck in den Leitungen 4 5 und 46. Dies kann mit Hilfe eines Signalwandlers erreicht werden, der noch in die Leitung 47 eingefügt werden müßte.

Solange der erste Strömungskreislauf 21, 22 auf der Vollfüllparabel arbeitet, ist der drehzahlabhängige Druck, der in den Leitungen 55 und 60 herrscht, zugleich ein Maß für das von dem ersten Strömungskreislauf 21, 22 noch abgegebene Bremsmoment.

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Deshalb läßt man diesen Druck über die Leitung 61 zusätzlich zu dem Meßdruck (Leitung 49) auf das Regelventil 31 einwirken, und zwar entgegengesetzt dem Sollwert-Druck (Leitung 45).

Hierdurch wird aus dem Sollwert-Druck und aus dem drehzahlabhängigen Druck eine Differenzkraft gebildet, die für den zweiten Strömungskreislauf 23, 24 den Sollwert bildet. Hierdurch wird erreicht, daß die Höhe des vom zweiten Strömungskreislauf 23, 24 erzeugten Bremsmomentes gleich der Differenz ist aus dem jeweils geforderten Bremsmoment (Sollwert, eingestellt mit Bremspedal 33) und aus dem vom ersten Strömungskreislauf 21, 22 tatsächlich erzeugten Bremsmoment (gemessen in Form des vom Schöpfrohr 54 erzeugten drehzahlabhängigen Druckes).

Dem Regelventil 31 könnte man anstelle des vorgenannten

drehzahlabhängigen Druckes (Leitung 61) auch den am ersten

Strömungskreislauf 21, 22 abgegeriffenen Meßdruck (Leitung 48) zuführen.

Es versteht sich, daß die Schaufeln der Schaufelräder 21, 22 23, 24 alle in bekannter Weise schräggestellt sind, so daß in der bevorzugten Drehrichtung der Abtriebswelle 14 (im vorliegenden Falle der Vorwärts-Drehrichtung) das höchstmögliche Bremsmoment erzeugt wird. Bei Bedarf muß für die umgekehrte Drehrichtung ein zusätzlicher Brems-Strömungskreislauf mit entsprechend schräggestellten Schaufeln vorgesehen werden. Dieser ist in der Zeichnung nicht dargestellt. Die hydrodynamische Bremse 20 wird man in der Regel noch mit einer bekannten Einrichtung zur Verminderung der Ventilations-Verluste ausrüsten, die wirksam wird, wenn die Bremse 20 ausgeschaltet, also nur mit Luft gefüllt ist (in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellt).

10.02.81
Sh/s s

Claims

G 3835 Voith Getriebe KG

Kennwort: "Motorretarder" Heidenheim

Patentansprüche

1J Antriebsaggregat mit einer Antriebsmaschine (10) und mit einer hydrodynamischen Bremse (20), welche die folgenden Merkmale aufweist:

a) ein erster torusförmiger Strömungskreislauf ist gebildet aus einem Rotorschaufelkranz (21) , der mit einer Abtriebswelle (14) verbunden ist, und aus einem Statorschaufelkranz (22);

b) ein zweiter torusförmiger Strömungskreislauf ist von zwei Schaufelkränzen (23, 24) gebildet, von denen einer (23) ebenfalls mit der Abtriebswelle (14) verbunden ist?

c) zwischen der Antriebsmaschine (10) und der Abtriebswelle (14) ist eine Einrichtung (16) zur Kraftflußunterbrechung angeordnet, die beim Einschalten der hydrodynamischen Bremse wirksam wird

dadurch gekennzeichnet,

d) daß der andere Schaufelkranz (24) des zweiten Strömungskrei-slaufes derart mit der Antriebsmaschine (10) verbunden ist, daß er entgegengesetzt zu dem mit der Abtriebswelle (14) verbundenen Schaufelkranz (23) umläuft.
2. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

a) die beiden Strömungskreisläufe (21,22 bzw. 23,24) sind hydraulisch voneinander getrennt;

b) jeder der beiden Strömungskreisläufe hat eine ihm eigene Füllungsgrad-Regeleinrichtung (28,30 bzw. 29,31);

c) die Füllungsgrad-Regeleinrichtung (28,30) des ersten Strömungskreislaufs dient in an sich bekannter Weise zum Konstanthalten des erzeugten Bremsmoments in dem sogenannten Teilfüllungsbereich, wobei durch Vergleich eines einstellbaren Sollwertes mit einem Meßwert eine Stellgröße gebildet wird,-

d) die Füllungsgrad-Regeleinrichtung (29,31) des zweiten Strömungskreislaufs ist derart gestaltet, daß eine Führungsgröße gebildet wird als Differenz aus dem einstellbaren Sollwert (Leitung 45) und aus einem ersten Meßwert (Leitung 6I)₇ der das vom ersten Strömungskreislauf (21,22) erzeugte Bremsmoment repräsentiert, und daß durch Vergleich dieser Führungsgröße mit einem zweiten Meßwert (Leitung 49), der das vom zweiten Strömungskreislauf (23,24) erzeugte Bremsmoment repräsentiert, eine Stellgröße gebildet wird (Leitung 51).
3. Antriebsaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (52) den zweiten Strömungskreislauf (23,24) entleert hält, solange der erste Strömungskreislauf (21,22) in dem genannten Teilfüllungs-Bereich arbeitet.
4. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine übergeordnete gemeinsame Regeleinrichtung, die das von den beiden Strömungskreisläufen gemeinsam erzeugte Gesamt-Bremsmoment auf den jeweils geforderten Sollwert einregelt.
5. Antriebsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Steuereinrichtung (52) gleichzeitig mit dem Einschalten des zweiten Strömungskreislaufes (23,24) ein Signal gebildet wird, das ein Einstellen der Leistung der Antriebsmaschine (10) auf einen Mindestwert auslöst, der oberhalb der Leerlaufleistung liegt.
6. Antriebsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Leistungsstellgerät der Antriebsmaschine (10) eine vom Bremsmoment des ersten Strömungskreislaufs (21,22) abhängende Stellgröße zugeführt wird (Leitung 60).
7. Antriebsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

in dem die Kraftübertragung von der Antriebsmaschine (10) auf die Abtriebswelle (14) mittels eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers (11) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schaufelkranz (24) des zweiten Strömungskreislaufes mit dem Ausgang des Drehmomentwandlers (11) in Triebverbindung steht.
8. Antriebsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, deren beide Strömungskreislaufe nur in der einen Drehrichtung der Abtriebswelle (14) voll wirksam sind, gekennzeichnet durch einen dritten Strömungskreislauf mit Rotor- und Statorschaufelrad, deren Beschaufelung für die andere Drehrichtung ausgelegt ist.
9. Antriebsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin zwischen der Antriebsmaschine (10) und der Abtriebswelle (14) ein Planetenschaltgetriebe (13) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der Kraftflußunterbrechung das Planetenschaltgetriebe (13) auf Leerlauf geschaltet wird.
10.02. 81
Sh/s s