DE202019005478U1

DE202019005478U1 - Bremsanlage für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE202019005478U1
Application number: DE202019005478.2U
Authority: DE
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2019-09-11
Filing date: 2019-09-11
Publication date: 2020-10-01
Anticipated expiration: 2029-09-12

Abstract

Bremsanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug,- mit einem Arbeitsmediumkreislauf (20), und- mit einem hydrodynamischen Retarder (1), umfassend einen beschaufelten Rotor (3) und einen beschaufelten Stator (4), die miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum (5) ausbilden, der über einen Einlass (6) mit Arbeitsmedium aus dem Arbeitsmediumkreislauf (20) befüllbar ist, welches über einen Auslass (7) wieder zurück in den externen Arbeitsmediumkreislauf (20) leitbar ist,- mit einem Vorratsraum (8) zur Aufnahme von momentan nicht im Arbeitsraum (5) befindlichen oder im externen Arbeitsmediumkreislauf (20) zirkulierenden Arbeitsmedium;- mit einem Befüllsystem (13, 14, 15) mittels dem der Arbeitsraum (5) mit einem definierten Arbeitsmediumvolumen befüllbar ist, um ein gewünschtes Bremsmoment einzustellen;- mit einem im Arbeitsmediumkreislauf (20) integrierten Kühlsystem (2, 18) dadurch gekennzeichnet, dassim Arbeitsmediumkreislauf (20) ein Fluidantrieb (16) angeordnet ist, der mittels des Arbeitsmediums antreibbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem hydrodynamischen Retarder, wie er als Dauerbremse in Kraftfahrzeugen, beispielsweise Bussen, Lastkraftwagen oder Schienenfahrzeugen eingesetzt wird, und einem Kühlsystem, im Einzelnen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Kraftfahrzeuge, insbesondere Nutzfahrzeuge haben ein Kühlsystem um die Wärme des Verbrennungsmotors abzuführen. In dieses Kühlsystem ist in der Regel auch ein Retardersystem integriert, welches derart aufgebaut ist, dass die Abführung der Bremsenergie über den Fahrzeugkühler erfolgt. Das Kühlsystem umfasst einem Fahrzeugkühler (Wasser/Luft), eine Wasserpumpe und einen Lüfter. Mittels dieses Kühlkreislaufs kann die Retarderabwärme, die Bremsenergie, nun direkt oder indirekt abgeführt werden.
Beim Einsatz eines Wasserretarders, wie aus der DE10 2010 026 274 A1 bekannt, ist das Kühlwasser gleichzeitig das Arbeitsmedium des Retarders, die Abwärme wird also direkt über das Kühlwasser des Kühlsystems abgeführt.
Beim Einsatz eines Ölretarders ist ein Öl/Wasser-Kühler derart in den Kühlkreislauf geschaltet, dass die Retarderabwärme indirekt auf das Kühlwasser des Kühlsystems übertragen wird.
Neuere Nutzfahrzeugkonzepte werden mittels eines Antriebsstrangs angetrieben, der einen E-Motor und ein Batterie oder Brennstoffzelle zur Versorgung mit elektrischer Energie umfasst. Diese Systeme benötigen ein spezielles Kühlsystem, das nicht geeignet ist, die schubweise bei einer Bremsung anfallende Abwärme eines Retarders ohne weiteres abzuführen, wie dies bei Verbrennungsmotoren möglich ist.
Im Idealfall wird die benötigte Bremsleistung bei Nutzfahrzeugen mit E-Antriebsstrang über den Generatorbetrieb der E-Maschine zurück in den Akku gespeist. Fällt mehr Bremsenergie an, kann es vorkommen, dass die Bremsleistung zu groß für den Umrichter ist, bzw. die Bremsenergie nicht mehr in der Batterie gespeichert werden kann.
Für Dauerbremsungen, bei denen die Betriebsbremse zu heiß werden könnte oder der Verschleiß zu groß wäre, muss ein geeignetes Dauerbremssystem vorgesehen werden, z.B. ein Retarder. Nur mit einer zusätzlichen Dauerbremsanlage kann gewährleistet werden, dass in allen Betriebszuständen die Bremsenergie abgeführt werden kann. Bekannte Retardersysteme sind allerdings nicht direkt geeignet.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bremsanlage mit einem Retarder für ein Kraftfahrzeug vorzuschlagen, bei dem es keine Anschlussmöglichkeit an einen Fahrzeugkühlkreislauf gibt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführung finden sich in den Unteransprüchen.
Die vorgeschlagene Bremsanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfasst einen Arbeitsmediumkreislauf und einen hydrodynamischen Retarder, mit einem beschaufelten Rotor und einem beschaufelten Stator, die miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum ausbilden, der über einen Einlass mit Arbeitsmedium aus dem Arbeitsmediumkreislauf befüllbar ist, welches über einen Auslass wieder zurück in den externen Arbeitsmediumkreislauf leitbar ist. Weiterhin ist ein Vorratsraum zur Aufnahme von momentan nicht im Arbeitsraum befindlichen oder im externen Arbeitsmediumkreislauf zirkulierenden Arbeitsmedium und ein Befüllsystem mittels dem der Arbeitsraum mit einem definierten Arbeitsmediumvolumen befüllbar ist, um ein gewünschtes Bremsmoment einzustellen, vorgesehen. Ferner ist im Arbeitsmediumkreislauf ein Kühlsystem integriert.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, im Arbeitsmediumkreislauf ein Fluidantrieb angeordnet ist, der mittels des Arbeitsmediums antreibbar ist.
Dabei kann der Fluidantrieb eine Turbine, ein Axialkolbenmotor oder ein Außenzahnradmotor sein, der ein Lüfterrad antreibt. Im Bremsbetrieb des Retarders wird das Arbeitsmedium vom Retarder durch den Arbeitsmediumkreislauf gepumpt, so dass ein Volumenstrom entsteht. Ein Teil der Energie des Volumenstroms wird für den Antrieb des Lüfterrades genutzt.
In einer bevorzugten Ausführung umfasst der Arbeitsmediumkreislauf eine Bypassleitung, wobei in der Bypassleitung der Fluidantrieb angeordnet ist. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass nur ein Teilvolumenstrom des Arbeitsmediums durch den Fluidmotor geleitet wird.
Weiterhin kann der Arbeitsmediumkreislauf eine Drossel umfassen, wobei der Abgriff der Bypassleitung vor der Drossel und der Rückfluss in den Arbeitsmediumkreislauf hinter der Drossel erfolgen. Die Drossel erlaubt eine Regelung des Teilvolumenstroms der durch die Bypassleitung strömt.
In einer ersten Ausführung kann vorgesehen sein, dass das Kühlsystem einen Kühler umfasst und durch die Bypassleitung ein Teilvolumenstrom an dem Wärmetauscher vorbei geleitet wird. Der Fluidmotor in der Bypassleitung wird in dieser Ausführung von einem ungekühlten Teilarbeitsmediumstrom angetrieben.
In einer weiteren Ausführung kann vorgesehen sein, dass die Drossel, in Durchflussrichtung gesehen, im Arbeitsmediumkreislauf hinter dem Wärmetauscher integriert ist und mittels der Bypassleitung ein Teilvolumenstrom um die Drossel geleitet wird. Der Fluidmotor in der Bypassleitung wird in dieser Ausführung von einem gekühlten Teilarbeitsmediumstrom angetrieben.
Weiterhin ist eine Ausführung denkbar, bei der ein Teilvolumenstrom über die Bypassleitung durch einen Nebenwärmetauscher und anschließend durch den Fluidmotor geleitet wird. Die Kühlung des Arbeitsmediums erfolgt hier in dem Nebenwärmetauscher.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass bei dieser Ausführung der Wärmetauscher und der Nebenwärmetauscher hintereinander angeordnet sind, so dass der Luftstrom des Lüfterrades erst durch den Wärmetauscher und dann durch den Nebenwärmetauscher geleitet wird.
Das Arbeitsmedium kann ein Öl oder Wasser mit oder ohne Zusatzmittel sein. Der Retarder ist mit dem Fahrzeugantriebsstrang gekoppelt, wobei eine Kupplung zwischen dem Fahrzeugantriebsstrang und dem Retarder angeordnet sein kann. Dabei kann es sinnvoll sein, einen zusätzlichen Druckspeicher im Bypass vorzusehen, um eine Überlastung der Kupplung durch den Fluidmotor zu vermeiden.
Anhand von Ausführungsbeispielen werden vorteilhafte Ausprägungen der Erfindung erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:

1 Bremssystem mit Retarder, Kühlsystem und inline Fluidmotor
2 Bremssystem mit Fluidmotor im Bypass
3 alternative Arbeitsmediumführung mit Fluidmotor im Bypass
4 Bypass mit Wärmetauscher
5 alternative Arbeitsmediumführung mit Fluidmotor und Wärmetauscher im Bypass

1, 2, 4 zeigt ein Bremssystem mit einem Retarder 1 und einen Arbeitsmediumkreislauf 20 in den ein Kühler 2, der als Öl/Luft- oder Wasser/Luft-Wärmetauscher ausgelegt ist, integriert ist. Der Retarder 1 unterscheidet sich nicht von einem Retarder mit Befüllsystem entsprechend dem StdT. Bei der Schaltung in den Bremsbetrieb wird das Arbeitsmedium aus dem Arbeitsmediumtank 8 über die Steigleitung 9 in den Arbeitsmediumkreislauf 20 gedrückt. Der entsprechende Druck, Druckluft 15, wird über die ECU 13 und das Proportionalventil 14 geregelt. Entsprechend dem Druck ändert sich der Befüllgrad im Arbeitsraum 5, der vom Rotor 3 und Stator 4 umschlossen wird, so dass die Bremsleistung des Retarders 1 regelbar ist. Die aus dem Arbeitsraum 5 verdrängte Luft kann über die Profilentlüftung 12 aus dem System entweichen, bzw. wieder in dieses zurückströmen.
Die Pumpwirkung des Retarders 1 bewirkt während des Bremsbetriebs, dass ein Arbeitsmediumstrom durch den Arbeitsmediumkreislauf mit dem Wärmetauscher 2 gepumpt wird.
Um die Kühlleistung des Wärmetauschers 2 zu erhöhen ist ein von dem Fluidmotor 16 angetriebenes Lüfterrad 21 vorgesehen. Als Fluidmotor 16 kann eine Turbine, Axialkolbenmotor oder Außenzahnradmotor vorgesehen sein, wobei der Fluidmotor 16 seine Antriebsenergie dem Arbeitsmedium entnimmt. Die Pumpleistung des Retarders 1 wird somit auch dafür genutzt den Fluidmotor mit dem gekoppelten Lüfterrad 21 anzutreiben, so dass die Kühlwirkung des Wärmetauschers 2 verbessert wird.
Das Arbeitsmedium kann Öl, Wasser oder ein anderes geeignetes Gemisch sein.
Nachfolgend werden verschiedene Möglichkeiten vorgeschlagen wie die Einbindung des Fluidmotors 16 für das Lüfterrad 21 in den Arbeitsmediumkreislauf 20 erfolgen kann.
1 ist eine Inline-Lösung dargestellt, bei der der Fluidmotor 16 einfach in den Arbeitsmediumkreislauf 20 eingebunden ist. Bei dieser Lösung wird der gesamte Volumenstrom für den Antrieb des Lüfterrades 21 genutzt. Diese Einbindung erfolgt vorzugsweise hinter dem Wärmetauscher 2. Alternativ kann der Fluidmotor 16 aber auch vor dem Wärmetauscher 2 oder an einer anderen Stelle in den Arbeitsmediumkreislauf 20 eingebunden sein.
Die nachfolgend dargestellten Lösungen 2 bis 5 haben gemeinsam, dass über einen Bypass 17a, b, c ein Teilvolumenstrom des Arbeitsmediums abgegriffen wird, der zum Antrieb des Fluidmotors 16 genutzt wird. Der Bypassabgriff für den Zulauf zum Fluidantrieb 16 des Lüfterrades 21 erfolgt bei allen Lösungen vor der Drossel 10. So wird ein einstellbarer Anteil des z.B. Ölstroms durch den Fluidmotor 16 des Lüfterrades 21 geleitet. Je größer der Füllgrad und damit der Druck im Retarder 1 sind, desto mehr Ölvolumen befindet sich im Arbeitsmediumkreislauf 20 und damit im Umlauf, so dass der Befüllgrad zwangsweise auch den Lüfterradantrieb regelt.
2 und 3 zeigen Alternativen für den Abgriff bzw. den Verlauf des Bypasses 17a und 17b. Der Abgriff des Ölvolumenstroms erfolgt entweder zwischen Auslasskanal 7 und Drossel 10 oder zwischen dem Ausgang des Wärmetauschers 2 und dem Einlasskanal 6.
Diese Ausführungsvarianten unterscheiden sich im Wesentlichen dadurch, ob das Arbeitsmedium den Wärmetauscher 2 durchströmt, bevor es durch den Fluidmotor 16 gepumpt wird, oder nicht, so dass der Fluidmotor 16 des Lüfterrades 21 entweder einer niedrigen oder hohen Temperaturbelastung ausgesetzt ist.
4 und 5 zeigen weitere Ausführungsformen, bei denen ein zusätzlicher Nebenwärmetauscher 18 vorgesehen ist. Der über die Bypassleitung 17c abgegriffene Ölstrom wir zunächst im Nebenwärmetauscher 18 vorgekühlt bevor dieser dem Fluidmotor 16 zugeführt wird. Die Rückführung in den Hauptölstrom 19 erfolgt anschließend entweder vor dem Wärmetauscher 2 oder wie in 5 dargestellt hinter dem Wärmetauscher 2 in den Arbeitsmediumkreislauf 20.
Vorzugsweise sind der Wärmetauscher 2 und der Nebenwärmetauscher 18 hintereinander angeordnet, so dass der Luftstrom des Lüfterrades 21 erst durch den Wärmetauscher 2 und dann durch den Nebenwärmetauscher 18 geleitet werden kann.
Nicht dargestellt, aber durchaus denkbar, ist eine Ausführung bei der eine Kupplung zwischen dem Fahrzeugantriebsstrang und dem Retarder 1 angeordnet ist, mittels der der Retarder 1 vom Fahrzeugantriebsstrang abkoppelbar ist.
Bezugszeichenliste

1: Retarder
2: Wärmetauscher
3: Rotor
4: Stator
5: Arbeitsraum
6: Einlasskanal
7: Auslasskanal
8: Arbeitsmediumtank
9: Steigleitung
10: Drossel
11: Rückschlagventil
12: Profilentlüftung
13: Steuerung
14: PropVentil
15: Druckluft
16: Fluidmotor
17a,b,c: Bypassleitung
18: Nebenwärmetauscher
19: Hauptvolumenstrom
20: Arbeitsmediumkreislauf
21: Lüfterrad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010026274 A1 [0003]

Claims

Bremsanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, - mit einem Arbeitsmediumkreislauf (20), und - mit einem hydrodynamischen Retarder (1), umfassend einen beschaufelten Rotor (3) und einen beschaufelten Stator (4), die miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum (5) ausbilden, der über einen Einlass (6) mit Arbeitsmedium aus dem Arbeitsmediumkreislauf (20) befüllbar ist, welches über einen Auslass (7) wieder zurück in den externen Arbeitsmediumkreislauf (20) leitbar ist, - mit einem Vorratsraum (8) zur Aufnahme von momentan nicht im Arbeitsraum (5) befindlichen oder im externen Arbeitsmediumkreislauf (20) zirkulierenden Arbeitsmedium; - mit einem Befüllsystem (13, 14, 15) mittels dem der Arbeitsraum (5) mit einem definierten Arbeitsmediumvolumen befüllbar ist, um ein gewünschtes Bremsmoment einzustellen; - mit einem im Arbeitsmediumkreislauf (20) integrierten Kühlsystem (2, 18) dadurch gekennzeichnet, dass im Arbeitsmediumkreislauf (20) ein Fluidantrieb (16) angeordnet ist, der mittels des Arbeitsmediums antreibbar ist.
Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidantrieb (16) eine Turbine, ein Axialkolbenmotor oder ein Außenzahnradmotor ist, der ein Lüfterrad (16) antreibt.
Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsmediumkreislauf (20) eine Bypassleitung (17a, b, c) umfasst und der Fluidantrieb (16) in der Bypassleitung (17a, b, c) angeordnet ist.
Bremsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsmediumkreislauf (20) eine Drossel (10) umfasst, wobei der Abgriff der Bypassleitung (17a, b, c) vor der Drossel (10) und der Rückfluss in den Arbeitsmediumkreislauf (20) hinter der Drossel (10) erfolgen.
Bremsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem einen Kühler (2) umfasst und durch die Bypassleitung (17a) ein Teilvolumenstrom an dem Wärmetauscher (2) vorbei geleitet wird.
Bremsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (10) in Durchflussrichtung gesehen im Arbeitsmediumkreislauf (20) hinter dem Wärmetauscher (2) integriert ist und mittels der Bypassleitung (17b) ein Teilvolumenstrom um die Drossel (10) geleitet wird.
Bremsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilvolumenstrom über die Bypassleitung (17c) durch einen Nebenwärmetauscher (18) und anschließend durch den Fluidmotor (16) geleitet wird.
Bremsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung (17c) derart mit dem Arbeitsmediumkreislauf (20) verbunden ist, dass der Bypassvolumenstrom vor oder nach dem Wärmetauscher (2) in den Arbeitsmediumkreislauf (20) zurückführbar ist.
Bremsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (2) und der Nebenwärmetauscher (18) hintereinander angeordnet sind, so dass der Luftstrom des Lüfterrades erst durch den Wärmetauscher (2) und dann durch den Nebenwärmetauscher (18) geleitet wird.
Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmedium ein Öl oder Wasser mit oder ohne Zusatzmittel ist.
Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Retarder (1) mit dem Fahrzeugantriebsstrang gekoppelt ist, wobei eine Kupplung zwischen dem Fahrzeugantriebsstrang und dem Retarder (1) angeordnet ist.