Die Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung, insbesondere zur Verwendung in relativ kleinen Fahrzeugen, wie Anhängern oder kleinen Lastkraftwagen oder Schienenfahrzeugen.

Heutzutage ist es üblich, Lastkraftwagen oder Schienenfahrzeuge beispielsweise auf Gefällestrecken mit verschleißfreien Dauerbremsen abzubremsen, um die stets zusätzlich vorgesehenen Stellbremsen zu entlasten. Hierbei kommen insbesondere elektrodynamische Retarder, auch Wirbelstrombremsen genannt, oder hydrodynamische Retarder zum Einsatz. Beide dieser verschleißfreien Dauerbremsen verwenden ein Arbeitsmedium, mittels welchem Bremsmoment bzw. Drehmoment von einem durch den abzubremsenden Antriebsstrang angetriebenen Rotor auf einen Stator übertragen wird. Im Fall der Wirbelstrombremse kann der elektrische Strom, welcher verwendet wird, um das elektromagnetische Feld zwischen Rotor und Stator auszubilden, als Arbeitsmedium bezeichnet werden, im Fall des hydrodynamischen Retarders ist das Arbeitsmedium eine Flüssigkeit, beispielsweise ein Hydrauliköl oder auch Wasser, welches in einem torusförmigen Arbeitsraum, der durch den Rotor und den Stator gebildet wird, eine Kreislaufströmung zur Übertragung des Bremsmomentes ausbildet.

In der Regel werden solche Dauerbremsen durch einen externen Öl- oder Wasserkühlkreislauf gekühlt, um die im Bremsbetrieb anfallende Wärme abzuleiten. Im Kühlkreislauf ist ein entsprechender Wärmetauscher angeordnet, um die Wärme, welche von dem Kühlmedium im Bereich des Retarders aufgenommen wird, an die Umgebung oder einen weiteren Kühlkreislauf abzuführen. Im Falle des hydrodynamischen Retarders kann dieser auch in den Fahrzeugkühlkreislauf eingebunden sein, wenn das Kühlmedium des Fahrzeugkühlkreislaufes zugleich das Arbeitsmedium des Retarders ist (beim sogenannten Wasserretarder). Wenn jedoch eine solche verschleißfreie Dauerbremse in einem vergleichsweise kleinen Fahrzeug, beispielsweise einem kleinen Lastkraftwagen oder einem Anhänger, eingesetzt werden soll, so ist in der Regel kein geeigneter Kühlkreislauf vorhanden, um die Dauerbremse im Bremsbetrieb abzukühlen. Das gesonderte Vorsehen eines geeigneten Kühlkreislaufes ist mit derart hohen Kosten und konstruktiven Schwierigkeiten verbunden, dass man in solchen kleinen Fahrzeugen bisher auf den Einsatz von Dauerbremsen verzichtet hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bremsvorrichtung darzustellen, welche kompakt aufgebaut ist und ohne externen Kühlkreislauf auskommt.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Bremsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, insbesondere in einem Fall die Ausbildung der Bremsvorrichtung als Wirbelstrombremse und in dem anderen Fall die Ausbildung der Bremsvorrichtung als hydrodynamischer Retarder.

Gemäß der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung ist ein Lüfterrad vorgesehen, welches im Bremsbetrieb zugeschaltet wird, um die Bremsvorrichtung mittels eines Kühlluftstromes zu kühlen. Das Lüfterrad kann beispielsweise auf seiner Oberfläche mit Rippen oder Schaufeln versehen sein, welche durch die Rotation des Lüfterrades Kühlluft in Richtung der Bremsvorrichtung, das heißt in Richtung von Rotor und Stator blasen. Die Kühlluft kann über eine außen- und/oder innenliegende Oberfläche der Bremsvorrichtung geleitet werden, um somit mittels Konvektion die in der Bremsvorrichtung erzeugte Wärme aufzunehmen.

Um das Lüfterrad beim Übergang vom Nichtbremsbetrieb zum Bremsbetrieb zuzuschalten und beim Übergang vom Bremsbetrieb zum Nichtbremsbetrieb wegzuschalten, ist eine Kupplung vorgesehen, welche automatisch aktiviert und deaktiviert wird. Unter aktiviert im Sinne der Erfindung ist dabei zu verstehen, dass die Kupplung das Lüfterrad in einer Triebverbindung an den Rotor anschließt; unter deaktiviert ist zu verstehen, dass der Anschluss wieder gelöst wird, so dass das Lüfterrad nicht weiter angetrieben wird, in den Trudelbetrieb übergeht und schließlich stehenbleibt.

Die Aktivierung und Deaktivierung der Kupplung erfolgt automatisch, und zwar insbesondere unmittelbar durch Zufuhr oder Zuschaltung beziehungsweise Abfuhr oder Abschaltung des Arbeitsmediums. Im Falle einer erfindungsgemäß ausgebildeten Wirbelstrombremse kann die Kupplung beispielsweise dadurch aktiviert werden, dass elektrischer Strom durch die Bremsvorrichtung geleitet wird, um das entsprechende Magnetfeld zur Abbremsung zu erzeugen, wobei dieser Strom gleichzeitig zur Aktivierung der Kupplung verwendet wird. Beispielsweise kann die Kupplung elektromagnetisch betätigt werden, insbesondere in Form eines verschiebbaren Kolbens, welcher eine Reibverbindung oder eine mechanische Verriegelung zwischen dem Rotor und dem Lüfterrad herstellt, indem er durch eine Magnetkraft verschoben wird, welches mit der Aktivierung des Bremsstromes erzeugt wird.

Im Falle der Ausbildung der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung als hydrodynamischer Retarder wird die Kupplung vorteilhaft genau dann mit Arbeitsmedium, beispielsweise Öl oder Wasser, druckbeaufschlagt, wenn der Arbeitsraum des Retarders gefüllt wird, um die zur Bremsung erforderliche Kreislaufströmung aufzubauen. Beispielsweise kann über eine Druckleitung, die im Bereich des äußeren Umfanges am Arbeitsraum angeschlossen ist, druckbeaufschlagtes Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum entnommen und auf eine Seite eines verschiebbaren Kolbens geleitet werden, so dass der Druck des Arbeitsmediums den Kolben verschiebt. Durch die Verschiebung des Kolbens kann, ähnlich wie im Fall der beschriebenen Wirbelstrombremse, eine Reibverbindung oder eine mechanische Verriegelung zwischen dem Rotor und dem Lüfterrad hergestellt werden, um die erfindungsgemäße Triebverbindung zwischen Rotor und Lüfterrad im Bremsbetrieb zu erreichen.

Der Kolben, welcher insbesondere mindestens einen Teil der Kupplung ausbildet, kann beispielsweise in Form eines Ringkolbens ausgeführt sein, dessen Mittelachse mit der Drehachse des Rotors zusammenfällt, und welcher in Axialrichtung, das heißt in Richtung der Drehachse des Rotors, verschiebbar ist, um den mechanischen Kuppeleingriff zwischen dem Lüfterrad und dem Rotor herzustellen. Unter mechanischem Kuppeleingriff sind dabei jegliche mechanische Kupplungen zu verstehen, insbesondere Reibkupplungen, Klauenkupplungen, Lamellenkupplungen, Kupplungen durch Bolzeneingriff oder Fliehkraftkupplungen.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung, welche als hydrodynamische Kupplung ausgebildet ist, und einen besonders kompakten Aufbau aufweist, wird nachfolgend anhand der Figuren näher beschrieben.

Es zeigen:

Figur 1 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgeführte Bremsvorrichtung;

Figur 2 eine schematische stirnseitige Ansicht der Bremsvorrichtung aus der Figur 1;

Figur 3 eine vergrößerte Darstellung des radial inneren Bereiches der Bremsvorrichtung aus der Figur 1 , welche insbesondere die Kupplung zeigt.

In der Figur 1 erkennt man den Rotor 1 des hydrodynamischen Retarders, welcher eine Rotorwelle 1.1 aufweist, über welcher er drehbar angeordnet ist. Das Schaufelrad des Rotors 1 bildet zusammen mit dem Schaufelrad des Stators 2, welcher den Rotor 1 umschließt, einen torusförmigen Arbeitsraum 5 aus, in welchem im Bremsbetrieb eine Ringströmung aus Arbeitsmedium ausgebildet wird. Dieser Aufbau ist bei Retardem dem Fachmann allgemein bekannt, so dass er keiner weiteren Erläuterung bedarf. Abweichend vom Stand der Technik weist der Retarder gemäß der Figur 1 jedoch einen Ringwärmetauscher 7 auf, welcher entlang des äußeren Umfangs, das heißt radial außerhalb des Arbeitsraumes 5, angeordnet ist. In diesen Ringwärmetauscher 5 wird das Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum 5 geleitet, dort abgekühlt, und zurück in den Arbeitsraum 5 geleitet. Der Ringwärmetauscher 5 ist somit auf seiner Innenseite, das heißt auf seiner Wärmeaufnahmeseite, mit Arbeitsmedium als Wärmeträger beaufschlagt.

Um die Wärme aus dem Arbeitsmedium in dem Ringwärmetauscher an die Umgebung abzuleiten, wird der Ringwärmetauscher 7 auf seiner Wärmeabgabeseite mit Kühlluft überströmt. Der notwendige Kühlluftstrom wird dabei durch das stirnseitig am Retarder angeordnete Lüfterrad 3 erzeugt, welches gegen einen Eingriff von außen mittels eines Schutzgitters 8 geschützt ist. Das Lüfterrad 3 trägt beispielsweise Rippen oder wie dargestellt Schaufeln, die einen Radial-Axial-Luftstrom erzeugen. Durch die Rotation des Lüfterrads 3 wird die von den Schaufeln „aufgegriffene" Luft radial nach außen beschleunigt und anschließend axial umgelenkt, so dass sie unmittelbar gegen und/oder entlang des Ringwärmetauschers 7 strömt.

Das Lüfterrad 3 wird auf einer Lüfterwelle 3.1 getragen und ist insbesondere integral mit dieser ausgebildet. Dabei ist die Lüfterwelle 3.1 , wie man insbesondere in den Figuren 1 und 3 erkennen kann, mittels der Lager 6 im Stator 2 drehbar gelagert. Die Lüfterwelle 3.1 ist als Hohlwelle ausgebildet, welche die Rotorwelle 1.1 umschließt. Die Rotorwelle 1.1 kann beispielsweise außerhalb des Stators 2 oder ebenfalls an dem Stator 2 oder innerhalb des Stators 2 gelagert sein (nicht dargestellt).

Der hydrodynamische Retarder weist, wie in der Figur 2 schematisch dargestellt ist, eine übliche Ansteuerung über den Ölbehälter auf, siehe das Bezugszeichen 9. Mittels Druckluft aus dem Fahrzeugdruckluftsystem wird ein Luftdruck auf das Öl (oder das Wasser) des Retarders, welches das Arbeitsmedium darstellt, aufgebracht, um dieses Arbeitsmedium in den Arbeitsraum zu befördern. Die Luft, welche sich im Nichtbremsbetrieb im Arbeitsraum des Retarders befindet, welcher dann entleert oder teilweise entleert ist, wird über ein Abluftsystem 10 abgeleitet, damit Arbeitsraum beim Umschalten vom Nichtbremsbetrieb in den Bremsbetrieb geeignet mit Arbeitsmedium befüllt werden kann.

Selbstverständlich ist es auch möglich, den Retarder anders als durch Druckluft, die insbesondere über ein elektrisch geschaltetes Proportional-Regelventil geregelt wird, einzuschalten. Beispielsweise kann ein elektromotorisch angetriebener Ölkolben verwendet werden, um das Öl (oder das Wasser) in den Arbeitsraum des Retarders zu Beginn des Bremsbetriebs einzubringen.

In der Figur 3 erkennt man insbesondere die Kupplung 4 des erfindungsgemäßen Retarders, welche dazu dient, beim Übergang vom Nichtbremsbetrieb zum Bremsbetrieb das Lüfterrad 3 in eine Triebverbindung mit dem Rotor 1 zu versetzen, so dass das Lüfterrad 3, welches im Nichtbremsbetrieb stillsteht, in eine Drehbewegung versetzt wird, um den gewünschten Kühlluftstrom zu erzeugen. Die Kupplung 4 umfasst einen Ringkolben 4.1, welcher im Querschnitt L-förmig ausgebildet ist, wie man in der Figur 3 sieht, und zwar in der Form eines auf der Seite liegenden Ls, so dass der kurze Schenkel des Ls nach unten zeigt. Der Kolben 4.1 wird auf seiner ersten axialen Stirnseite, in der Figur 3 auf seiner rechten Stirnseite, mit Arbeitsmedium druckbeaufschlagt, welches durch den Kanal 11 zugeführt wird. Der Kanal 11 ist im Stator 2 ausgebildet und mündet in einem den Ringkolben 4.1 in einer Gleitverbindung umschließenden Bereich des Stators 2, welcher derart ausgebildet ist, dass der Kolben 4.1 axial innerhalb des Stators 2 verschiebbar ist und zugleich vom Stator 2, insbesondere ausschließlich vom Stator 2, getragen wird. Auf seiner entgegengesetzten Seite, das heißt auf seiner Einlassseite, kann der Kanal 11 beispielsweise im Bereich des radial äußeren Umfangs des Arbeitsraums 5 münden, wie in der Figur 1 dargestellt ist. Somit wird bei Befüllung des Arbeitsraumes 5 mit Arbeitsmedium, welches im Arbeitsraum durch die Beschaufelung des Rotors 1 radial nach außen beschleunigt wird und am äußeren Umfang in den Stator 2 eintritt, in welchem es radial nach innen verzögert wird, ein Teil des Arbeitsmedium, welches unter einem vergleichsweise hohen Druck steht, abgeleitet, und die genannte Stirnseite des Kolbens 4.1 durch den Kanal 11 mit diesem Arbeitsmedium beaufschlagt. Solange sich der Retarder im Bremsbetrieb befindet, wird dementsprechend ein entsprechend hoher Druck im zumindest teilweise, beispielsweise in seinem Endabschnitt hinter dem Kolben 4.1 , als Ringkanal ausgebildeten Kanal 11 vorherrschen, welcher den Kolben 4.1 in seiner ausgerückten Position, in der Figur 3 in seiner linksseitigen Position, hält, und somit die Kupplung 4 in ihrem aktivierten Zustand hält.

Wie in der Figur 1 gezeigt ist, kann gleichzeitig ein Teil des Arbeitsmediums, welches über die Rückwand der Beschaufelung des Stators 2 im Bereich des radial äußeren Umfanges austritt, radial nach außen in den Ringwärmetauscher 7 umgeleitet werden, wo es anschließend abgekühlt wird. Wie man sieht, wird über dieselbe Öffnung bzw. über dieselben Öffnungen in der Rückwand der Statorbeschaufelung auch das Arbeitsmedium abgezogen, das dem Kanal 11 zugeführt wird.

Wiederum mit Bezug auf die Figur 3 ist ein Lager 4.3 dargestellt, welches als Axialkugellager ausgebildet ist, dessen äußerer Lagerring axial an dem Kolben 4.1 angeschlossen ist, so dass er die axiale Verschiebebewegung des Kolbens 4.1 mitmacht. Aufgrund der Art der gleitenden Befestigung des Kolbens 4.1 im Stator 2 wird der Kolben 4.1 und somit der äußere Lagerring des Lagers 4.3 in Umfangsrichtung drehfest gehalten. Es kommt jedoch auch eine Befestigung in Betracht, die eine Drehbewegung von Kolben 4.1 und Lageraußenring ermöglicht.

Das Lager 4.3 weist einen Lagerinnenring auf, welcher an einem Kuppelelement 4.2 angeschlossen ist. Das Kuppelelement 4.2 ist auf der Lüfterwelle 3.1 axial verschiebbar gelagert, vorzugsweise durch eine Verschiebeverzahnung, wie sie beispielsweise schematisch in der Figur 3 dargestellt ist. Dabei steht das Kuppelelement 4.2 in einem Dreheingriff mit der Lüfterwelle 3.1 , das heißt, das Kuppelelement 4.2 ist in Umfangsrichtung drehstarr an der Lüfterwelle 3.1 angeschlossen. Wenn nun der Kolben 4.1 aufgrund der Druckbeaufschlagung durch das Arbeitsmedium eine Verschiebebewegung in seine ausgerückte Position - aktive Position der Kupplung 4 - ausführt, verschiebt er über den äußeren Lagerring des Lagers 4.3, welcher diese Verschiebebewegung über die Lagerkugeln auf den inneren Lagerring weitergibt, das Kuppelelement 4.2 axial auf der Lüfterwelle 3.1. Das Kuppelelement 4.2 wird somit ebenfalls in eine ausgerückte Position hinsichtlich seiner Anordnung auf der Lüfterwelle 3.1 axial verschoben. Stirnseitig ist das Kuppelelement 4.2 mit einem Reibbelag 4.4 versehen, welcher dem Rotor 1 des Retarders zugewandt ist. In seiner ausgerückten Position greift dieser Reibbelag 4.4 in einem Reibschluss an dem Rotor 1 an, wodurch die Drehbewegung des Rotors 1 über den Reibbelag 4.4, das Kuppelelement 4.2 auf die Lüfterwelle 3.1 und somit auf das gesamte Lüfterrad 3 übertragen wird. Dementsprechend läuft das Lüfterrad 3 bei geschlossener Reibkupplung zwischen dem Lüfterrad 3 und dem Rotor 1 mit der Geschwindigkeit oder annähernd mit der Geschwindigkeit des Rotors um. Der aktive Zustand der Kupplung 4 ist erreicht und der Retarder wird im Bremsbetrieb durch den vom Lüfterrad 3 erzeugten Luftstrom gekühlt.

Beim Übergang vom Bremsbetrieb in den Nichtbremsbetrieb wird sich der Druck im Arbeitsmedium an der Anschlussstelle des Kanals 11 am Arbeitsraum 5 abbauen, wodurch die stirnseitige Druckbeaufschlagung des Kolbens 4.1 durch das Arbeitsmedium nachlässt. Der Kolben wird durch eine beispielsweise mittels einer Feder (nicht dargestellt) oder anderweitig erzeugten Axialkraft, die der Druckbeaufschlagung durch das Arbeitsmedium entgegenwirkt, in seine eingerückte Position, das heißt in die inaktive Position der Kupplung 4, verschoben, in der Figur 3 in seine rechtsseitige Position. Dabei ist es auch denkbar, dass der Gegendruck ebenfalls durch Arbeitsmedium erzeugt wird, welches an einer geeigneten Stelle des Arbeitsmediumkreislaufes, die im Übergang vom Bremsbetrieb zum Nichtbremsbetrieb einen höheren Druck aufweist als die Anschlussstelle des Kanals 11 , abgegriffen wird. Aufgrund der Axialbewegung, welche der Kolben 4.1 beim Übergang vom Bremsbetrieb zum Nichtbremsbetrieb ausführt, wird, wie leicht verständlich ist, auch das Kuppelelement 4.2 in seine axial eingerückte Position bewegt, das heißt es führt bei einer Ausführung, wie sie in der Figur 3 dargestellt ist, eine Axialbewegung nach rechts durch. Durch diese Einrückbewegung des Kuppelelements 4.2 beim Übergang der Kupplung 4 aus ihrer aktiven Position in die inaktive Position wird der Reibbelag 4.4 aus einem Eingriff mit dem Rotor 1 gebracht, wodurch die Antriebskraft auf die Lüfterwelle 3.1 wegfällt. Somit gerät das Lüfterrad 3 in einen Trudelbetrieb und bleibt schließlich stehen.

Um diesen Ausschaltvorgang der Luftkühlung durch das Lüfterrad 3 zu verzögern, kann im Bereich des Kanals 11 , das heißt zwischen dem Kolben 4.1 und dem Arbeitsraum 5, ein Druckspeicher (nicht dargestellt) vorgesehen sein, welcher den Druckabfall in dem den Kolben 4.1 beaufschlagenden Arbeitsmedium verzögert. Dadurch wird erreicht, dass der Kolben 4.1 aufgrund des länger herrschenden Aktivierungsdruckes durch das Arbeitsmedium erst verzögert aus seiner ausgerückten in seine eingerückte Position gleitet, und dass dieser somit die Triebverbindung zwischen Rotor 1 und Lüfter 3 erst einen vorgegebenen Zeitpunkt nach dem Ausschalten des Retarders löst. Es findet somit über eine gewisse Zeitspanne eine Nachbelüftung des Retarders durch den vom Lüfterrad 3 erzeugten Luftstrom statt.

Gemäß einer besonderen Ausführung der Erfindung, können weitere Aggregate mittels der erfindungsgemäßen Kupplung 4 automatisch beim Übergang vom Nichtbremsbetrieb zum Bremsbetrieb in einer Triebverbindung an den Rotor 1 gekoppelt werden und beim Übergang vom Bremsbetrieb zum Nichtbremsbetrieb wiederum aus dieser Triebverbindung gelöst werden. Solche Aggregate können beispielsweise Verbraucher sein, deren Zuschaltung nur im Bremsbetrieb gewünscht wird, oder bestimmte Hilfsantriebe, die ausschließlich im Bremsbetrieb arbeiten sollen. Schließlich können auch Messvorrichtungen, beispielsweise ein Laufrad einer Geschwindigkeitsmessvorrichtung, über die Kupplung 4 im Bremsbetrieb an den Rotor 1 angekuppelt werden. Die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung weist verschiedene Vorteile auf: So ist sie zunächst aufgrund ihrer kompakten Bauweise, die keinen externen Kühlreislauf erfordert, auch für kleinere Fahrzeuge wie Anhänger oder kleine Lastkraftwagen geeignet. Insbesondere kommt die Ausführung eines Wohnmobils oder eines Wohnanhängers mit einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung, wie sie hier beschrieben worden ist, in Betracht. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung in einem solchen Wohnmobil oder Wohnanhänger ermöglicht es, diese Fahrzeuge, welche bisher aufgrund der Kostensituation ohne jegliche verschleißfreie Dauerbremsen auskommen mussten, mit einer kostengünstigen verschleißfreien Dauerbremse zu versehen und somit die ohnehin vorgesehenen Stellbremsen zu entlasten und die Lebensdauer der letzteren zu verlängern.

Aufgrund der Verwendung eines berippten oder beschaufelten Lüfterrades wird eine zusätzliche Bremswirkung erzeugt. Bisher bedeutete jede zusätzliche Bremswirkung eine Zunahme des abzuleitenden Wärmestromes aus dem Retarder. Gemäß der vorliegenden Erfindung hingegen wird gleichzeitig zusätzliche Bremswirkung erzeugt und der Retarder aktiv gekühlt.

Schließlich wird im Nichtbremsbetrieb keine oder eine nur geringfügige Verlustleistung erzeugt, da das Lüfterrad im Nichtbremsbetrieb stillsteht. Gleichzeitig erfolgt die Aktivierung des Lüfterrades beim Übergang vom Nichtbremsbetrieb zum Bremsbetrieb und die Deaktivierung derselben beim Übergang vom Bremsbetrieb zum Nichtbremsbetrieb ohne zusätzlichen Energieaufwand vollständig automatisch durch die ohnehin im System vorhandene Energie.