Die Erfindung betrifft das technische Gebiet Bremssysteme. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Kühlkreislauf mit einem Retarder zur Koppelung in einen Antriebsstrang und ein Fahrzeug mit einem derartigen Kühlkreislauf.

Elektromobilität nimmt in Form von reinen Elektrofahrzeugen immer mehr an Bedeutung zu. Das Bremssystem von Nutzfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren, beispielsweise Bussen und/oder Lastkraftwagen, ist oft mit einer verschleißfreien Dauerbremse ausgestattet. Aufgrund der großen bewegten Masse der Nutzfahrzeuge bringt ein Dauerbremssystem eine hohe Wirtschaftlichkeit mit sich.

Bei Fahrzeugen mit einem herkömmlichen Verbrennungsmotor ist diese verschleißfreie Bremse als Retarder ausgeführt. Der Retarder wird besonders bei langen, steil abfallenden Straßenabschnitten benötigt, um die Bremswirkung der Bremsanlage sicherzustellen und reduziert insgesamt den Verschleiß der Betriebsbremsen. Insbesondere ist es für die Typengenehmigung erforderlich, die Anforderungen aus der Vorschrift „IINECE R13“ hinsichtlich der Bremsen zu erreichen.

Die aus der DE 20 2019 005 478 U1 bekannte Bremsanlage umfasst einen Arbeitsmediumkreislauf mit Kühlsystem. Das Kühlsystem weist einen Kühler und einen Fluidantrieb, der ein Lüfterrad antreibt, auf, die in den Arbeitsmediumkreislauf direkt eingebunden sind. Die ungeregelte Kopplung des Wärmetauschers und des Fluidmotors in den Arbeitsmediumkreislauf beeinflusst die Funktionalität des Retarders nachteilig.

Aus der Druckschrift DE 10 2020 004 797 A1 ist ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug bekannt, bei dem der Elektromotor im Generatorbetrieb oder Rekuperationsbetrieb betrieben wird, um eine Bremsleistung zu erzeugen. Die Bremsenergie wird vorrangig zur Ladung der Betriebsbatterie verwendet. Es kann jedoch Betriebszustände geben, in denen vorgesehen sein mag, dass die Batterie keine Energie mehr aufnehmen kann oder dass eine Energieaufnahme durch die Batterie verhindert werden soll, beispielsweise wenn die Batterie vollgeladen ist, wenn die Batterie kalt ist und/oder in einem Fehlerfall. Dann wird eine weitere Bremseinrichtung benötigt, welche das Fahrzeug möglichst verschleißfrei und kontrollierbar abbremst. Dabei können elektrische Bremswiderstände genutzt werden, welche die Bremsleistung elektrisch in Wärme umwandeln, wobei ein temperaturabhängiger Widerstand zum Einsatz kommt.

Unter die Begriffe „Abbremsen" oder „Bremsen" können unterschiedliche Betriebszustände fallen. Reduzieren der Fahrgeschwindigkeit auf einer im Wesentlichen geraden und/oder gefällelosen Strecke, Fortbewegen mit konstanter Geschwindigkeit bei einer Bergabfahrt oder eine Geschwindigkeitserhöhung welche geringer ist als die Geschwindigkeitserhöhung die durch die in das Fahrzeug hineingesteckte Energie im ungebremsten Fall zu erwarten wäre.

Beispielsweise mag im Falle einer aufgebrachten Bremswirkung die Geschwindigkeitszunahme bei einer zugeschalteten Bremseinrichtung oder Bremse geringer und/oder langsamer erfolgen als ohne diese Bremse.

In anderen Worten ist eine Bremseinrichtung und/oder Bremse darauf ausgelegt eine vorgebbare Energie und/oder Leistungsentnahme eines bewegten Fahrzeugs in Form von Verlustleistung zu wandeln, welche im Wesentlichen nicht in kinetische Energie und/oder Leistung gewandelt wird. Zur Kühlung ist ein Kühlkreislauf mit einem Wärmetauscher und einer Pumpe vorgesehen.

Aus der DE 10 2021 121 407 A1 ist ein Fahrzeugkühlkreislauf bekannt, der geeignet ist die Abwärme einer Fahrzeugkomponente wie einen Retarder abzuführen. Der Retarder ist über eine Kupplung mit dem Antriebsstrang gekoppelt. Bei Beginn oder Beendigung einer Bremsung mit dem hydrodynamischen Retarder sind der Kühlmittelkreislauf und insbesondere die Einlassleitung erheblichen Druckschwankungen ausgesetzt, da der Arbeitsraum des Retarders in jedem Betriebszustand mit dem Arbeitsmedium gefüllt ist. Um diese Druckschwankungen zu verhindern, ist eine Impellerpumpe vorgesehen, die mittels einer Steueranordnung ansteuerbar ist und die in Verbindung mit einer Einleitung oder einer Beendigung einer Bremsung in der Einlassleitung auftretenden Drücke unterhalb des Umgebungsdruckes verhindert.

Die Aufgabe der Erfindung ist es einen alternativen Kühlkreislauf zum Abführen von durch einen Retarder erzeugten Wärme vorzuschlagen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend dem unabhängigen Anspruch gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.

Es wird ein Kühlkreislauf vorgeschlagen, der zum Abführen von durch einen im Kühlkreislauf eingebundenen Retarder erzeugten Wärme eingerichtet ist, wobei der Kühlkreislauf aufweist:

- einen tourusförmigen Arbeitsraum, gebildet durch einen Stator und einen Rotor des Retarders,

- einen Wärmetauscher, der eingerichtet ist zum Einstellen der Temperatur von Arbeitsmedium in dem Kühlkreislauf,

- einen Arbeitsmediumtank in dem ein wesentlicher Anteil des

Arbeitsmediums des Kühlkreislaufs speicherbar ist, so dass zumindest der Arbeitsraum im Wesentlichen entleerbar ist,

- ein Einlasskanal zwischen Arbeitsraum und Wärmetauscherausgang

- ein Auslasskanal zwischen Arbeitsraum und Wärmetauschereingang.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass zwischen Wärmetauscherausgang und Einlasskanal ein erstes Ventil und zwischen Wärmetauschereingang und Auslasskanal ein zweites Ventil angeordnet sind.

Mittels der Ventile kann der Durchfluss durch den Wärmetauscher geregelt werden und für die beiden Betriebszustände dem Nicht-Bremsbetrieb und den Bremsbetrieb des Retarders definiert werden.

In einer bevorzugten Ausführung können das erste und zweite Ventil derart ausgelegt sein, dass diese in eine Offenstellung schalten, sobald die Pumpwirkung des Retarders einen vorgebbaren Arbeitsmediumdruck erzeugt. Dadurch wird sichergestellt, dass erst im Bremsbetrieb des Retarders der Wärmetauscher in den Arbeitsmediumkreislauf eingebunden wird.

Weiterhin können das erste und zweite Ventil derart ausgelegt sein, dass diese im Nicht-Bremsbetrieb des Retarders in eine Schließstellung schalten. Dadurch wird sichergestellt, dass im Nicht-Bremsbetrieb des Retarders der Wärmetauscher mit Arbeitsmedium gefüllt bleibt und keinen Einfluss auf den Nichtbremsbetrieb hat, bei dem der Retarder im Wesentlichen entleert ist.

In einer bevorzugten Ausführung können das erste und zweite Ventil als Rückschlagventile ausgeführt sein, wobei die Federkraft der Rückschlagventile auf gezielt auf einen Druck auslegbar sind ab dem sie in die Offenstellung schalten.

Alternativ können das erste und zweite Ventil als druckgesteuerte 2/2 Wegeventile ausgeführt werden, wobei die Steuerleitung für den Steuerdruck an unterschiedlichen Stellen im Arbeitsmediumkreislauf angeschlossen werden kann. So zum Beispiel direkt am Retarausgang für das zweite Ventil und für das erste Ventil direkt am Arbeitsmediumtank. Die Gegenkraft kann auch hier eine entsprechend ausgelegte Rückstellfeder sein.

Der Arbeitsmediumtank, der in den Kühlkreislauf integriert ist, ist vorzugsweise als Drucktank ausgeführt und mit Druckluft beaufschlagbar. Das Bremsmoment des Retarders kann über die Druckregelung geregelt werden, indem das Arbeitsmedium über eine Steigleitung im Arbeitsmediumtank aus diesem in den Arbeitsraum des Retarders gedrückt wird. Das zweite Ventil verhindert in diesem Zusammenhang, dass im Moment des Starts der Druckbeaufschlagung Arbeitsmedium aus dem Arbeitsmediumspeicher auch in den Wärmetauscher gedrückt wird, so dass ein schneller Aufbau des Bremsmomentes gewährleistet ist.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Arbeitsraum und der Auslasskanal über einen Bypasskanal verbunden sind. Über den Bypasskanal kann auch im Nichtbremsbetrieb ein kleiner Arbeitsmediumstrom durch den Arbeitsraum erfolgen. Zur Sicherstellung der Kühlung und Schmierung des Retarders kann der Arbeitsmediumtank weiterhin über einen Pumpenkanal mit einer Pumpe mit dem Arbeitsraum verbunden sein.

Beansprucht wird weiterhin ein Fahrzeug mit einem Antriebstrang umfassend ein Antriebsaggregat, ein Getriebe und ein Retarder, das einen Kühlkreislauf entsprechend einer der oben beschriebenen Ausführungen umfasst. Der Kühlkreislauf bei dieser Ausführung ist nur für die Kühlung des Retarders vorgesehen und kann so für dessen Funktionalität optimiert werden. Die Kühlung anderer Fahrzeugkomponenten ist von der Retarderkühlung entkoppelt.

Vorzugsweise ist das Antriebsaggregat eine elektrische Maschine.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:

Fig.1 Antriebsstrang mit E-Motor und Retarder

Fig.2 Kühlkreislauf mit Retarder

Figur 1 zeigt eine Skizze eines Antriebsstrangs mit Elektromotor 1 und Retarder 3. Zwischen dem Elektromotor 1 und dem Retarder 3 ist ein Getriebe 2 angeordnet. Über das Getriebe 2 sind die Antriebsräder des KFZ mit dem Elektromotor 1 und dem Retarder 2 gekoppelt. Das Getriebe 2 kann als schaltbares Getriebe ausgeführt und der Retarder 3 kann über eine schaltbare Kupplung mit dem Getriebe gekoppelt sein.

Im Bremsbetrieb des Retarders wird das Arbeitsmedium, ein Retarderöl oder auch eine Wassermischung, durch die Bremsmomente des Retarders 3 erhitzt und durch die Pumpwirkung des Retarders 3 selbst in den Kühlkreislauf 22 gepumpt. Im Kühlkreislauf 22 ist der Wärmetauscher 4, z.B. ein Öl-Luftwärmetauscher, angeordnet. Weiterhin könnte vorgesehen sein, dass auch der Inverter 5 am Elektromotor 1 an den Kühlkreislauf gekoppelt ist. Figur 2 zeigt den Kühlkreislauf 22 oder auch Arbeitsmediumkreislauf mit dem Retarder 3 im Detail. Wie aus dem StdT bekannt umfasst der Retarder 3 eine drehbar gelagerte Rotorwelle 18 auf der der Rotor 6 drehfest angeordnet ist, den im Retardergehäuse angeordneten Stator 7. Rotor 6 und Stator 7 bilden eine tourusförmigen Arbeitsraum 30. Der Kühlkreislauf umfasst weiterhin einen Arbeitsmediumtank bzw. Öltank 20 und im Retardergehäuse angeordnete Kanäle 8, 9, 11 , 12, zwischen Öltank 20 und Arbeitsraum 30.

Der Kühlkreislauf 22 umfasst weiterhin den Wärmetauscher 4 dessen Wärmetauschereingang 16 über das Ventile 23, hier ein Rückschlagventil, mit dem Auslasskanal 9 gekoppelt ist. Das Rückschlagventil 23 ist derart ausgelegt, dass es ab einem definierten Druck öffnet. Dabei muss sichergestellt sein, dass das Rückschlagventil 23 im Nicht-Bremsbetrieb in der Schließstellung verbleibt, damit kein Arbeitsmedium zurück in den Arbeitsraum des Retarders 1 gelangen kann, und im Bremsbetrieb zuverlässig in die Offenstellung schaltet.

Ein weiteres Ventil 24, ebenfalls ein Rückschlagventil, ist in dem Kanal zwischen Wärmetauscherauslass 17 und Einlasskanal 8 angeordnet. Zwischen Einlasskanal 8 und Rückschlagventil 24 zweigt weiterhin der Steigkanal 25 in den Öltank 20 ab.

Das Rückschlagventil 24 am Auslass des Wärmetauschers 4 ist derart ausgelegt, dass es ab einem vorgegebenen Druck in eine Offenstellung bewegt wird, wobei durch die Schließung des Rückschlagventiles 24 bei inaktivem Retarder nur Öl über den Wärmetauscher 4 in den Öltank 20 fließen kann, wenn sich im Arbeitsraum 30 zu viel Arbeitsmedium gesammelt hat und bei angetriebenem Rotor der Grenzdruck überschritten wird, bei dem sich beide Rückschlagventile 23 und 24 öffnen.

Im Nicht-Bremsbetreib befindet sich das Arbeitsmedium im Wesentlichen im Arbeitsmediumtank 20 und im Wärmetauscher 4, wobei der Wärmetauscher 4 im Nicht- Bremsbetrieb vom Kühlkreislauf 22 durch die Ventile 23, 24 entkoppelt ist. Bei der Schaltung in den Bremsbetrieb, was wie aus dem StdT bekannt über die Druckluftbeaufschlagung des Öltanks 20 erfolgt, wird das Öl aus dem Öltank 20 über den Steigkanal 25 in den Kühlkreislauf gedrückt und es kommt zu einer Kreislaufströmung, der durch den Arbeitsraum 30 des Retarders 3 führt. Arbeitsmedium welches in den Arbeitsraum 30 gelangt wird mittels der Pumpwirkung des Retarders wieder aus dem Arbeitsraum herausgepumpt.

Im aktivem Retarderbetrieb, also im Bremsbetrieb des Retarders, entsteht eine Kreislaufströmung, bei der das Arbeitsmedium im Retarder durch die Bremsmomente aufgeheizt und mittels der Pumpwirkung des Retarders über den Auslasskanal 9 in den Wärmetauscher 4 gepumpt wird. Nach dem Durchströmen des Wärmetauschers 4 wird das Arbeitsmedium über den Einlasskanal 8 mit einer niedrigeren Temperatur zurück in den Arbeitsraum 30 geleitet.

Damit das Arbeitsmedium bei der Aktivierung des Retarders nicht in den Wärmetauscher, hier ein Öl-Luftwärmetauscher, zurücklaufen kann, sperrt das Rückschlagventil 24 den Wärmetauscherauslass 17, so dass eine schneller Bremsmomentaufbau gewährleistet ist. Erst bei ausreichender Pumpleistung des Retarders steigt der Arbeitsmediumdruck so an, dass die beide Ventile 23 und 24 in die Offenstellung bewegt werden.

Bei angetriebenem Rotor 6 wird auch eine Pumpe angetrieben mittels der Arbeitsmedium, Öl, über den Pumpenkanal 11 in den Arbeitsraum 20 gefördert wird. Dieser zum Bremsbetrieb verhältnismäßig sehr kleine Ölvolumenstrom ist für die Kühlung, Schmierung und auch zur Reduzierung der Leerlaufverluste im Nicht- Bremsbetrieb von Bedeutung. Über den Bypass 12 wird dieser Ölvolumenstrom zurück in den Auslasskanal 9 gepumpt, wobei es erst bei ausreichendem Pumpdruck zur Öffnung der Ventile 23 und 24 kommt und das Öl über den Wärmetauscher 4 und den Steigkanal in den Arbeitsmediumtank zurückgepumpt wird. Bezugszeichenliste

1 Elektromotor

2 Getriebe

3 Retarder

4 Wärmetauscher

5 Inverter

6 Rotor

7 Stator

8 Einlasskanal

9 Auslasskanal

10 Rückschlagventil

11 Pumpenkanal mit Pumpe

12 Bypass

13 Messstelle

14 Servicemessstelle

15 Entschäumungskanal

16 Wärmetauschereinlass

17 Wärmetauscherauslass

18 Rotorwelle

19 Kegelrollenlager

20 Arbeitsmediumtank

21 Auslassdrossel

22 Kühlkreislauf

23 Rückschlagventil

24 Rückschlagventil

25 Steigkanal

26 Profilentlüftung

27 Sensor

28 Proportionalventil

29 Ölabscheider

30 Arbeitsraum