In Antriebsanlagen von Fahrzeugen oder stationären Anlagen ist als Mittel zur Geschwindigkeits-bzw. Drehzahlreduzierung häufig ein Retarder integriert. Der Retarder wird beim Einsatz im Kraftfahrzeug oder bei Anlagen mit stark wechselndem Betrieb durch Füllen und Entleeren des beschaufelten Arbeitskreislaufes mit einem Betriebsfluid ein-oder ausgeschaltet.

Die stationären oder fahrbaren Einheiten-beispielsweise Kraftfahrzeuge-, in welchen die genannten Antriebseinheiten eingebaut sind, haben in der Regel weitere Aggregate, die einer Kühlung bedürfen. Hierbei ist beispielsweise an Motoren, Bremsen, Kupplungen, Getriebe zu denken.

Diese anderen Aggregate können ebenfalls einen Kühlkreislauf aufweisen, um deren Arbeitsmedium zu kühlen.

Aus einer Vielzahl von Patenten sind Retarder bekannt geworden, bei denen das Arbeitsmedium des Retarders das Kühlmedium des Fahrzeuges ist. Diesbezüglich wird auf die EP 0 716 996 A1 WO 98/15725 EP 0 885 351 B1 EP 0 932 539 B1 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mit eingeschlossen wird.

Um bei diesen Retarder die Verlustleistung im Nichtbremsbetrieb gering zu halten, wird im Nichtbremsbetrieb das Arbeitsmedium weitgehend aus dem Arbeitsraum des Retarders entleert. Beim Übergang zum Bremsbetrieb wird der Retarder wiederum rasch mit Arbeitsmedium befüllt. Dabei ist nachteilig, dass beim Umschalten vom Bremsbetrieb zum Nichtbremsbetrieb und vom Nichtbremsbetrieb zum Bremsbetrieb hohe Druckstöße im System auftreten, welche die einzelnen Komponenten belasten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinheit mit einem füll-und entleerbaren Retarder, insbesondere Wasserretarder, speziell Sekundärwasserretarder, darzustellen, in dem Druckstöße beim Umschalten vom Bremsbetrieb zum Nichtbremsbetrieb und umgekehrt nicht auftreten oder zumindest weitgehend reduziert sind.

Diese Aufgabe wird durch eine Antriebseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung ist ein geschalteter Dämpfungszylinder am Kühlmittelkreislauf angeschlossen, welcher beim Umschalten vom Bremsbetrieb zum Nichtbremsbetrieb eine vorbestimmte Arbeitsmediummenge aus dem Kühlmittelkreislauf abzieht und beim Umschalten vom Nichtbremsbetrieb zum Bremsbetrieb eine vorbestimmte Arbeitsmediummenge in den Kühlmittelkreislauf abgibt. Dabei entspricht insbesondere die zugeführte Arbeitsmediummenge der zuvor abgezogenen Arbeitsmediummenge.

Gemäß einer Weiterentwicklung ist der Dämpfungszylinder gleichzeitig an zwei Stellen im Kühlmittelkreislauf derart angeschlossen, dass er automatisch arbeitet.

Gemäß einer zusätzlichen oder alternativen Ausgestaltung ist im Kühlmittelkreislauf eine Bypassstrecke mit einem geschalteten Bypass-Ventil vorgesehen, welches beim Übergang vom Bremsbetrieb zum Nichtbremsbetrieb öffnet und einen zusätzlichen Leitungsabschnitt freigibt, welcher zumindest kurzzeitig eine vorbestimmte Menge an Arbeitsmedium aufnimmt.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Figuren durch Ausführungsbeispiele näher beschrieben werden.

Es zeigen : Figur 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung ; Figuren 2 und 3 eine zweite Ausführungsform der Erfindung ; Figur 4 eine dritte Ausführungsform der Erfindung.

In der Figur 1 ist ein Sekundärretarder 100 gezeigt, der mit dem Kühlmedium des Fahrzeuges betrieben wird. Der in Figur 1 gezeigte Retarder zeichnet sich durch eine geringe Verlustleistung aus.

Gemäß einer ersten Maßnahme ist das Rotorschaufelrad 11 axial verschiebbar auf der Rotorwelle 110 gelagert, so dass der Rotor 11 in eine Arbeitsposition nahe zum Stator 12 oder eine Ruheposition mit großem Abstand zum Stator 12 im Nichtbremsbetrieb verbracht werden kann. In Figur 1 ist der Retarder in Ruheposition gezeigt. Bezüglich der Verschiebbarkeit des Rotors wird auf die WO 98/35171 verwiesen.

Der in Figur 1 gezeigte Retarder umfasst einen Rotor 11, der auf einer, z. B. in einem Getriebe gelagerten schnell laufenden Welle 110, der sogenannten Retarderwelle, drehfest und fliegend gelagert ist. Die Welle 110 mit den Lagern 22 und 23 wird über ein Ritzel 21 von der-hier nicht dargestellten-Abtriebswelle eines Getriebes angetrieben. Der Rotor 11 ist auf der Welle 110 mittels einer nicht dargestellten Schrägverzahnung längsbeweglich, so dass der Abstand zwischen Rotor und Stator eingestellt werden kann. Die Feder 18 verstellt den Rotor 11 im Nichtbremsbetrieb in die verlustarme, hier dargestellte, Position, d. h. zwischen Rotor und Stator 12 ergibt sich ein größtmöglicher Spalt. Der Retarder weist ein Retardergehäuse 130 mit einem Innenraum 16 auf, wobei der Innenraum 16 mit einem Kühlmedium gefüllt werden kann und dann als Kühlmantel fungiert. Der Raum zwischen Rotor 11 und Stator 12 wird als Arbeitsraum 140 bezeichnet und ist mit Arbeitsmedium befüllt. Der hydrodynamische Retarder ist in den Kühlkreislauf 120 des Kraftfahrzeuges integriert. Damit ist in der dargestellten Ausführungsform des Retarders das Arbeitsmedium des Retarders gleichzeitig das Kühlmedium des Kraftfahrzeuges. Um die Leerlaufverluste gering zu halten, muss im Nichtbremsbetrieb der Retarder entleert werden, wobei unter Entleerung auch eine Entleerung auf eine vorgegebene Restarbeitsmediummenge zu verstehen ist, welche vorteilhaft zu einer minimalen Verlustleistung führt.

Der Entleervorgang, der weitestgehend von der Pumpwirkung des Rotors 11 erzeugt wird, wird im wesentlichen durch das Regelventil 17 gesteuert.

Um einen Druckstoß auszugleichen, welcher in den Kühlmittelkreislauf 120 dadurch eingemacht wird, dass die sich im Bremsbetrieb im Retarder befindliche Arbeitsmediummenge relativ schlagartig in den restlichen Kühlmittelkreislauf 120 entleert, ist ein Dämpfungszylinder 30 vorgesehen, welcher beim Umschalten vom Bremsbetrieb zum Nichtbremsbetrieb eine vorbestimmte Arbeitsmediummenge aufnimmt. Später, beim Umschalten vom Nichtbremsbetrieb zum Bremsbetrieb wird ein Druckstoß, welcher dadurch auftritt, dass der Retarder weitgehend schlagartig bei seiner Befüllung eine Arbeitsmediummenge aus dem restlichen Kühlmittelkreislauf 120 abzieht, dadurch ausgeglichen, dass die sich im Dämpfungszylinder 30 befindende Arbeitsmediummenge dem Kühlmittelkreistauf 120 wieder zugeführt wird.

Die Schaltung des Dämpfungszylinders 30, welcher einen Kolben 30. 1 und eine Druckfeder 30.2 aufweist, wird über den Druck in der Leitung 38 geregelt. Der Druck in der Leitung 38 wird wiederum über das Ventil 31 eingestellt. Wie man sieht, ist die Leitung 38 mit der Seite des'Zylinders 30 strömungsleitend verbunden, welche der Druckfederseite des Zylinders 30 entgegengesetzt ist.

Somit drückt die Druckfeder 30.2 den Kolben entgegen des Druckes in der Leitung 38.

Durch die Rückschlagventile 34 und 35 in den Leitungen 32 und 33 wird erreicht, dass das Arbeitsmedium beim Umschalten vom Bremsbetrieb zum Nichtbremsbetrieb im wesentlichen aus dem Arbeitsraum 140 des Retarders oder aus einem Leitungszweig hinter dem Arbeitsraum des Retarders abgezogen wird und beim Umschalten vom Nichtbremsbetrieb zum Bremsbetrieb über die Leitung 33 der Leitung 19 zugeführt wird.

In der in der Figur 1 gezeigten Ausführungsform umfasst der hydrodynamische Retarder drei unterschiedliche Dichtungen. Eine ständig mit Kühlmittel umspülte Dichtung 14, die vorzugsweise eine Gleitringdichtung mit absoluter Dichtheit nach außen-hin zur Atmosphäre ist. Eine weitere Dichtung 15 hat in ihrer Dichtfunktion zwei Aufgaben zu erfüllen. Im Nichtbremsbetrieb wird die Kühlflüssigkeit, die über die Leitung 19 ständig den Innenraum 16 des Retardergehäuses als Kühlstrom durchfließen kann, absolut in Richtung Rotor und Stator abgedichtet, d. h. die Dichtung 15 übernimmt im Nichtbremsbetrieb die Dichtfunktion. Die Spaltringdichtung 15.1 wirkt im Bremsbetrieb als berührungsfreie Labyrinthdichtung und die Kühlflüssigkeit durchströmt die Dichtung 15, die in diesem Falle keine Dichtheit übernimmt. Damit ist gewährleistet, dass die Dichtung 14 im Bremsbetrieb auf das Druckniveau des geschlossenen Kühlsystems abgesenkt wird.

Der Innenraum 16 ist so gestaltet, dass er als wärmeabführender Kühlmantel des Retarders funktioniert, in dem das kühlere Medium über die Leitung 19 zufließt und über die Leitung 20 abfließen kann.

Die Figuren 2 und 3 zeigen alternative Ausgestaltungen der Erfindung, die sich dadurch auszeichnen, dass das Zuführen und Abführen des Arbeitsmediums durch den Dämpfungszylinder 30 automatisch und zwar allein in Abhängigkeit von Drücken im Kühlmittelkreislauf erfolgt. Der Dämpfungszylinder 30 ist über die Leitung 42 arbeitsmediumleitend an eine Stelle hohen Druckes hinter dem Retarder 100 und dem die Entleerung des Retarders 100 regelnden Regelventil 17 angeschlossen und über eine Leitung 41 druckleitend an eine Stelle niedrigen Druckes vor dem Retarder 100 hinter dem Umschaltventil 13. Beim Übergang vom Bremsbetrieb zum Nichtbremsbetrieb schaltet das Umschaltventil 13 die Arbeitsmediumströmung derart um, dass der Retarder 100 nicht mehr mit Arbeitsmedium über die Leitung 43 versorgt wird, sondern das gesamte Arbeitsmedium über den Bypass 66 am Leitungszweig des Kühimittelkreislaufs mit dem Retarder 100 vorbeigeleitet wird. Dementsprechend sinkt der Druck in der Leitung 43 und damit auch in der druckverbindenden Leitung 41 ab. Der Kolben 30. 1 des Dämpfungszylinders 30 wird entgegen der Druckkraft der Druckfeder 30.2 gedrückt und nimmt über die Leitung 42 Arbeitsmedium aus dem Kühlmittelkreislauf 120 auf. Somit wird der Anteil des Arbeitsmediums, welcher aus dem Retarder 100 bei seiner Entleerung abgegeben wird, durch den Dämpfungszylinder 30"aufgefangen", ein entsprechender Druckstoß durch das Entleeren des Retarders gedämpft.

Beim anschließenden Übergang vom Nichtbremsbetrieb zum Bremsbetrieb schaltet das Umschaltventil die Arbeitsmediumströmung wieder in die Leitung 43 in Richtung des Retarders 100. Somit steigt der Druck in der Leitung 43 und damit auch in der Druckverbindung 41 zum Dämpfungszylinder 30 an. Dieser ansteigende Druck drückt zusammen mit der Druckkraft der Feder 30.2 den Kolben 30.1 des Dämpfungszylinders 30 entgegengesetzt des statischen Drucks aus der Leitung 42 und schiebt somit die im Dämpfungszylinder 30 befindliche Arbeitsmediummenge zurück in den Kühimittelkreislauf 120. Dadurch wird zumindest teilweise der Druckabfall im Kühlmittelkreislauf 120 ausgeglichen, welcher dadurch entsteht, dass sich der Retarder 100 füllt.

Die Ausführungsform gemäß der Figur 3 entspricht im wesentlichen der Ausführungsform gemäß der Figur 2. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugsziffern wie in der Figur 2 bezeichnet. Ein Unterschied liegt in der Anordnung des Retarderkreislaufs im Kühimittelkreislauf 120 des Fahrzeugs. Bei zugeschaltetem Retarder ist nämlich in der Figur 3 der Abzweig des Kühimittelkreislaufs mit dem Retarder 100 zwischen der Kühlmittelpumpe 2 und dem Motor 1 eingebunden. Bei der Figur 2 hingegen war dieser Kreislaufzweig im Kühlmittelkreislauf 120 hinter dem Motor 1 eingebunden. Wie bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 ist ein auf Durchlass umschaltbares Abstellventil 62 vorgesehen sowie eine Druckentlastungsleitung 64, die mit dem Ausgleichsbehälter 6 verbunden ist. Das Druckabstellventil 62 ist in der Druckentlastungsleitung 64 angeordnet und wird beim Auftreten hoher Druckspitzen, beispielsweise einem Impulsschlag beim Entleeren des Retarders, geöffnet. Durch diese zusätzliche Maßnahme können beim Retarderbetrieb beziehungsweise beim Umschalten vom Bremsbetrieb zum Nichtbremsbetrieb im Kühlkreislauf auftretende Druckspitzen weiter abgebaut werden. Die Druckentlastungsleitung 64 ist direkt mit dem Ausgleichsbehälter 6 verbunden.

Die Figur 4 zeigt eine Weiterentwicklung der Erfindung. Das dargestellte Schaltschema zeigt Maßnahmen, die getroffen wurden, um beim Übergang vom Bremsbetrieb zum Nichtbremsbetrieb des Retarders 100 einen Druckstoß im System, insbesondere in der Leitung 51 weitgehend zu vermeiden. Ferner sind Maßnahmen dargestellt, welche zusätzlich oder alternativ ausgeführt sein können, um einen Druckstoß beziehungsweise stoßartigen Druckabfall beim Übergang vom Nichtbremsbetrieb in den Bremsbetrieb zu vermeiden.

Die erstgenannten Maßnahmen-Ausschaltstoßvermeidung-sind im wesentlichen durch das druckgeschaltete Ventil 62 mit den angeschlossenen Leitungen 64 und 65 verkörpert. Die Leitung 64 ist mit ihrem dem Ventil 62 abgewandten Ende in einer Hochdruckzone des Kühlkreislaufs angeordnet. Dies kann beispielsweise im Bereich des Arbeitsmediumauslasses des Retarders beziehungsweise an einem Entleerungskanal, welcher im Retardergehäuse ausgebildet ist, sein. Dort kann zum Beispiel zu Beginn des Nichtbremsbetriebs ein Druck von 11 bar herrschen. Eine weitere vorteilhafte Anschlussmöglichkeit ergibt sich mit der Position zwischen dem dargestellten Rückschlagventil und der einstellbaren Drossel im Regelventil 17. Dort kann beispielsweise ein Druck von 30 bar vorliegen.

Die Leitung 64 ist mit ihrem dem Ventil 62 abgewandten Ende in einer Niederdruckzone angeschlossen. Dort herrscht vorteilhaft ein Druck von maximal 2 bar. Der Anschluss kann beispielsweise im Bereich des Zulaufs des Retarders 100 vorgesehen sein, insbesondere an einem Füllkanal, der im Retarder ausgebildet ist.

Die Ansteuerung des Ventils 62 erfolgt vorteilhaft mit dem gleichen Schaltimpuls, der auch das Ventil 13 ansteuert. Beide Ventile werden insbesondere durch einen Druckstoß geschaltet (p-geschaltet). Beim Übergang vom Bremsbetrieb zum Nichtbremsbetrieb wird das Ventil 62 von einer geschlossenen Stellung in eine geöffnete Stellung geschaltet. Dadurch stellt sich eine Kurzschlussströmung über den Retarder 100 ein, das heißt Arbeitsmedium, vorliegend das Kühlmedium des Fahrzeugs, strömt aus der genannten Hochdruckzone über die Leitungen 64 und 65 in die genannte Niederdruckzone. Dadurch wird ein Ausstoß des gesamten Arbeitsmediums, welches im Bremsbetrieb durch den Retarder beziehungsweise die angeschlossenen Rohrleitungen aufgenommen war, verzögert in die Leitung 51 eingespeist, da durch die Kurzschlussströmung eine erhebliche Menge zunächst im Bereich des Retarders 100 zurückgehalten wird. Somit wird ein Druckstoß in der Leitung 51 vermieden. Der Kühlkreislaufbereich zwischen dem Ventil 13 und dem Ventil 17 über den Retarder 100 und die an diesen angeschlossenen Leitungen wird gleichmäßig entleert.

Gleichzeitig ist wie in den vorhergehenden Ausführungen ein Dämpfungszylinder 30 vorgesehen, welcher beim Umschalten vom Bremsbetrieb zum Nichtbremsbetrieb Arbeitsmedium aufnimmt und dieses wiederum beim Umschalten vom Nichtbremsbetrieb zum Bremsbetrieb abgibt. Wie man sieht, ist in diesem Ausführungsbeispiel die arbeitsmediumführende Leitung 42, welche entgegengesetzt zu der Druckfeder im Dämpfungszylinder 30 angeschlossen ist, mit einem Hochdruckbereich zwischen dem Rückschlagventil und der einstellbaren Drossel des Regelventils 17 verbunden. In die Leitung 42 ist eine Drossel 43 geschaltet, so dass beim Übergang vom Bremsbetrieb zum Nichtbremsbetrieb die abgesaugte Arbeitsmediummenge kontrolliert aus dem Kühlmittelkreislauf abgesaugt wird. Gleichzeitig wird durch diese Drossel 43 beim Übergang vom Nichtbremsbetrieb zum Bremsbetrieb die Arbeitsmediummenge des Dämpfungszylinders 30 kontrolliert in den Kühlmittelkreislauf 120 eingespeist.

Um eine optimale, das heißt möglichst geringe Verlustleistung im Nichtbremsbetrieb zu erreichen, ist vorteilhaft das Regelventil 17 derart ausgeführt, dass es im Nichtbremsbetrieb den Kühlkreislauf des Fahrzeugs (beginnend mit Leitung 51) im Nichtbremsbetrieb vollständig gegenüber dem Leitungszweig mit dem Retarder 100 abdichtet. Gleiches gilt für das Ventil 13, welches vorteilhaft ebenfalls im Nichtbremsbetrieb den Kühlkreislauf des Fahrzeugs (beginnend mit dem Leitungszweig, in welchem der Motor 1 dargestellt ist) gegenüber dem Leitungsbereich, in welchem der Retarder 100 angeordnet ist, vollständig abdichtet. Das Ventil 13 ist im Nichtbremsbetrieb zudem derart geschaltet, dass die gesamte ankommende Kühlmittelmenge über die Leitung 66 in die Leitung 51 geleitet wird.

Um einen Einschaltstoß zu vermeiden, wie oben angedeutet, kann das Ventil 13 beim Übergang vom Nichtbremsbetrieb zum Bremsbetrieb des Retarders in eine Zwischenstellung geschaltet werden, so dass zunächst nur ein Teil des Kühlmediums über die Leitung 67 zum Retarder 100 geleitet wird, während ein anderer Teil weiterhin über die Leitung 66 zur Leitung 51 geleitet wird und damit im Fahrzeugkühlkreislauf verbleibt, ohne durch den Retarder geleitet worden zu sein.

Wie in der Figur 4 ferner durch die strichpunktierte Linie angedeutet ist, können vorgegebene einzelne Bauteile zu einer Wasserretardereinheit 70 integriert werden. Diese erfindungsgemäß ausgebildete Wasserretardereinheit 70 umfasst in einer Ausführungsform den Retarder 100 und das Mittel zum Ausgleich von Druckschwankungen beim Umschalten vom Bremsbetrieb zum Nichtbremsbetrieb und umgekehrt. In einer besonderen Ausführung ist ein solches Mittel der dargestellte Dämpfungszylinder 30, insbesondere zusammen mit der Drossel 43, dem Regelventil 17 und dem Umschaltventil 13. In einer besonders vorteilhaften Ausführung umfasst die Wasserretardereinheit 70 ferner die Druckentlastungsleitungen 64 und 65 mit dem dazwischen geschalteten Druckabstellventil 62. Selbstverständlich sind vorteilhaft an der Wasserretardereinheit 70 Anschlussstellen zur Drucksteuerung beziehungsweise Druckregelung vorgesehen, zum Beispiel zur Druckschaltung des Ventils 13 und zur Druckregelung des Ventils 17. Auch die übrigen von der strichpunktierten Linie umschlossenen Leitungen sind vorteilhaft in der Wasserretardereinheit 70 integriert, so dass diese als flexibel einsetzbares Standardbauteil an einen Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeugs angeschlossen werden kann, wobei die Wasserretardereinheit 70 insbesondere mit genau einem Anschluss 71 zum Zuführen von Kühlmedium und einem einzigen Anschluss 72 zum Abführen von Kühlmedium versehen ist.