Die vorliegende Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Retarder und ein Verfahren zum Betätigen eines solchen, im Einzelnen gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.

Hydrodynamische Retarder werden seit langem als verschleißfreie Dauerbremsen in Antriebssträngen, insbesondere in Kraftfahrzeugantriebssträngen, letzteres beispielsweise in Lastkraftwagen eingesetzt. Hierbei wird der Rotor des hydrodynamischen Retarders, welcher mit einem zugeordneten Stator einen torusförmigen stets mit Arbeitsmedium befüllten oder befüllbaren Arbeitsraum ausbildet, durch den Antriebsstrang angetrieben und bremst dadurch den

Antriebsstrang, insbesondere das Fahrzeug, ab, weil Drehmoment über einen hydrodynamischen Kreislauf des Arbeitsmediums im Arbeitsraum vom Rotor auf den Stator übertragen wird. Anstelle eines Stators kann auch ein gegenläufig zum Rotor angetriebener Gegenlaufrotor vorgesehen sein, um einen sogenannten Gegen lauf retarder auszubilden.

Je stärker der Rotor und in der Regel damit eine Rotorwelle, die den Rotor trägt und mit dem Antriebsstrang in einer Triebverbindung steht, verzögert wird, umso höher ist die vom Retarder aufgebrachte Bremsleistung. Somit ist die Entwicklung von hydrodynamischen Retardern darauf spezialisiert, eine möglichst starke Verzögerung des Rotors des hydrodynamischen Retarders im Sinne von hohen Bremsleistungen zu erreichen.

Nachteilig an den bekannten Ausführungsformen ist, dass im Nichtbremsbetrieb des hydrodynamischen Retarders dieser häufig sogenannte Leerlaufverluste erzeugt, die den Antriebsstrang unerwünscht abbremsen. Wenn eine

Trennkupplung zur mechanischen Abkopplung des Rotors des hydrodynamischen Retarders im Nichtbremsbetrieb vorgesehen ist, so sind zwar die Leerlaufverluste minimiert, jedoch ist das Ankoppeln des Rotors des hydrodynamischen Retarders beim Übergang vom Nichtbremsbetrieb zum Bremsbetrieb aufgrund der von der Trennkupplung aufzubringenden Schaltarbeit problematisch. Schließlich gibt es Anwendungsfälle, bei denen ein exaktes vorhersehbares Bremsmoment des hydrodynamischen Retarders sichergestellt sein soll, was bei den bekannten Ausführungsformen ohne erheblichen zusätzlichen Aufwand noch nicht in ausreichendem Maße erfüllt ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen

hydrodynamischen Retarder und ein Verfahren zum Betätigen eines solchen anzugeben, welche die vorgenannten Probleme abschwächen oder vermeiden.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch einen hydrodynamischen Retarder mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 9 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.

Ein erfindungsgemäßer hydrodynamischer Retarder weist, wie herkömmlich, einen in einem Bremsbetrieb umlaufenden Rotor und einen in Gegenrichtung hierzu angetriebenen beziehungsweise umlaufenden Gegenlaufrotor, um einen

Gegen lauf retarder auszubilden, oder einen stationären Stator auf. Rotor und Stator beziehungsweise Rotor und Gegenlaufrotor bilden gemeinsam einen stets mit Arbeitsmedium befüllten oder befüllbaren Arbeitsraum aus. Der Rotor ist mit Antriebsleistung über einen Antriebsstrang zur Abbremsung dieses Antriebsstrangs antreibbar.

Erfindungsgemäß ist nun dem hydrodynamischen Retarder eine

Energiespeichervorrichtung zugeordnet oder in diesen integriert, umfassend einen mechanischen Energiespeicher, beispielsweise Federspeicher, Druckspeicher oder kinetischen Energiespeicher, und eine mit dem Rotor verbundene Beschleunigungseinrichtung. Die Beschleunigungseinrichtung wird mit Energie aus dem Energiespeicher zur Umwandlung dieser Energie in Rotationsenergie betrieben und erzeugt somit eine Drehbeschleunigung des Rotors des

hydrodynamischen Retarders.

Die Beschleunigungseinrichtung kann beispielsweise als hydraulische Maschine oder als pneumatische Maschine ausgeführt sein, in Kombination mit einem Energiespeicher als Druckspeicher, insbesondere Luftdruckspeicher,

Gasdruckspeicher oder hydraulischer Speicher. Insbesondere kommt ein

Kolbenmotor oder eine Turbine, beispielsweise Peltonturbine, Luftmotor,

Gasmotor, Luftturbine, gasdruckbetriebene oder Gasturbine in Betracht.

Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die

Beschleunigungsmaschine als reversibel zur Einbringung von Energie in den Energiespeicher betreibbar ausgeführt, insbesondere als Kolbenmotor oder Strömungsverdichter. Alternativ oder zusätzlich kann die

Energiespeichervorrichtung eine Ladeeinrichtung aufweisen, welche kinetische Energie, insbesondere des Rotors der hydrodynamischen Maschine und/oder Druckenergie des Arbeitsmediums des hydrodynamischen Retarders, in Energie des Energiespeichers, insbesondere in Druckenergie, umwandelt und dem

Energiespeicher zuführt. Gemäß einer Ausführungsform arbeitet die

Ladeeinrichtung ausschließlich im Bremsbetrieb des hydrodynamischen Retarders und führt ausschließlich Energie des hydrodynamischen Retarders dem

Energiespeicher zu.

Eine erfindungsgemäße Ausführungsform sieht vor, dass der Energiespeicher als Schwungrad ausgeführt ist, der mittels einer Kupplung, insbesondere

magnetischen Kupplung, wahlweise zuschaltbar und mit dem Rotor des Retarders in Triebverbindung bringbar ist. So kann beispielsweise immer im Bremsbetrieb oder zu ausgewählten Zeitpunkten des Bremsbetriebs des hydrodynamischen Retarders oder auch unabhängig vom Bremsbetrieb des hydrodynamischen Retarders Rotationsenergie des hydrodynamischen Retarders oder einer anderen im Antriebsstrang, in den der hydrodynamische Retarder eingebracht ist, umlaufenden Masse zur Beschleunigung des Schwungrades verwendet werden, und zu einem späteren Zeitpunkt zur Beschleunigung des Rotors des

hydrodynamischen Retarders herangezogen werden.

Eine andere Ausführungsform, die jedoch auch zusätzlich vorgesehen sein kann, sieht vor, dass der Energiespeicher als Druckspeicher oder Federspeicher ausgeführt ist, und die Beschleunigungseinrichtung eine Vorrichtung zur

Umwandlung einer Translation in eine Rotation aufweist, mittels welcher die Energie des Druckspeichers in Antriebsenergie für den Rotor des

hydrodynamischen Retarders umgewandelt wird. Die Umwandlungsvorrichtung kann beispielsweise eine Kolbengewindestange umfassen, die den Rotor des hydrodynamischen Retarders trägt und bei ihrer Verschiebung eine Drehbewegung des Rotors bewirkt, oder eine Kolbenzahnstange, die entsprechend mit einem mit dem Rotor in Triebverbindung stehenden Zahnrad oder auf diesem getragenen Zahnrad kämmt und somit ebenfalls durch ihre Verschiebung eine Drehung des Rotors bewirkt.

Der hydrodynamische Retarder beziehungsweise der Leistungszweig des

Antriebsstrangs, in welchem der hydrodynamischer Retarder angeordnet ist, beispielsweise ein Nebenabtrieb eines Kraftfahrzeuggetriebes oder Antriebsmotors des Antriebsstrangs, kann eine mechanische Trennkupplung zur mechanischen Abkopplung des Rotors des hydrodynamischen Retarders aufweisen und die

Beschleunigungseinrichtung kann dann zur automatischen Synchronisierung der Trennkupplung durch Beschleunigung des Rotors des hydrodynamischen

Retarders beim Schließen der Trennkupplung eingerichtet sein. Automatisch bedeutet hierbei, dass die Betätigung der Beschleunigungseinrichtung durch den Retarder oder die Trennkupplung selbst erfolgt, insbesondere durch entsprechende mechanische Wirkverbindungen. Neben der automatischen

Beschleunigung kommt auch eine durch eine Steuervorrichtung angesteuerte Beschleunigungseinrichtung zur Beschleunigung des Rotors in Betracht.

Beispielsweise kann die Retardersteuervorrichtung, welche den Retarder beziehungsweise dessen Bremsmoment steuert, auch zur Steuerung der

Synchronisierung der Trennkupplung mittels der erfindungsgemäßen

Beschleunigungseinrichtung herangezogen werden. Es kommt sowohl eine vollständige Synchronisierung der Trennkupplung als auch eine teilweise

Synchronisierung der Trennkupplung mittels der Beschleunigungseinrichtung in Betracht.

Unter Trennkupplung ist vorliegend jedes Bauteil zu verstehen, das in einem ersten Betriebszustand eine Leistungsübertragung, insbesondere mechanische Leistungsübertragung herstellt und in einem zweiten Betriebszustand unterbricht, somit beispielsweise Synchronelemente, Reibkupplungen und anderes.

Wie dargelegt, sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, dass die

Energiespeichervorrichtung mit der Beschleunigungseinrichtung dazu verwendet wird, eine Trennkupplung eines mechanisch abkoppelbaren hydrodynamischen Retarders zu synchronisieren, um dadurch die Schaltarbeit der Trennkupplung zu reduzieren. Alternativ kommt jedoch auch in Betracht, den Rotor eines nicht abkoppelbaren hydrodynamischen Retarders zu beschleunigen, beispielsweise um ein angefordertes Bremsmoment besonders exakt durch mehr oder minder starkes Antreiben des Rotors einzustellen. Schließlich kann die erfindungsgemäße

Energiespeichervorrichtung dazu verwendet werden, die Leerlaufverluste im

Nichtbremsbetrieb durch Antreiben des Rotors des hydrodynamischen Retarders zu reduzieren.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betätigen eines erfindungsgemäßen hydrodynamischen Retarders sieht vor, den Rotor beim Übergang von einem Nichtbremsbetrieb des hydrodynamischen Retarders zum Bremsbetrieb des hydrodynamischen Retarders, im Bremsbetrieb des hydrodynamischen Retarders oder im Nichtbremsbetrieb des hydrodynamischen Retarders mit Energie aus dem Energiespeicher mittels der Beschleunigungseinrichtung zu beschleunigen.

Besonders kommt jedoch die Beschleunigung beim Übergang vom

Nichtbremsbetrieb zum Bremsbetrieb in Betracht, wenn eine Trennkupplung zur mechanischen Abkopplung des Rotors vorgesehen ist.

Insbesondere im letzteren Fall kann vorgesehen sein, dass die

Energiespeichervorrichtung ausschließlich zum Beschleunigen des Rotors des Retarders beim Übergang vom Nichtbremsbetrieb zum Bremsbetrieb

herangezogen wird und außerhalb dieses Übergangs, das heißt im Bremsbetrieb, der Rotor des hydrodynamischen Retarders ausschließlich durch Antriebsleistung aus dem Antriebsstrang, der mit dem hydrodynamischen Retarder abgebremst werden soll, beispielsweise Kraftfahrzeugantriebsstrang, angetrieben wird.

Ferner kann vorgesehen sein, dass der Energiespeicher im Bremsbetrieb oder ausschließlich im Bremsbetrieb des hydrodynamischen Retarders mittels kinetischer Energie des Retarders oder Druckenergie des Retarders, insbesondere bereitgestellt oder umgewandelt durch die Beschleunigungseinrichtung oder die Ladeeinrichtung, aufgeladen wird.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren exemplarisch beschrieben werden.

Es zeigen:

Figur 1 einen sekundärseitig an einem Fahrzeuggetriebe angeschlossenen hydrodynamischen Retarder mit einem Schwungradspeicher; Figur 2 eine Ausführungsform eines hydrodynamischen Retarders mit einem Druckspeicher.

In der Figur 1 ist ein Kraftfahrzeugantriebsstrang dargestellt, mit einem

Antriebsmotor 1, einem Getriebe 2 und einem sekundärseitig am Getriebe 2 angeschlossenen hydrodynamischen Retarder 3. Der Antriebsmotor 1 treibt über das Getriebe 2 Antriebsräder 4 des Kraftfahrzeugs an.

Der hydrodynamische Retarder 3 umfasst einen Rotor 5 und einen Stator 6, die gemeinsam einen torusförmigen Arbeitsraum ausbilden. Der Rotor 5 ist mittels einer Trennkupplung 7 vom Antriebsstrang mechanisch abkoppelbar.

Ferner ist dem Rotor 5 ein Schwungrad 8 zugeordnet, das mittels einer Kupplung, insbesondere magnetischen Kupplung 9, wahlweise mit dem Rotor 5 in

Triebverbindung schaltbar ist oder von diesem abkuppelbar ist.

Somit ist es möglich, in geeigneten Betriebszuständen, beispielsweise beim

Bremsbetrieb des hydrodynamischen Retarders 3, Antriebsleistung vom Rotor 5 auf das Schwungrad 8 zu übertragen, und immer dann, wenn es günstig ist, den Rotor 5 zu beschleunigen, Antriebsleistung vom Schwungrad 8 auf den Rotor 5 zu übertragen, beispielsweise zum Synchronisieren der Trennkupplung 7 beim

Übergang vom Nichtbremsbetrieb zum Bremsbetrieb.

In der Figur 2 ist wiederum ein hydrodynamischer Retarder 3 mit einem Rotor 5 und einem Stator 6 dargestellt. Der Rotor 5 ist erneut mittels einer Trennkupplung 7 von einem Antriebsstrang, der durch den hydrodynamischen Retarder 3 abgebremst werden soll, abkuppelbar. Das Arbeitsmedium wird dem Arbeitsraum 10 des hydrodynamischen Retarders aus einem externen Arbeitsmediumkreislauf (nicht dargestellt) über den Zulauf 11 zugeführt und über den Ablauf 12 abgeführt, sodass das Arbeitsmedium im externen Arbeitsmediumkreislauf gekühlt werden kann. Die Zuführung erfolgt beispielsweise, wie dargestellt, über einen über den Umfang umlaufenden Ringkanal und weiter über eine oder mehrere Bohrungen im Stator. Die Abfuhr kann entsprechend erfolgen, nur umgekehrt in der Reihenfolge der Durchströmung.

Zusätzlich zu der Abfuhr 12 ist ein Druckanschluss 13 für Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum 10 am hydrodynamischen Retarder 3 vorgesehen, über welchen druckbeaufschlagtes Arbeitsmedium im Bremsbetrieb des hydrodynamischen Retarders 3 in einen Druckspeicher 14 geleitet werden kann. Hierzu kann ein Ventil 15, insbesondere Rückschlagventil, vorgesehen sein, das die Aufladung des Druckspeichers 14 regelt.

Der Druckspeicher 14 weist ferner eine Druckableitung 16, in der Regel mit einem Ventil 17 auf, das druckbeaufschlagtes Arbeitsmedium, insbesondere über die hier dargestellte Düse 18, zum Beschleunigen des Rotors 5 auf eine rückseitige

Beschaufelung 19 des Rotors 5 leitet.

Somit kann vom Retarder 3 selbst erzeugte Energie später zur Beschleunigung des Rotors 5 herangezogen werden, beispielsweise um die Trennkupplung 7 zu synchronisieren.