Hydrostatisch-hydrodynamische Getriebebremse Die Erfindung betrifft eine hydrostatisch-hydrodyna- mische Getriebebremse, insbesondere für Landfahr zeuge, bestehend aus einem von der zu bremsenden Welle nach Art einer Zahnradpumpe angetriebenen, während des Bremsens in Öl laufenden Zahnradpaar und einem an die Zahnräder in dem Bereich ihrer Ver zahnungsabschnitte, in welchem die Zähne in Eingriff treten, stirn- und umfangsseitig je nach gewünschter Bremskraft mehr oder weniger dicht anstellbaren Brems schuh.
Ähnliche Bremsen hydrodynamischer Bauart sind zwar bereits bekanntgeworden; jedoch weisen die be kannten Ausführungen den Nachteil auf, dass die Lei stungsverluste wegen des ständigen Umlaufs der Zahn räder in Öl bei ungebremstem Lauf zu gross sind oder dass, wenn diese Bremsen ausreichend klein gebaut sind, um erträgliche Leerlaufverluste zu haben, auch die Bremskapazität so klein ist, dass die Bremsen für mo derne Lastkraftwagen nicht in Frage kommen.
Um die Leerlaufverluste einer nach Art einer Zahn radpumpe arbeitenden Bremse auszuschalten, ist es auch schon bekannt, zwischen der Bremse und der zu brem senden Welle eine Reibungskupplung anzuordnen, die nur zum Bremsen eingekuppelt wird. Durch die zusätz liche Kupplung und die notwendige hydraulische Aus gleichssteuerung zur Erzielung eines weichen Greifens beim Bremsen wird diese vorbekannte Konstruktion jedoch sehr kompliziert und ist deshalb nur für teure Anlagen verwendbar.
Die Erfindung bezweckt die Beseitigung dieser Män gel. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnräder während des ungebremsten Fahrbetriebs bis auf eine eventuell notwendige Schmierung trocken laufen und eine Ölzufuhr zu dem Eingriffsbereich, in welchem die Zähne in Eingriff treten, erst unmittelbar bei Betätigung des Bremsschuhs erfolgt. Dadurch lassen sich die Leer laufverluste der Bremse auf weniger als 1/aoo der bekann ten Getriebebremsen reduzieren, und unnötige Aufwär mung des Öls wird ebenso vermieden wie Schäumen und Ungleichmässigkeit des Bremsverlaufs.
Erst unter Zu- hilfenahme der Erfindung lassen sich daher praktisch brauchbare Bremsen ohne Trennkupplung mit sehr klei nen Leerlaufverlusten für die notwendigen hohen Brems kapazitäten moderner, schnellaufender Last- und Per sonenkraftwagen konstruieren.
Da, wie die nachfolgend beschriebenen Ausführungs beispiele der Erfindung zeigen, die Ölzufuhr zu den Zahnrädern ebenso schnell erfolgen kann wie das An drücken des Bremsschuhs, muss der durch die Erfindung erzielte Vorteil des verlustfreien Laufs während des nor malen Fahrbetriebs nicht mit dem Nachteil einer länge ren Ansprechzeit der Bremse erkauft werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher er läutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erstes Ausfüh rungsbeispiel einer Bremse gemäss der Erfindung.
Fig. 2 einen Schnitt nach Linie 11--I1 in Fig. 1, Fig. 3-5 Profile bevorzugter Verzahnungsformen für die Zahnräder der Bremse, Fig. 6 die Getriebebremse nach Fig. 1 und 2, wobei die Kühlanlage der Getriebebremse mit der Kühlanlage eines wassergekühlten Motors verbunden ist, Fig. 7 einen Querschnitt durch ein weiteres Aus führungsbeispiel einer erfindungsgemässen Getriebe bremse nach Linie VII-VII in Fig. 8, Fig. 8 ein hydrodynamisch-mechanisches Getriebe,
auf dessen Abtriebswelle eine Getriebebremse gemäss Fig. 7 angeordnet ist, Fig. 9 einen mittleren Längsschnitt durch den Bremsschuh der Getriebebremse nach Fig. 7 und 8, Fig. 10 eine Draufsicht auf den Bremsschuh nach Fig. 9, Fig. 11 einen Querschnitt durch den Bremsschuh nach Fig. 9 und 10 entsprechend der Schnittlinie XI-XI in Fig. 10,
Fig. 12 eine schematische Darstellung der für die Betätigung der Bremse gemäss Fig. 9 und 10 erforder lichen Ölleitungen und Steuerorgane, Fig. 13 ein Diagramm der Bremsleistung, aufgetra gen über der Drehzahl der Abtriebswelle.
Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Getriebebremse, in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichnet, kann sowohl mitten in einem Antriebsstrang liegen als auch am Ende einer sich drehenden Welle angeordnet sein, wie z. B. nach Fig. 6. Die Funktionsweise ist in beiden Fällen die glei che. Auf der zu bremsenden Getriebewelle sitzt undreh- bar mit dieser verbunden ein Zahnrad 12, welches mit einem weiteren Zahnrad 14 kämmt. Das letztere läuft entweder frei drehbar auf einer zu der Getriebewelle parallelliegenden Nebenwelle 16 oder ist mit dieser zu sammen frei drehbar gelagert.
Die Umlaufrichtung der beiden Zahnräder 12 und 14 muss zum Bremsen gleich bleibend sein, und zwar derart, dass die Zähne entspre chend der Pfeilrichtung A von unten her gegeneinander laufen. Daraus folgt, dass die Getriebewelle, z. B. die Ab triebswelle eines hydrodynamisch-mechanischen Getrie bes, in konstanter Richtung drehen muss. Ein Getriebe für einen Wechsel der Drehrichtung, z. B. zum Umschal ten zwischen Vorwärts- und Rückwärtsgang, muss also z. B. bei Schienenfahrzeugen, wo das Bremsaggregat in beiden Fahrtrichtungen gebraucht wird, in Richtung des Leistungsflusses gesehen, hinter der Getriebebremse 10 angeordnet sein.
Mit den Zahnrädern 12 und 14 wirkt ein Brems schuh 18 zusammen, welcher auf einer ortsfesten Achse 20 verschwenkbar gelagert ist. Er weist zwei kreis förmige Ausfräsungen 22 auf, deren Durchmesser auf den Kopfkreisdurchmesser der Zahnräder 12 und 14 abgestimmt sind und bei einem Verschwenken des Bremsschuhs 18 um die Achse 20 im Uhrzeigersinne sich als umfangsseitige Dichtflächen an die Zahnräder anlegen. Seitenstege 24 des Bremsschuhs 18 bilden ausserdem bis über den Wälzpunkt der Zahnräder 12 und 14 hochgezogene Dichtflächen an den Stirnseiten derselben.
Wie aus der Zeichnung zu ersehen, sind die kreis bogenförmigen Dichtflächen 22 nicht mit spritzwinkli- gem, bis zum Eingriff zwischen die Zahnräder 12 und 14 reichendem Übergang ausgeführt, sondern dieser Übergang wird durch eine zurückgesetzte Fläche 26 ge bildet. Selbst wenn also der Bremsschuh 18 in Richtung gegen die Zahnräder 12 und 14 gedrückt wird, bleibt zwischen der zurückgesetzten Fläche 26 und den bei den Zahnrädern ein freier Raum 28 bestehen.
Im Beispielsfall nach Fig. 1 und 2 besitzt die Ge triebebremse ein für sich abgeschlossenes Gehäuse. Es besteht aus einem Gehäuseoberteil 30 und einem Ge häuseunterteil 32. Die Wellen der Zahnräder und die den Bremsschuh 18 tragende Achse 20 sind im Ge häuseoberteil 30 gelagert. In das Gehäuseunterteil 32 sind Zylinder 34 und 36 für einen Betätigungskolben 38 und einen Ausgleichskolben 40 eingearbeitet. Beide Kolben wirken in dem Sinne auf den Bremsschuh 18, dass sie bei Betätigung diesen gegen die Zahnräder an drücken.
Eine Bremswirkung wird erzielt, wenn die beiden Zahnräder 12 und 14 in Öl laufen und der Bremsschuh 18 gegen sie angedrückt wird. Dann wird nämlich im Bereich der gegeneinanderlaufenden Zähne auf den Un terseiten der Zahnräder Öl in die Zahnlücken zum Raum 28 hin mittransportiert, welches infolge des Eingriffs der Zähne aus den Zahnlücken verdrängt wird, sich jedoch nur unter Leistungsverbrauch zwischen den kämmenden Zähnen sowie Stirn- und umfangsseitig zwischen den Zahnrädern und den Dichtflächen des Bremsschuhs 18 herausquetschen lässt. Der erwähnte Leistungsverbrauch bildet die Bremsleistung.
Gemäss der Erfindung laufen die Zahnräder 12 und 14 nicht ständig in Öl, sondern dieses wird für jeden Bremsvorgang erst zugeführt. Bei der Ausführung der Bremse nach Fig. 1 und 2 ist vorgesehen, dass das zum Bremsen benötigte Öl in das abgeschlossene Bremsen gehäuse eingefüllt wird und dann darin verbleibt. Ein verschliessbarer öleinlass 42 befindet sich auf der linken Seite des Gehäuses 30, 32 in der Darstellung gemäss Fig. 1.
In gelöstem Zustand der Bremse wird Öl, welches auch die Zylinder 34 und 36 oberhalb der in entspann ter Lage der Bremse auf dem Boden dieser Zylinder auf sitzenden Kolben 38 und 40 auffüllt, in den öleinlass 42 eingegossen, bis es auf ein Niveau Hl ansteigt. Bei diesem Ölstand reichen die Zahnräder 3 und 4 auch mit ihren untersten Zähnen noch nicht bis in das Öl und laufen infolgedessen mit kleinen Leistungsverlusten, ohne<B>öl</B> auszuquetschen.
Zum Bremsen wird durch einen Einlass 44 Press luft in den Zylinder 34 unter den Kolben 38 geleitet. Dadurch hebt sich der Kolben 38, und zwar unter Span nung einer zwischen ihm und dem Bremsschuh 18 auf gespannten Druckfeder 46, welche den Kolben 38 nach dem Bremsen wieder in seine Ausgangsstellung zurück drückt; jedoch legt sich dabei wegen einer in Gegen richtung wirkenden Druckfeder 48 zwischen Bremsschuh 18 und Gehäuseoberteil 30 der letztere noch nicht in dichtender Anlage an die Zahnräder 12 und 14 an. Zu nächst steigt mit dem Heben des Kolbens 38 nur der Ölstand im Bremsengehäuse und erreicht die Zahnräder.
Der Bremsschuh 18 wird durch den Betätigungskolben erst dann im Uhrzeigersinn um seine Lagerachse 20 verschwenlct, wenn eine ballige Lagerfläche 50 am obe ren Ende eines nach oben weisenden Kolbenschaftes 52 an einer entsprechenden balligen Gegenfläche 54 auf der Unterseite des Kopfes 56 eines in einer axialen Mit telbohrung durch den Betätigungskolben 38 und seinen Schaft 52 hindurchgeführten Bolzens 58 anlegt und über den Bolzenkopf 56 gegen den Bremsschuh 18 drückt.
Wegen der Verschwenkbewegung des Bremsschuhs 18 ist zwischen dem letzteren und dem Kopf 56 des Bolzens 58 ein Kugelgelenk 60 vorgesehen. In dieser oberen Lage des Betätigungskolbens 38 erreicht der Ölstand das strichpunktiert angedeutete Niveau H2. Bei diesem Ölstand findet das Bremsen statt. Danach, wenn der Druck unter dem Betätigungskolben 38 abgelassen wird, bewegt sich dieser unter dem Druck der Feder 46 wieder auf den Grund des Zylinders 34, wodurch sowohl der Bremsschuh 18 von den Zahnrädern 12 und 14 abhebt, als auch der Ölspiegel wieder auf das Niveau Hl fällt.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Betätigungskolben 38 nur deshalb verhältnismässig gross ausgeführt worden, um ein so grosses Ölvolumen an heben zu können, dass dadurch der Ölstand im gesamten Bremsengehäuse vom Stand Hl auf den Stand H2 steigt. Es soll dagegen mit dieser Massnahme nicht bezweckt werden, dass die Reaktionskraft des zwischen den Zahn rädern 12 und 14 und dem Bremsschuh 18 gestauten Öls auf den letzteren allein durch den Betätigungskolben 38 aufgenommen wird.
Zur Kompensation des grössten Teils der Reaktionskraft dient der Ausgleichskolben 40, der von unten mit dem grossen Druck des Raumes 28 beaufschlagt wird. Zu diesem Zweck führt ein Kanal 62 von der zurückgesetzten Fläche 26 in senkrechter Rich tung durch den Bremsschuh 18 und hat Anschluss an eine Bohrung 64 in axialer Richtung durch den Aus- gleichskolben 40 und dessen Schaft 66, welcher, wie auch im Falle des Betätigungskolbens 38, über ein Ku gelgelenk 68 am Bremsschuh 18 angreift. über den Kanal 62 und die Bohrung 64 gelangt Öl mit dem hohen Druck des Raumes 28 unter den Ausgleichskolben 40 und entlastet dadurch den Betätigungskolben 38.
Zweck mässig wird der Durchmesser des letzteren also so be messen, dass das Maximalmoment der Bremse unter Ausnutzung des Druckes der vorhandenen Druckluft er halten wird. Die Abdichtung im Kugelgelenk 68 zwi schen dem Bremsschuh 18 und dem Kohlenschaft 66 erfolgt dabei durch einen Dichtungsring 70. Für die Abdichtung der Kolben 38 und 40 in den Zylindern 34 und 36 sind Dichtungen 72 und 74 vorgesehen.
Bestimmend für die Bremsleistung der erfindungs gemässen Getriebebremse ist ausser der dichten Anlage der Seitenstege 24 des Bremsschuhs 18 an die Stirn flächen der Zahnräder 12 und 14 der Spalt zwischen den umfangseitigen Dichtflächen 22 und den Zähnen der Zahnräder. Um eine metallische Berührung zwischen den Zahnrädern und dem Bremsschuh zu verhindern und den Kleinstwert des Spaltes einstellen zu können, weicher, wie später noch zu erörtern, für die Bremsen charakteristik wichtig ist, wurde ein Anschlag für den Bremsschuh 18 vorgesehen, der z. B. aus einer mehr oder minder tief in einen Vorsprung 76 des Gehäuse oberteils 30 einschraubbaren Stellschraube 78 besteht.
Bei Versuchen mit Prototypen der erfindungsgemä ssen Bremse hat sich gezeigt, dass eine verhältnismässig starke Geräuschentwicklung auftritt, wenn die Zahn räder 12 und 14 mit normaler Verzahnung, z. B. einer Evolventenverzahnung, ausgeführt werden.
Die Geräuschbildung liess sich jedoch, wie gefunden wurde, schon dadurch wesentlich vermindern, dass die Zähne am Kopf und/oder am Fuss abgerundet wurden. In Fig. 3 ist solch eine bevorzugte Zahnform im Profil gezeigt, wobei, ausgehend von einer Evolventenverzah- nung, zunächst nur die Zahnköpfe abgerundet wurden. Eine weitere Verbesserung ergibt sich, wenn gemäss Fig. 4 zusätzlich die Übergänge am Zahnfuss rund aus geführt sind. In Fig. 5 schliesslich sind Zahnprofile ge zeigt, bei welchen von der Evolventenform abgegangen ist und die Zahnform nur noch durch Kreisbögen be stimmt wird.
In diesem Fall ergibt sich ein wesentlicher Vorteil dadurch, dass die Relativbewegung zwischen Be rührungspunkten der beiden Räder während der Ein griffe sehr klein oder überhaupt 0 ist, so dass bei einer Getriebebremse der in Frage stehenden Art ein hartes Partikel, das zwischen die Zähne gerät, kein Material aus dem einen Zahnrad auf das andere überträgt oder Material auf das eine oder das andere Zahnrad aufbaut, was bei der Evolventenverzahnung geschehen kann und dann zwangläufig zum Stillstand der Zahnräder führt.
Fig. 6 zeigt eine erfindungsgemässe Getriebebremse von der Art gemäss Fig. 1 und 2 in einer konkreten An wendung, anhand derer nachfolgend ein bevorzugtes Kühlsystem erläutert werden soll. Gezeigt ist ein Motor 80 eines Kraftfahrzeuges oder auch einer Lokomotive, welcher auf ein Getriebe 82 wirkt, von wo das über setzte Drehmoment über eine Kupplung 84 und eine Kardanwelle 86 auf die Eingangswelle 88 eines Wende getriebes 90 übertragen wird. Der Leistungsfluss geht dann durch dieses letztere hindurch auf dessen Abtriebs welle 92 und weiter auf die Antriebsräder des Fahr zeuges.
Die Getriebebremse 10 gemäss der Erfindung, zusammengebaut mit einem Ölkühler 94, greift an der Verlängerung der Eingangswelle 88 des Wendegetriebes 90 an, da diese Welle stets gleichsinnig dreht.
Zur Erklärung der Wirkungsweise des im Beispiels falle zur Anwendung kommenden Kühlsystems der Ge triebebremse 10 in Fig. 6 wird wiederum auf Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Es ist ersichtlich, dass die in der Bremse entstehende Wärme zunächst vom Bremsöl auf genommen wird. Man erhält deshalb eine technisch brauchbare Lösung des normalerweise schwierigen Pro blems der Kühlung, wenn man an den Ölvorrat im Bremsengehäuse einen Kühlkreislauf anschliesst, in wel chem erwärmtes Öl aus dem Bremsengehäuse abgesaugt und zu einem Ölkühler geleitet wird, wonach man es wieder dem Ölvorrat im Bremsengehäuse zuführt.
Dieser Grundgedanke lässt sich bei einer Bremse ge mäss der Erfindung noch weiter entwickeln. Um das Öl von der Bremse zu dem Ölkühler 94 nach Fig. 6 und zurück zu leiten, wird das Druckgefälle zwischen dem Raum 28 und dem freien Innenraum des Bremsen gehäuses ausgenützt. Zu diesem Zweck ist in dem Bremsschuh 18 eine mittlere Querbohrung 96 ange bracht, welche den von dem Raum 28 zu dem Aus gleichskolben 40 führenden senkrechten Kanal 62 durch dringt, so dass Drucköl aus dem Raum 28 auch in die Querbohrung 96 gelangt.
Aus dieser wird das<B>Öl</B> über eine wegen der Verschwenkbarkeit des Bremsschuhs 18 zwischen diesem und dem Gehäuseoberteil 30 beweglich gehaltene Leitung von der Art der in Fig. 2 dargestellten beweglichen Anschlussleitung 98 an eine weitere Quer bohrung 100 und durch eine weiterführende Leitung, welche der Einfachheit der Darstellung wegen nicht gezeichnet ist, in den Ölkühler 94 geführt. Die Rück leitung des Öls erfolgt dann in derselben Weise über die beweglich gehaltene Zwischenleitung 98 und eine ebenso ausgebildete parallele Zwischenleitung in die Querboh rung 100 und eine weitere parallele Querbohrung 102 im Bremsschuh 18.
Nuten 104 und 106 öffnen die Querbohrungen 100 und 102 zu den Einlaufseiten der Dichtflächen 22. Da das vom Ölkühler zurückkommende Öl nicht frei in das Bremsengehäuse einlaufen gelassen wird, sondern zunächst in den Druckbereich zwischen den Zahnrädern und dem Bremsschuh gelangt, wird ein Schäumen wirksam verhindert.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist auch an eine Anpassung der Kühlleistung des Ölkühlers 94 an wechselnde Bremsbedingungen gedacht worden. Die in dieser Hinsicht getroffenen Massnahmen werden mit Bezug auf Fig. 6 beschrieben.
Der Ölkühler 94 ist als Wärmeaustauscher ausgebil det, dessen Kühlmedium das umlaufende Kühlwasser des Motors 80 ist. Der installierte Kühlwasserkreislauf ist in Fig. 6 durch die Leitungen 108, 110 und<B>1</B>12 an gedeutet. Durch die Leitung 108 strömt Kühlwasser von einem eventuell durch Gebläse gekühlten Wasser kühler 114 zum Motor 80. Die Leitungen 110 und 112 führen vom Motor zum Wasserkühler 114 zurück, wo bei jedoch der Ölkühler 94 eingeschlossen wird. Am Wasserkühler 114 ist ausser einem eventuell ohnehin vor handenen Gebläse ein weiteres Gebläse 115 vorgesehen, das durch einen Hydraulikmotor 117 antreibbar ist.
Es ist auch möglich, den Hydraulikmotor 117 zusätzlich neben dem ein eventuell ohnehin vorhandenes Gebläse antreibenden Motor auf das Gebläse wirken zu lassen oder mit dem als Treibmittel des Hydraulikmotors die nenden Drucköl die Kapazität eines auch normalerweise vorhandenen Gebläsemotors zu erhöhen. Das Drucköl für den im Beispielsfall gezeichneten Hydraulikmotor <B>117</B> wird diesem über eine Leitung 119 zugeführt. Die Rückleitung des Öls erfolgt über eine Leitung 121. Es ist ein Vorzug der Getriebebremse, dass diese selbst während des Bremsens das Drucköl für den Hydraulik motor<B>117</B> liefern kann, indem z.
B. bei bereits sehr warmem Motor und einer grösseren, lang andauernden Bremsleistung ein thermostatisch gesteuertes Ventil (nicht gezeigt) bekannter Bauart die Leitung 119 an eine von den Verbindungsleitungen zwischen der Quer bohrung 96 und dem Ölkühler 94 anschliesst, so dass Drucköl aus dem Raum 28 nicht nur zu dem Ölkühler 94, sondern auch zu dem Hydraulikmotor 117 fliesst. Das von diesem durch die Leitung 121 zurückströmende Öl wird wieder dem Ölvorrat im Bremsengehäuse zuge- führt.
Es ist natürlich, dass die Entnahme von Öl aus dem Raum 28 für den beschriebenen Kühlkreislauf des Öls, der in bekannter Weise thermostatisch geregelt ein- und ausschaltbar oder auch nach der Durchflussmenge ver änderbar sein kann, sowie ein eventuell zusätzlicher Verbrauch von Drucköl aus dem Raum 28 für den Betrieb eines Hydraulikmotors 112 für ein Gebläse wegen des damit verbundenen Druckabfalls zwischen den Zahnrädern 12 und 14 und dem Bremsschuh 18 zu einer Minderung der Bremskraft an der Grenzlinie A in Fig. 13 führen muss (vergl. weiter unten die Aus führungen zu Fig. 13).
Der Kühlbedarf ist in diesem untersten Geschwindigkeitsbereich jedoch so gering, dass die Versetzung der Grenzlinie A praktisch nicht ins Gewicht fällt. Auf der anderen Seite entsteht durch die beschriebene Anordnung der grosse Vorteil, dass die Bremse mit der vorgesehenen Kühlungseinrichtung, ins besondere mit der Vergrösserung der Kapazität der Motorkühlanlage, grundsätzlich für eine grössere Lei stung ausgelegt werden kann als ohne diese Kühlein richtung.
Ein zweites Ausführungsbeispiel einer Getriebe bremse gemäss der Erfindung ist im Schnitt in Fig. 7 dargestellt. Anders als bei der ersten Ausführung nach Fig. 1 und 2, wo ein in sich geschlossenes Bremsen gehäuse vorgesehen ist, welches einseitig oder, wie nach Fig. 2, beidseitig an nebenliegende, nicht gezeigte Ge häuse angeflanscht wird, bedarf es für die Getriebe bremse nach Fig. 7 keines in sich abgeschlossenen Gehäuses, wie das in Fig. 8 dargestellte Anwendungs beispiel zeigt.
Dort ist die erfindungsgemässe Getriebe bremse an der Antriebswelle 116 eines hydrodynamisch mechanischen Getriebes angeordnet, und das Bremsen gehäuse ist Teil des Getriebegehäuses.
Der Aufbau der Getriebebremse nach Fig. 7 ist grundsätzlich dem der Bremse nach Fig. 1 gleich. Auch bei der zweiten Ausführung entsteht die Bremswirkung dadurch, dass Öl zwischen zwei Zahnrädern und einem mit stirn- und umfangsseitigen Dichtungsflächen ver- sehenen Bremsschuh unter Druck eingeschlossen und durch enge Spalte gequetscht wird. Ebenso wie bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel wirken auf den Bremsschuh auch ein Betätigungs- und ein Ausgleichs kolben.
Wegen der weitgehenden Übereinstimmung sind die bei beiden beschriebenen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemässen Bremse in ihrer Funktion vergleich baren Einzelteile mit denselben Bezugszeichen versehen worden. Es braucht an dieser Stelle nur noch auf die Besonderheiten der Getriebebremse nach Fig. 7 gegen über der nach Fig. 1 eingegangen zu werden.
Während die Betätigung der Bremse nach Fig. 1 durch Druckluft erfolgt, dient bei der Bremse nach Fig. 7 Öl als Druckmedium. Das Drucköl wird durch einen Kanal 118 dem Zylinder 34 unterhalb des Be tätigungskolbens 38 zugeführt. Der Kolben bewegt sich dadurch nach oben und drückt über das Kugelgelenk 60 gegen den Bremsschuh 18. Gleichzeitig gelangt Drucköl auch durch eine Bohrung 120 im Kolben 38 und Kolbenschaft 52 in einen im Kugelgelenk 60 an die Bohrung 120 anschliessenden Längskanal 122 im Bremsschuh 18. Dieser Kanal mündet an den umfangs- seitigen Dichtflächen 22.
Damit das aus dem Längs kanal 122 austretende Öl sofort über die gesamte Zahn breite verteilt in die Zahnlücken der sich gegen den Raum 28 hin bewegenden Zähne gelangt, sind Quer nuten 124 (vergl. Fig. 9 bis 11) in den Dichtflächen 22 angebracht, welche Anschluss an den Längskanal 122 haben. Drucköl wird also den Zahnlücken an einer Stelle zugeführt, wo noch kein Gegendruck besteht. Es wird dann zum Eingriffbereich der Zahnräder hin mit geführt und ausgequetscht.
Im Beispielsfall verläuft der Längskanal 122 in einem Seitensteg 24 des Bremsschuhs 18 (Fig. 10 und 11), und die Quernuten 124 sind bis in diesen Seiten steg hineingezogen. Den Übergang zwischen der Boh rung 120 im Kolben 38 und dem seitlich verlegten Längskanal 122 bildet dann eine Querbohrung 126 (Fig. 10).
Der Fachmann wird jedoch ohne weiteres auch einen von dem hier gezeigten Beispiel abweichen den Verlauf der Ölführung im Bremsschuh 18 bestim men können, um Drucköl bei Betätigung des Kolbens 38 unmittelbar in die gegeneinanderlaufenden Zahn lücken zu leiten.
Das von den Zahnrädern 12 und 14 mitgenommene Öl staut sich im Raum 28, und es entsteht dort ein verhältnismässig hoher Druck. Dieser Druck, ebenso wie der in den jeweils nebenliegenden Zahnlücken, wirkt auf den Bremsschuh 18 in entgegengesetzter Richtung wie die vom Betätigungskolben 38 auf den Bremsschuh ausgeübte Kraft. Selbstverständlich könnte der Kolben 38 entsprechend gross ausgebildet werden, um der beim Bremsen entstehenden Reaktionskraft eine ausreichend hohe Betätigungskraft entgegenzusetzen. Ebenso wie bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 wird jedoch eine Konstruktion mit einem Ausgleichs kolben 40 bevorzugt, der durch den grossen Druck im Raum 28 beaufschlagt wird.
Die Abdichtung des Kugel gelenks 68 zwischen dem Bremsschuh 18 und dem Schaft 66 des Ausgleichskolbens 40 erfolgt gemäss Fig. 7 abweichend von Fig. 1 dadurch, dass eine sich am Grunde des Zylinders 36 abstützende Druckfeder den Schaft 66 im Kugelgelenk 68 ständig in dichtender Anlage gegen den Bremsschuh 18 presst. Die gleiche Funktion wie die Feder 128 hat hinsichtlich der Dich tung im Kugelgelenk 60 auch die Feder 48.
Die zur Einleitung des Bremsvorganges notwendige sofortige Ölzufuhr erfolgt, wie oben dargelegt, über den Längskanal 122. Das während des Bremsens an den Dichtflächen des Bremsschuhs 18 heraustretende und von den sich drehenden Zahnrädern abgespritzte Öl sammelt sich zum Teil in einer Ölwanne 130, die den Bremsschuh 18 umgibt (vergl. Fig. 7 und 8). Steigt nun in dieser Ölwanne 130 der Ölstand bis auf ein Niveau, dass das Öl die in den Bremsschuh 18 einlau fenden Zähne der Zahnräder 12 und 14 erreicht, so ergibt sich eine zusätzliche Sicherung dafür, dass genü gend Öl für den Bremsvorgang zwischen die kämmen den Zähne der Zahnräder gelangt.
Zur Erleichterung des Eintritts des Öls aus der Ölwanne 130 zwischen das Zahnrad 14 und die entsprechende umfangsseitige Dichtfläche 22 des Bremsschuhs 18 ist in diesem eine sich von aussen in die Dichtfläche 22 hineinziehende Ausnehmung 132 angebracht (vergl. Fig. 7, 9 und 10). Indessen strömt, auch nachdem die Wanne 130 gefüllt word,n ist, weiterhin Öl durch den Druckkolben 38 ein, und überschüssiges Öl fliesst über die Kante der Ölwanne 130 des Getriebes ab.
Dadurch ergibt sich von selbst eine Kühlölzirkulation, wobei die Kühlanlage des hydraulischen Getriebes auch als Kühlanlage der hydro statischen Bremse dient.
Nach dem Bremsen wird die Ölzufuhr durch den Längskanal 122 gestoppt. Die sich drehenden Zahnräder 12 und 14 schleudern in kurzer Zeit so viel Öl über den Rand der Ölwanne 130, dass auch über die Aus- nehmung 132, über welche noch das letzte Öl an die Zahnräder gelangt ist, keines mehr nachfliessen kann. Die Zahnräder laufen dann, ohne Öl auszuquetschen.
Die Steuerung der Getriebebremse nach Fig. 7 sei anhand von Fig. 12 erläutert. Dabei wird auch sichtbar, warum der Anbau der erfindungsgemässen Bremse an ein hydrodynamisch-mechanisches Getriebe besondere Vorteile mit sich bringt. Der Grund hierfür liegt nämlich darin, dass die Steuerorgane der Bremse zwanglos in das für den hydraulischen Drehmomentwandler und, je nach Ausführung des Getriebes, für die Betätigung der Schaltkupplungen ohnehin erforderliche Hydraulik system eingeschaltet werden können. So kann z. B. eine einzige Ölpumpe 134 Drucköl sowohl für den hydrau lischen Drehmomentwandler wie auch für die Getriebe bremse liefern.
Zum Teil können auch Überwachungs einrichtungen, wie im Beispielsfall ein Überdruckventil 136, beiden Leitungssystemen, sowohl dem des Getrie bes wie dem der Bremse, dienen.
Die Ölpumpe 134, die in bekannter Weise von dem Motor des Fahrzeuges angetrieben wird, fördert Öl aus einem Sumpf 138 in Richtung der in Fig. 12 einge tragenen Pfeile über eine Leitung 140 zu dem hydrau lischen Drehmomentwandler des Getriebes und über eine Leitung 142 zum Einlass 144 eines in seiner Ge samtheit mit 146 bezeichneten Ventils. In dem Ventil 146 ist ein Steuerschieber 148 gegen den Druck einer Feder 150 axial verschieblich gelagert. Der Steuerschie ber 148 wird z. B. durch das Bremspedal eines Kraft fahrzeuges betätigt. Auf dem Steuerschieber sitzen drei Ventilkolben, welche im folgenden entsprechend der Zeichnung mit 152, 154 und 156 bezeichnet sind.
Von diesen ist der Ventilkolben 152 zum Öffnen und Schlie ssen eines Auslasses 158 bestimmt, von dem das dem Ventil 146 über den Einlass 144 zugeleitete Öl über eine Leitung 160 und den bereits oben erwähnten Kanal 118 und die Bohrung 120 in den Längskanal 122 im Bremsschuh 18 gelangt.
Der Ventilkolben 152 wirkt mit der Auslassöffnung 158 als Drossel zusammen, welche je nach dem frei gegebenen Querschnitt der Auslassöffnung den durch das Überdruckventil 136 bestimmten Öldruck hinter der Pumpe 134 herabsetzt. Diese Druckregelung ist jedoch noch nicht feinfühlig genug. Es ist deshalb eine von der Leitung 160 abzweigende und zu einem Einlass 162 des Ventils 146 zurückführende Leitung 164 vorgesehen, die je nachdem, ob der Einlass durch den Ventilkolben 156 oder ein Auslass 166 des Ventils 146 durch den Ventilkolben 154 freigegeben oder verschlossen werden, über eine Rückleitung 168 Anschluss an den Ölsumpf 138 hat oder nicht. Beim Bremsen wird der Steuerschieber 148 mit Bezug auf das Ventil 146 links bewegt.
Dadurch gibt der Ventilkolben 152 den Auslass <B>158</B> zunehmend frei, während der Ventilkolben 156, der, wie dargestellt, ein seitig konisch ausgeführt ist, den Einlass 162 zunehmend verschliesst und dadurch die Rückflussmöglichkeit von Öl aus der Leitung 160 vermindert. Beide Vorgänge, sowohl das zunehmende Öffnen des Auslasses 158 wie auch das im Bereich des Konu@ses des Ventilkolbens 156 zunehmend stattfindende Verschliessen des Ölrück- laufs zum Sumpf, lassen den Öldruck vor der Getriebe bremse 10 kontinuierlich und fein dosierbar ansteigen. Nach dem Öldruck bestimmt sich die Bremskraft.
Eine Begrenzung der Bremskraft im Bereich kleiner Geschwindigkeikann durch Fixierung eines bestimmten Kleinstwertes des umfangsseitigen Spaltes zwischen den Zahnrädern 12 und 14 einerseits und dem Bremsschuh 18 anderseits mittels der Stellschraube 78 vorgenommen werden, worauf bereits hingewiesen wurde. Die Mög lichkeit einer oberen Begrenzung der Bremskraft be steht darin, einen Maximalwert für den Öldruck vor der Bremse festzulegen. Das kann mittels eines überdruck ventils 170 geschehen, welches in eine von der Leitung 160 abzweigende und zu einem Einlass 172 des Ventils 146 zurückführende Zweigleitung 174 gelegt ist und anspricht, wenn der vom Raum 28 zurückwirkende Druck in der Leitung 160 ein bestimmtes Maximum überschreitet.
Das maximale Bremsmoment ist dann diesem Öldruck proportional. Das über die Leitung 174 in das Ventil 146 einfliessende Öl wird über die Rück leitung 168 zum Sumpf 138 zurückgeführt. Der Ventil kolben 154 hindert diesen Rückfluss nicht, da er nur bei unbetätigter Bremse den Ventilausfluss 166 verschliesst.
Bei einem rückblickenden Vergleich der beiden Aus führungsbeispiele der erfindungsgemässen Bremse nach Fig. 1 und 7 lässt sich folgendes feststellen: Wie bei jeder Zahnradpumpe entstehen auch bei der Getriebebremse gemäss der Erfindung kurzzeitige Druckschwankungen bzw. Vibrationen, welche daraus resultieren, dass bei gleichmässigem Lauf der Zahn räder 12 und 14 die Ölverdrängung aus den Zahnlücken ungleichmässig erfolgt. Bei den vorbekannten Getriebe bremsen, bei welchen die Steuerung des Bremsschuhs unmittelbar über eine mechanische, starre Verbindung zum Bremspedal des Fahrzeuges erfolgt, wirken sich diese Vibrationen dort sehr störend aus.
Bei den be schriebenen Ausführungen der erfindungsgemässen Ge triebebremse wird dagegen über ein Drosselventil der Druck eines zur Betätigung der Bremse benutzten Druckmediums, in einem Falle Druckluft, im anderen Drucköl, je nach der gewünschten Bremskraft einge stellt. Dadurch ist vermieden, dass die Druckschwan kungen der Bremse am Bremspedal spürbar werden. Allerdings lässt sich nicht verhindern, dass sich die Druckschwankungen im Leitungssystem des Druckme diums auswirken. Die Gefahr dadurch entstehender Schäden ist natürlich bei Verwendung eines inkompres- siblen Druckmediums, wie z. B. Öl, grösser als bei Ver wendung von Druckluft, welche die Druckstösse ab schwächt.
Es ist deshalb zunächst vorgesehen, die Bremse nach Fig. 7 in kleinere Fahrzeuge, wie z. B. Personenkraftwagen, einzubauen und für grössere Bela stungen, z. B. bei Lokomotiven und Lastkraftwagen, die Bremse nach Fig. 1 zu nehmen.
Die genannten Druckschwankungen in der Getriebe bremse wirken als Wechselkräfte wegen der Form des Bremsschuhs 18 auch in horizontaler Richtung auf des- sen Lagerung. Für die Aufnahme dieser Kräfte ist das vorgesehene Schwenklager des Bremsschuhs grundsätz lich besser geeignet als dessen Anbringung allein auf einem unten liegenden Betätigungskolben wie bei den vorbekannten Bremsen.
Weitere Vorteile der erfindungsgemässen hydrosta- tisch-hydrodynamischen Getriebebremse gegenüber den vorbekannten Bremsen seien anhand des in Fig. 13 dargestellten Verlaufs des Bremsmomentes, aufgetra gen über der Drehzahl, erklärt. Der Kurvenzug A B-C gibt das maximale Bremsmoment bei der jeweils auf der Abszisse abgetragenen Drehzahl bzw. Geschwindig keit an. Bremswerte unterhalb des Kurvenzugs A-B-C ergeben sich aus der jeweiligen Zwischenstellung des Steuerschiebers des Drosselventils in der Zuleitung des Druckmediums für die Betätigung der Bremse.
Bei einem bestimmten Druck des Druckmediums bleibt die Bremskraft bzw. das Bremsmoment während des fol genden Abfalls der Fahrzeuggeschwindigkeit konstant, bis im unteren Geschwindigkeitsbereich der Kurventeil A erreicht wird. Die Bremscharakteristik ist also bis auf einen einstellbaren unteren Geschwindigkeitsbereich hydrostatisch, obgleich der Aufbau der Bremse selbst, die Umwandlung der mechanischen Energie der gebrem sten Welle gegen Druck- und kinetische Energie des Bremsöls und schliesslich Wärme, einen hydrodynami schen, d. h. geschwindigkeitsabhängigen Verlauf des Bremsmomentes erwarten lässt, wie er bei den vorbe- kannten Getriebebremsen zu verzeichnen ist.
Das diesen gegenüber vorteilhafte konstante Bremsmoment wird durch die Steuerung des Bremsschuhs 18 nicht unmittel bar durch das Bremspedal, sondern durch ein Druck medium erreicht. Ein bestimmter Betätigungsdruck hat einen ganz bestimmten Druck im Raum 28 zur Folge und, abgesehen vom Bereich des Kurventeils A, dieser ein ganz bestimmtes Drehmoment unabhängig von der Drehzahl der Zahnräder 12 und 14.
Der konstante Druck im Raum 28 bleibt während des Bremsens und des Abfalls der Geschwindigkeit bis auf den unteren Bereich erhalten, weil der Bremsschuh 18 entsprechend der sich mit sinkender Drehzahl der Zahnräder verhin dernden, von diesen geförderten Ölmenge zunehmend dichter an die Zahnräder 12 und 14 anlegt, bis die Anschlagschraube 78, mit deren Hilfe der Verlauf des hydrodynamischen Kurventeils A festgelegt werden kann, eine weitere Annäherung des Bremsschuhs 18 an die Zahnräder verhindert, und so am Ende auch die metallische Berührung zwischen diesen Teilen aus schliesst.
Der steile Abfall des Bremsmomentes bei niedriger Geschwindigkeit ist darauf zurückzuführen, dass sich bei nur langsam drehenden Zahnrädern 12 und 14 im Raum 28 kein starker Druck ausbilden kann, weil die geringe von den Zahnrädern zu dem Raum 28 geför derte Ölmenge, ohne einen hohen Druck zu erzeugen, durch die Spalte an den Dichtungsflächen des Brems schuhs 18, insbesondere an den durch die Stellschraube 78 eingestellten Umfangsspalten austreten kann. Ersicht lich sinkt der Druck im Raum 28, und damit das Brems moment, sofort auf Null, wenn die Zahnräder 12 und 14 stehen bleiben, was z. B. beim Rutschen des Fahr zeuges und Blockieren der Räder der Fall wäre.
Dadurch, dass die Bremskraft sofort rapide abfällt, wenn die Fahr zeugräder zum Blockieren neigen, ist dieser von jedem Fahrer gefürchtete Zustand wirksam verhindert.
Die zuletzt geschilderte Wirkung der erfindungsge mässen Getriebebremse wäre auch typischen hydrodyna- mischen Bremsen eigen. Der Vorzug der erfindungs gemässen Getriebebremse den letzteren gegenüber be steht jedoch darin, dass die geschwindigkeitsabhängige Bremswirkung nur am Ende des Bremsvorganges auf tritt und einstellbar ist. Der relativ kleine untere Ge schwindigkeitsbereich ist mit einer Handbremse zu be herrschen, so dass eine solche, gepaart mit der erfin dungsgemässen Getriebebremse, ein auch für gesetzliche Vorschriften voll ausreichendes Bremssystem ergibt.
Da gegen wäre die Paarung der bekannten rein hydrodyna mischen Getriebebremse mit einer Handbremse sinnlos, weil die letztere den grossen unteren Geschwindigkeits bereich, in welchem das Bremsmoment der hydrodyna mischen Bremse gegen Null ausläuft, nicht überbrücken könnte.
Die Einstellung des maximalen Bremsmomentes im Teilbereich B des Kurvenzuges in Fig. 13 erfolgt mit Hilfe des Überdruckventils 170. Der einzustellende Grösstwert der Bremskraft richtet sich nach Art und Grösse des Fahrzeuges sowie insbesondere nach der vorgesehenen Leistung des Ölkühlers. Ist eine Konstruk tion wie z. B. nach Fig. 1 in Verbindung mit Fig. 6 gewählt, bei welcher wegen der Ölkühlung der Bremse selbst Öl entnommen werden kann, so erhält man auch bei längerem Bremsen und hoher Fahrgeschwindigkeit keinen Abfall der Bremsleistung.
Der im oberen Dreh zahlbereich durch den Kurventeil C angedeutete Abfall der Bremsleistung ist die Folge eines temperaturgeregel ten Reduzierventils, welches aber normalerweise nicht notwendig sein wird, da beim Bremsen oberhalb der in Frage stehenden Grenze schnell eine Verzögerung eintritt und das weitere Bremsen dann innerhalb der vorgesehenen Grenze stattfindet.
In diesem Zusammenhang sei noch erwähnt, dass das effektive Bremsmoment aller auf ein Fahrzeug wir kenden Kräfte während des Bremsens noch etwas grö sser ist, als maximal durch den Kurvenzug A-B-C dar gestellt. Zu berücksichtigen wäre nämlich noch die Bremskraft des Motors selbst, die Getriebereibung und der Luft- und Rollwiderstand.
Um zu veranschaulichen, wie geringfügig das Brems moment der erfindungsgemässen Getriebebremse im Leerlauf ist, d. h. wenn die Zahnräder 12 und 14 um laufen, ohne Öl auszuquetschen, wurde in Fig. 13 ge strichelt die entsprechende Kurve D eingezeichnet. Es ist erkennbar, dass im Gegensatz zu den bisher bekann ten Getriebebremsen, bei welchen die Zahnräder auch im Leerlauf in Öl eingetaucht sind, hier die Leistungs verluste vernachlässigbar gering bleiben.