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Title:
HYDRODYNAMIC COMPONENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/079320
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a hydrodynamic component, comprising: a toroidal working chamber formed by at least two structural parts, wherein at least one of the structural parts is designed as a rotationally movable structural part in the working chamber; a mechanical coupling for connecting the at least one rotatable structural part to a driven shaft; an actuator for moving an actuating element of the mechanical coupling from a first into a second position; and coupling elements that can be moved via the actuating element, so that the coupling elements are engaged slip-free with one another in the second position of the actuating element. The invention is characterised in that a device for sudden movement of the actuating element into the second position is provided so that, when the working chamber is filled, or filling of the working chamber with a working medium starts simultaneously with the actuation of the mechanical coupling, the second position is reached before a meridian flow in the working medium is formed in the working chamber between the at least one rotationally movable structural part and the at least second structural part.

Inventors:
ADAMS, Werner (Melanchthonstr. 9, Crailsheim, 74564, DE)
MENNE, Achim (Am Ebenrain 4, Crailsheim, 74564, DE)
Application Number:
EP2012/072543
Publication Date:
June 06, 2013
Filing Date:
November 14, 2012
Export Citation:
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Assignee:
VOITH PATENT GMBH (St. Pöltener Str. 43, Heidenheim, 89522, DE)
ADAMS, Werner (Melanchthonstr. 9, Crailsheim, 74564, DE)
MENNE, Achim (Am Ebenrain 4, Crailsheim, 74564, DE)
International Classes:
B60T10/02; F16D25/0635; F16D47/06
Foreign References:
US5285872A
DE1700160B1
FR1293451A
EP1251050A2
US20070125614A1
DE102009001146A1
EP2024209B1
Attorney, Agent or Firm:
DR. WEITZEL & PARTNER (Friedenstraße 10, Heidenheim, 89522, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Hydrodynamische Komponente (7), mit

1.1 einem durch wenigstens zwei Bauteile (10, 11) gebildeten torusförmigen Arbeitsraum, wobei

1.2 wenigstens eines der Bauteile (10, 11) als drehbewegliches Bauteil (11) in dem Arbeitsraum ausgebildet ist,

1.3 einer mechanischen Kupplung (9) zum Verbinden des wenigstens einen drehbaren Bauteils (11) mit einer angetriebenen Welle (6),

1.4 einem Aktuator (18) zum Bewegen eines Betätigungselements (14) der mechanischen Kupplung (9) von einer ersten in eine zweite Position;

1.5 Kupplungselementen (13, 16), welche über das Betätigungselement (14) bewegbar sind, sodass die Kupplungselemente (13, 16) in der zweiten Position des Betätigungselements (14) in einem schlupffreien Eingriff miteinander stehen,

dadurch gekennzeichnet, dass

1.6 eine Einrichtung zur schlagartigen Bewegung des Betätigungselements (14) in die zweite Position vorgesehen ist, sodass bei befülltem oder gleichzeitig zur Betätigung der mechanischen Kupplung (9) startenden Befüllung des Arbeitsraums mit einem Arbeitsmedium die zweite Position erreicht ist, bevor sich in dem Arbeitsraum eine Meridianströmung in dem

Arbeitsmedium zwischen dem wenigstens einen drehbeweglichen Bauteil (11) und dem wenigstens zweiten Bauteil (10) ausbildet.

2. Hydrodynamische Komponente (7) nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur schlagartigen Bewegung des Betätigungselements (14) einen pneumatisch betätigbaren Kolben (21) aufweist, welcher mit einem Zylinder (20) einen ersten Raum (I) für Betätigungsmedium und einen zweiten Raum (II) für das

Betätigungsmedium einschließt, sodass mit einsetzender Bewegung des Kolbens (21) eine Verbindung des ersten Raums (I) mit dem zweiten Raum (II) entsteht.

3. Hydrodynamische Komponente (7) nach Anspruch 2, dadurch

gekennzeichnet, dass der Kolben (21) als Stufenkolben ausgebildet ist.

4. Hydrodynamische Komponente (7) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch

gekennzeichnet, dass ein Verhältnis der vorgespannten Luft vor der Bewegung zur vorgespannten Luft nach der abgeschlossenen Bewegung um mindestens den Faktor 1,8 größer als ein Verhältnis der wirksamen Fläche vor der Bewegung zur wirksamen Fläche nach der abgeschlossenen Bewegung ist.

5. Hydrodynamische Komponente (7) nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur schlagartigen Bewegung des Betätigungselements (14) wenigstens gegeneinander wirkende

Federelemente (23, 24) zwischen dem Betätigungselement (14) und dem Aktuator (18) aufweist, von welchen wenigstens eines - nicht jedoch alle - als Kippfeder (24) ausgebildet ist.

6. Hydrodynamische Komponente (7) nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur schlagartigen Bewegung des Betätigungselements (14) wenigstens ein Federelement (23) aufweist, welches gegen ein Halteelement (22, 26) von dem Aktuator (18) vorspannbar ist, wobei ein Auslösen des Halteelements (22, 26) die Vorspannung schlagartig freigibt.

7. Hydrodynamische Komponente (7) nach Anspruch 6, dadurch

gekennzeichnet, dass das Federelement (23) wenigstens eine mechanische Feder umfasst.

8. Hydrodynamische Komponente (7) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement wenigstens eine Gasdruckfeder umfasst.

9. Hydrodynamische Komponente (7) nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (22, 26) als mechanische

Halteklinke (26) ausgebildet ist.

10. Hydrodynamische Komponente (7) nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (22, 26) als magnetisches

Haftelement (22) ausgebildet ist.

11. Hydrodynamische Komponente (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Retarder (8) oder eine

hydrodynamische Kupplung umfasst.

12. Hydrodynamische Komponente (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen hydrodynamischen Wandler oder einen Trilok-Wandler umfasst.

13. Hydrodynamische Komponente (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum permanent mit zumindest einem Teil an Arbeitsmedium gefüllt ist.

14. Hydrodynamische Komponente (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Kupplung (9) in der Art einer Reibkupplung ausgebildet ist.

15. Hydrodynamische Komponente (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Kupplung (9) in der Art einer synchronisierten Klauenkupplung, insbesondere mit schräg stehenden Klauen, ausgebildet ist.

16. Verfahren zum Betreiben einer hydrodynamischen Komponente (7), mit

16.1 einem durch wenigstens zwei Bauteile (10, 11) gebildeten torusförmigen Arbeitsraum, wobei

16.2 wenigstens eines der Bauteile (10, 11) als drehbewegliches Bauteil (11) in dem Arbeitsraum ausgebildet ist,

16.3 einer mechanischen Kupplung (9) zum Verbinden des wenigstens einen drehbaren Bauteils (11) mit einer angetriebenen Welle (6),

16.4 einem Aktuator (18) zum Bewegen eines Betätigungselements (14) der mechanischen Kupplung (9) von einer ersten in eine zweite Position;

16.5 Kupplungselementen (13, 16), welche über das Betätigungselement (14) bewegbar sind, sodass die Kupplungselemente (13, 16) in der zweiten Position des Betätigungselements (14) in einem schlupffreien Eingriff miteinander stehen,

dadurch gekennzeichnet, dass

16.6 das Betätigungselement (14) derart bewegt wird, sodass bei befülltem oder gleichzeitig zur Betätigung der mechanischen Kupplung (9) startender Befüllung des Arbeitsraums mit einem Arbeitsmedium die zweite Position der mechanischen Kupplung (9) erreicht ist, bevor sich in dem Arbeitsraum eine Meridianströmung in dem Arbeitsmedium zwischen dem wenigstens einen drehbeweglichen Bauteil (11) und dem wenigstens einen zweiten Bauteil (10) ausbildet.

Description:
Hydrodynamische Komponente

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Komponente nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein

Verfahren zum Betreiben einer solchen hydrodynamischen Komponente.

Aus der EP 2 024 209 Bl ist ein Verfahren zum Steuern einer hydrodynamischen Bremse bekannt. Die dort beschriebene hydrodynamische Komponente in Form eines hydrodynamischen Retarders wird dabei über eine mechanische Kupplung bei Bedarf mit einer angetriebenen Welle, welche abgebremst werden soll, verbunden. Die Problematik bei diesem Aufbau besteht nun darin, dass, insbesondere dann, wenn die hydrodynamische Komponente während dem

Schließen der Trennkupplung bereits mit Arbeitsmedium gefüllt ist oder während des Schließens der Trennkupplung mit Arbeitsmedium befüllt wird, von der Kupplung eine vergleichsweise hohe Synchronisationsarbeit geleistet werden muss, da das wenigstens eine dreh beweg liehe Bauteil in dem Arbeitsraum der hydrodynamischen Komponente dem Wechsel vom Stillstand in den angetriebenen Zustand einen erheblichen Widerstand entgegensetzt. Die Synchronisationsenergie muss dabei durch die Kupplung aufgebracht werden, was diese wiederum sehr stark belastet, und zu einem erhöhten Verschleiß der mechanischen Kupplung beziehungsweise Trennkupplung führt.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine

hydrodynamische Komponente mit den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, welche diese Nachteile vermeidet und den Verschleiß im Bereich der mechanischen Kupplung minimiert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine hydrodynamische Komponente mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Die hiervon abhängigen Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen hydrodynamischen Komponente an. Bei der erfindungsgemäßen hydrodynamischen Komponente beziehungsweise ihrem Betriebsverfahren mit der mechanischen Kupplung zum Verbinden des wenigstens einen drehbaren Bauteils in dem Arbeitsraum der hydrodynamischen Komponente mit einer angetriebenen Welle ist es vorgesehen, dass ein Aktuator zum Bewegen eines Betätigungselements der mechanischen Kupplung von einer ersten in eine zweite Position vorhanden ist. Die über das Betätigungselement bewegbaren Kupplungselemente sind dabei in der zweiten Position des

Betätigungselements im schlupffreien Eingriff miteinander. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung sieht es nun vor, dass außerdem eine Einrichtung zur schlagartigen Bewegung des Betätigungselements in die zweite Position vorgesehen ist. Durch eine solche schlagartige Bewegung wird erreicht, dass bei befülltem oder gleichzeitig zur Betätigung der mechanischen Kupplung startender Befüllung des Arbeitsraums mit einem Arbeitsmedium die zweite Position erreicht ist, bevor sich in dem Arbeitsraum eine stärkere Meridianströmung in dem Arbeitsmedium zwischen dem wenigstens einen drehbeweglichen Bauteil und dem zweiten Bauteil ausbildet. Die Einrichtung zur schlagartigen Bewegung des Betätigungselements über einen Impuls sorgt also dafür, dass die mechanische Kupplung bereits vollständig geschlossen und im schlupffreien Eingriff ist, bevor sich, auch bei bereits mit Arbeitsmedium gefüllter hydrodynamischer Komponente, die merkliche Meridianströmung ausbildet und die hydrodynamische Komponente dadurch mit der nennenswerten Übertragung von Drehmoment beginnt. Somit wird eine Synchronisation zwischen der angetriebenen Welle und dem drehbeweglichen Bauteil der hydrodynamischen Komponente erreicht, bevor sich in der

hydrodynamischen Komponente das Drehmoment aufbaut. Dadurch lässt sich die Synchronisationsarbeit auf ein absolutes Minimum reduzieren. Dies senkt die thermische Belastung der mechanischen Kupplung beziehungsweise einer

Synchronisationseinrichtung derselben deutlich und es erfolgt ein sehr schnelles und verschleißarmes Zuschalten der hydrodynamischen Komponente auf die angetriebene Welle.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der hydrodynamischen Komponente ist es dabei vorgesehen, dass die Einrichtung zur schlagartigen Bewegung des

Betätigungselements einen pneumatisch betätigbaren Kolben aufweist, welcher mit einem Zylinder einen ersten Raum für das Betätigungsmedium und einen zweiten Raum für das Betätigungsmedium einschließt, wobei mit einsetzender Bewegung eine Verbindung des ersten Raums mit dem zweiten Raum entsteht. Ein solcher pneumatisch betätigbarer Kolben nutzt die zuerst in den ersten Raum einströmende Luft als eine Art Gasfeder. Die Luft verdichtet sich, ohne dass ein Losbrechkraft des Kolbens erreicht wird. Dadurch wird der Kolben unter

Vorspannung gesetzt. Startet die Bewegung, dann wird eine Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Raum frei, sodass der zweite Raum nicht nur von dem nachströmenden Betätigungsmedium gefüllt wird, sondern auch von dem bereits unter Vorspannung beziehungsweise einem erhöhten Druck stehenden Medium des ersten Raums. Dadurch kommt es zu einer schlagartigen Bewegung des Kolbens, welcher entweder selbst das Betätigungselement darstellt oder mit diesem - beispielsweise über eine geeignete Übersetzung - verbunden ist. So wird ein schlagartiges Schließen der Kupplung durch ein Bewegen der

Kupplungselemente in eine Position, in welcher diese im schlupffreien Eingriff zueinander sind, erreicht.

Um die schlagartige Bewegung zu erhalten sollte das Verhältnis der

vorgespannten Luft vor der Bewegung zur vorgespannten Luft nach der abgeschlossenen Bewegung größer sein als das Verhältnis der wirksamen Fläche vor der Bewegung zur wirksamen Fläche nach der abgeschlossenen Bewegung.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Verhältnis der vorgespannten Luft vor der Bewegung zur vorgespannten Luft nach der abgeschlossenen Bewegung um mindestens den Faktor 1,8 größer als das Verhältnis der wirksamen Fläche vor der Bewegung zur wirksamen Fläche nach der abgeschlossenen Bewegung ist. Hierdurch entfaltet sich die schlagartige Bewegung besonders effizient.

In einer alternativen Weiterbildung der erfindungsgemäßen hydrodynamischen Komponente kann es außerdem vorgesehen sein, dass die Einrichtung zur schlagartigen Bewegung des Betätigungselements wenigstens zwei gegeneinander Wirkende Federelemente zwischen dem Betätigungselement und dem Aktuator aufweist, von welchen wenigstens eines als Kippfeder ausgebildet ist. Wenn wenigstens eines - nicht jedoch alle - der Federelemente als Kippfeder

ausgebildet sind, dann kommt es zu einer Vorspannung des nicht als

Kippfederelement ausgebildeten Federelements durch die Betätigung des

Aktuators. Diese Vorspannung wirkt dabei zuerst auf die wenigstens eine

Kippfeder, als das typischerweise schwächere Federelement, ein, sodass es noch nicht zu einer Bewegung des Betätigungselements kommt, sondern zu einem „Aufladen" beziehungsweise Vorspannen der Kippfeder. Eine solche Kippfeder ist so ausgebildet, dass sie ab einer bestimmten Kraft schlagartig umkippt und beispielsweise von einer konkaven in eine konvexe Form springt. Auch hierdurch wird eine schlagartige Bewegung des Betätigungselements durch einen Impuls ermöglicht.

In einer weiteren alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen

hydrodynamischen Komponente kann es außerdem vorgesehen sein, dass die Einrichtung zur schlagartigen Bewegung des Betätigungselements wenigstens ein Federelement aufweist, welches gegen ein Halteelement von dem Aktuator vorspannbar ist, wobei ein Auslösen des Halteelementes die Vorspannung schlagartig freigibt. Bei dieser Ausführungsvariante ist wenigstens ein

Federelement vorgesehen, welches beispielsweise als Tellerfeder, Spiralfeder oder auch als Gasdruckfeder ausgebildet ist. Der Aktuator drückt auf dieses Federelement und setzt dieses unter Vorspannung, wobei das Betätigungselement und/oder das Federelement aktiv durch ein Halteelement gegen diese

Vorspannung gehalten wird. Ab einer bestimmten Vorspannung kann dann aktiv oder automatisch ein Auslösen des Halteelementes erfolgen. Dieses kann beispielsweise als Permanentmagnet ausgebildet sein oder als Elektromagnet. Alternativ dazu wäre es auch denkbar, eine mechanische Halteklinke vorzusehen, welche in der Art eines mechanischen Auslösers aus einer das Betätigungselement oder das Federelement unter Vorspannung haltender Position in eine das

Betätigungselement beziehungsweise das Federelement freigebende Position bewegt werden kann. All diese Varianten ermöglichen es, eine Vorspannung des Federelements aufzubauen, welche dann ab einer bestimmten Kraft oder durch ein Auslösesignal aktiviert schlagartig auf das Betätigungselement einwirkt und so für eine sehr schnelle impulsartige Bewegung der Kupplungselemente in ihre im schlupffreien Eingriff zueinander befindliche Position gewährleistet.

Alle bisher beschriebenen Varianten ermöglichen ein extrem schnelles Schließen der Kupplung, umso die benötigte Synchronisationsenergie auf ein Minimum zu reduzieren und das drehbewegliche Bauteil der hydrodynamischen Komponente bereits mit der Antriebswelle synchronisiert und schlupffrei verbunden zu haben, wenn sich in der hydrodynamischen Komponente die das Drehmoment

übertragende Meridianströmung ausbildet.

Die erfindungsgemäße hydrodynamische Komponente kann dabei insbesondere ein zuschaltbarer beziehungsweise abschaltbarer Retarder oder eine

hydrodynamische Kupplung sein. Insbesondere können diese als

permanentgefüllte hydrodynamische Komponenten ausgebildet sein, welche im Bereich ihres Arbeitsraums ständig zumindest eine gewisse Menge an

Arbeitsmedium aufweist. Vor allem bei dieser Art von hydrodynamischen

Komponenten, bei welchen die Drehmomentübertragung sehr schnell einsetzt, lässt sich durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung mit einer Einrichtung zur schlagartigen Bewegung des Betätigungselements die Synchronisationsarbeit auf ein Minimum reduzieren. Es entsteht ein sehr verschleißarmer Aufbau.

Die Kupplungselemente selbst können dabei gemäß einer vorteilhaften

Ausgestaltung der erfindungsgemäßen hydrodynamischen Komponente als reine Reibelemente aufgebaut sein, welche sich über die Reibung synchronisieren und dann in der zweiten Position des Betätigungselements über die Flächenreibung zwischen den Kupplungselementen eine schlupffreie Verbindung sicherstellen. Alternativ dazu wäre es auch denkbar, die Kupplungselemente in der Art einer synchronisierten Klauenkupplung auszubilden, insbesondere mit schräg zur axialen Richtung ausgerichteten Klauen, sodass nach der Synchronisation eine schlupffreie formschlüssige Verbindung gegeben ist und aufgrund der schräg stehenden Klauen ein Lösen der Kupplung ohne zusätzliches Betätigungselement,

beispielsweise durch die Rückstell kräfte einer Rückstellfeder, möglich wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen hydrodynamischen Komponente ergeben sich aus den restlichen abhängigen Ansprüchen und werden anhand der Ausführungsbeispiele deutlich, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben werden.

Dabei zeigen:

Figur 1 eine prinzipmäßige Darstellung einer hydrodynamischen Komponente in einem Antriebsstrang;

Figur 2 eine erste mögliche Ausführungsform einer Einrichtung zur

schlagartigen Bewegung eines Betätigungselements einer mechanischen Kupplung; Figur 3 eine zweite mögliche Ausführungsform einer Einrichtung zur schlagartigen Bewegung eines Betätigungselements einer mechanischen Kupplung;

Figur 4 eine dritte mögliche Ausführungsform einer Einrichtung zur

schlagartigen Bewegung eines Betätigungselements einer mechanischen Kupplung;

Figur 5 eine vierte mögliche Ausführungsform einer Einrichtung zur

schlagartigen Bewegung eines Betätigungselements einer mechanischen Kupplung; und

Figur 6 eine fünfte mögliche Ausführungsform einer Einrichtung zur

schlagartigen Bewegung eines Betätigungselements einer mechanischen Kupplung.

In der Darstellung der Figur 1 ist ein prinzipmäßiger Antriebsstrang 1 zu erkennen, wie er beispielsweise in einem Nutzfahrzeug eingesetzt sein kann. Der

Antriebsstrang 1 umfasst einen Antriebsmotor 2, beispielsweise einen Dieselmotor. Dieser ist über eine Welle 3 mit einem Getriebe 4 verbunden. Dieses kann beispielsweise als Automatgetriebe ausgebildet sein. Teil des Getriebes 4 können außerdem weitere Antriebseinrichtungen wie beispielsweise ein Elektromotor zur Hybridisierung des Antriebsstrangs 1 sein. Aus dem Getriebe 4 führt eine

Abtriebswelle 5 beispielsweise zu einem Differential, über welches die Räder des Nutzfahrzeugs, des Schienenfahrzeugs oder dergleichen angetrieben werden. Das Getriebe 4 weist außerdem in an sich bekannter Art und Weise einen

Nebenabtrieb mit einer angetriebenen Welle 6 auf. Beispielsweise im Bereich dieser angetriebenen Welle 6 des Nebenabtriebs kann eine hydrodynamische Komponente 7 angeordnet sein, welche in dem hier dargestellten

Ausführungsbeispiel einen Retarder 8 sowie eine mechanische Kupplung 9 umfasst. In dem Retarder 8 als hydrodynamische Bremse befindet sich in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein Stator 10 sowie ein drehbewegliches Bauteil in Form eines Rotors 11, welche zusammen einen torischen Arbeitsraum

ausbilden. In an sich bekannter Art und Weise wird bei vorhandenem

Arbeitsmedium, beispielsweise Öl oder Wasser, in dem torusförmigen Arbeitsraum zwischen dem Stator 10 und dem Rotor 11 bei angetriebenem Rotor 11 eine Strömung aufgebaut, welche ein Drehmoment vom Rotor 11 auf den Stator 10 überträgt und dadurch den Rotor 11 sowie die über die Kupplung 9 mit ihm verbundene Welle 6 abbremst. Grundsätzlich könnte zwischen dem Rotor 11 und der Kupplung 9 eine Getriebestufe vorgesehen sein.

Der Aufbau der hydrodynamischen Komponente 7 mit dem Retarder 8 ist dabei rein beispielhaft zu verstehen. Im Sinne der Erfindung könnte die

hydrodynamische Komponente selbstverständlich auch eine hydrodynamische Kupplung, eine sogenannte Turbokupplung, ein hydrodynamischer Wandler oder ein hydrodynamischer Trilok-Wandler sein.

Wie es nun aus dem eingangs genannten Stand der Technik hervorgeht, ist es das Ziel, bei dem abkuppelbaren Retarder 8 in der hydrodynamischen Komponente 7 diesen schnellstmöglich in Betrieb nehmen zu können, um im Falle einer

angeforderten Bremsleistung diese schnellstmöglich bereitzustellen. Die

mechanische Kupplung 9 verbindet in diesem Fall die angetriebene Welle 6 mit dem Rotor 11 und sorgt so dafür, dass in dem Retarder 8 das gewünschte

Bremsmoment aufgebaut wird. Dies lässt sich insbesondere dadurch

beschleunigen, dass der Retarder 8 beim Schließen der Kupplung 9 mit dem

Arbeitsmedium gefüllt wird oder bereits mit dem Arbeitsmedium gefüllt ist. Speziell bei einer solchen Anwendung, prinzipiell aber immer, muss über die mechanische Kupplung 9 bei angetriebener und sich drehender Welle 6 der Rotor 11 als drehbewegliches Bauteil der hydrodynamischen Komponente 7 vom stehenden Zustand in einen mit derselben Drehzahl wie die Welle 6 drehenden Zustand beschleunigt werden. Im Bereich der mechanischen Kupplung 9 muss hierfür typischerweise eine vergleichsweise hohe Synchronisationsarbeit geleistet werden, um vom ersten Kontakt beispielsweise aneinander reibender Kupplungselemente bis zur schlupffreien Übertragung des Drehmoments die benötigte

Synchronisationsenergie bereitzustellen.

Um möglichst verlustfrei ein Schließen der mechanischen Kupplung 9 mit minimaler Synchronisationsarbeit gewährleisten zu können, weist die mechanische Kupplung 9 der hier dargestellten hydrodynamischen Komponente 7 eine

Einrichtung zur schlagartigen Betätigung auf.

In der Darstellung der Figur 2 ist die oberhalb einer Drehachse 12 liegende Hälfte der mechanischen Kupplung 9 in einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Die mechanische Kupplung 9 ist dabei als Reibkupplung aufgebaut. Prinzipiell wäre ebenso der Aufbau als synchronisierte Klauenkupplung denkbar. Um ein Lösen der Kupplung einfach und sicher zu gewährleisten, ist dabei eine Klauenkupplung mit schräg stehenden Klauen, als in einem Winkel zur radialen Richtung verlaufenden Klauen besonders sinnvoll. Die nachfolgenden Beispiele werden jedoch anhand einer Reibkupplung beschrieben. Sie können so jedoch vom Fachmann problemlos auf eine synchronisierte Klauenkupplung übertragen werden.

Die mechanische Kupplung der Figur 2 weist zwei Reibbeläge 13 auf, welche in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel nicht in Kontakt mit den sie

umgebenden Bauteilen sind. Wird die Kupplung 9 geschlossen, dann wird ein Betätigungselement 14 in Richtung einer mit den Reibbelägen 13 versehenen Scheibe 15 gedrückt und klemmt so die mit den Reibbelägen 13 versehene Scheibe 15 zwischen dem Betätigungselement 14 und einem Gegenelement 16 ein. Da entweder das Betätigungselement 14 und das Gegenelement 16 oder die mit den Reibbelägen 13 versehene Scheibe 15 beim Schließen der Kupplung umlaufen und der andere Teil jeweils nicht, kommt es zu einer Synchronisation über die Reibbeläge 13, sodass ab einem ersten Kontakt des Betätigungselements 14 und des Gegenelements 16 mit den Reibbelägen 13 diese mitgenommen werden und, nachdem alle Bauteile dieselbe Geschwindigkeit erreicht haben, durch Reibschluss fest und schlupffrei miteinander verbunden sind. Über eine Rückstellfeder 17 kann das Betätigungselement 14 beim Öffnen der Kupplung 9 wieder in die hier dargestellte Position bewegt werden.

Um das Betätigungselement 14 zum Schließen der Kupplung 9 zu bewegen, ist ein Aktuator 18 vorhanden, welcher in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als pneumatischer Aktuator ausgebildet ist. Über eine angedeutete Leitung 19 wird bei Bedarf Druckluft in den Bereich eines Zylinders 20 zwischen dem Zylinder 20 und einem Kolben 21 eingepresst. Liegt der Kolben 21 auf der in der Zeichnung dargestellten linken Seite des Zylinders 20 an, dann wird sich mit der Druckluft zuerst ein mit I bezeichneter erster Raum zwischen dem Kolben 21 und dem Zylinder 20 füllen. Solange eine Losbrechkraft des Zylinders 21 noch nicht überstiegen ist, wird sich in dem ersten Raum I die Druckluft sammeln und eine gewissen Druck beziehungsweise eine Vorspannung in der Art einer Gasfeder erreichen. Erst nachdem das Losbrechkraft überschritten ist, wird ein zweiter, in der Darstellung mit II bezeichneter Raum freigegeben. Neben dem Einströmen von Druckluft über die Leitung 19 in den zweiten Raum II wird außerdem die bereits unter Vorspannung stehende Druckluft aus dem ersten Raum I zumindest teilweise in diesen Raum II mit einströmen. Dadurch kommt es zu einer schlagartigen impulsartigen Bewegung des Kolbens 21 und infolgedessen des Betätigungselements 14.

Um die schlagartige Bewegung zu erhalten sollte das Verhältnis der

vorgespannten Luft vor der Bewegung zur vorgespannten Luft nach der abgeschlossenen Bewegung größer sein, vorzugsweise mehr als das 1,8-fache, als das Verhältnis der wirksamen Fläche (Kolbenfläche des Raums I) vor der Bewegung zur wirksamen Fläche (gesamte wirksame Fläche des Kolbens 21) nach der abgeschlossenen Bewegung.

Durch die sehr schnelle Bewegung des Kolbens 21 und des Betätigungselements 14 wird die mechanische Kupplung 9 schlagartig durch einen entsprechenden Impuls geschlossen. Durch dieses schlagartige Schließen wird die Phase der Synchronisation deutlich verkürzt. Nun ist es so, dass in dem über die Kupplung 9 mit der angetriebenen Welle 6 verbundenen Retarder 8 eine Bremswirkung beziehungsweise eine Drehmomentübertragung zwischen dem Stator 10 und dem Rotor 11 erst dann auftritt, wenn sich eine sogenannte Meridianströmung in dem Arbeitsraum des Retarders 8 weitgehend ausgebildet hat. Dies benötigt eine gewisse Zeit. Durch den in Figur 2 dargestellten Aufbau des Aktuators 18 in Form eines gestuften Kolbens, welcher sich impulsartig ab einem bestimmten

vorgegebenen Druck bewegt, wird nun ein sehr schnelles Aufeinanderpressen des Betätigungselements 14, des Gegenelements 16 und der Reibbeläge 13 der

Scheibe 15 erreicht. Durch dieses sehr schnelle Schließen der Kupplung 9 kann der Schließvorgang der Kupplung 9 abgeschlossen sein, ehe die Meridianströmung sich in dem Retarder 8 ausbildet und dieser beginnt, das volle Bremsmoment zu übertragen. Dadurch lässt sich neben einem sehr schnellen Einschalten des Retarders 8 der Verschleiß im Bereich der Reibbeläge 13 minimieren, da die Phase der Synchronisation verkürzt wird und bereits abgeschlossen ist, bevor

entsprechend hohe Gegenmomente im Bereich des Rotors 11 anstehen.

Eine zweite Ausführungsvariante der mechanischen Kupplung 9 ist in der

Darstellung der Figur 3 zu erkennen. Soweit die Bauteile bereits im Rahmen der Figur 2 beschrieben worden sind, tragen sie dieselben Bezugszeichen. Der

Unterschied zur mechanischen Kupplung 9 gemäß Figur 2 liegt im Bereich des Aktuators 18. Dieser besteht wiederum aus einem Kolben 21 in dem Zylinder 20, welcher das Betätigungselement 14 analog zur Darstellung in Figur 2 betätigt. Zusätzlich ist in dem zwischen dem Zylinder 20 und dem Kolben 21 befindlichen Bereich ein Halteelement 22 in Form eines magnetischen Haftelements

vorgesehen. Dieses kann beispielsweise als Permanentmagnet oder auch als Elektromagnet ausgebildet sein. In den Raum zwischen dem Zylinder 20 und dem Kolben 21 wird wiederum über die Leitung 19 Druckluft oder ein anderes gasförmiges Betätigungsmedium eingeführt. Aufgrund der Haltekraft des magnetischen Haftelements 22 wird der magnetisch ausgebildete Kolben 21 mit einer gewissen Kraft entgegen der sich aufbauenden Druckkraft der Druckluft gehalten. Erst ab einer bestimmten Kraft übersteigt die Vorspannung zwischen Zylinder 20 und Kolben 21 die Summe der Gegenkräfte, sodass der Kolben 21 schlagartig bewegt wird und sich das Betätigungselement 14 sehr schnell in eine zweite die Kupplung 9 verschließende Position bewegt. Auch hierdurch lässt sich also eine sehr schnelle Bewegung der Kupplung 9 mit den oben bereits genannten Vorteilen realisieren. Idealerweise ist die Anlagefläche des magnetischen

Haftelements 22 an dem Kolben 21 dabei so ausgebildet, dass diese dichtend aneinanderliegen, sodass hier keine Druckluft zwischen die beiden Elemente eindringen und die magnetische Haftung beeinträchtigen kann. Ferner kann dadurch der Effekt - analog zu dem Ausführungen der Figur 2 - verstärkt werden. Der abgedichtete Bereich wird nämlich erst nach dem Lösen vom magnetischen Haftelement 22 für die Vorkomprimierte Druckluft freigegeben. Durch diese Freigabe erhöht sich die Betätigungskraft dann nochmals schlagartig.

Ein drittes Ausführungsbeispiel ist in der Darstellung der Figur 4 zu erkennen. Auch hier ist wieder ein magnetisches Haftelement 22 vorhanden, welches dieses mal andersartig ausgebildet ist und das Betätigungselement 14 direkt festhält. Der Aktuator 18 umfasst wieder einen Kolben 21 in dem Zylinder 20. Er kann pneumatisch oder in diesem Fall auch hydraulisch oder gegebenenfalls auch elektromotorisch bewegt sein. Zwischen dem Kolben 21 und dem

Betätigungselement 14 ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein Federelement 23 in Form einer Tellerfeder angeordnet. Die Funktionalität ist im Wesentlichen dieselbe wie bei dem in Figur 3 dargestellten Aufbau. An die Stelle der Gasfeder, welche sich dort zwischen dem Zylinder 20 und dem Kolben 21 ausbildet, tritt hier die Tellerfeder 23, welche so ausgestaltet ist, dass diese durch den Kolben 21 entsprechend vorgespannt wird. Nachdem die Haltekraft des magnetischen Haftelements 22 überschritten ist, wird das Betätigungselement 14 schlagartig gegen die Reibbeläge 13 und das Gegenelement 16 bewegt. Auch hier ist der Effekt eine sehr schnell schließende mechanische Kupplung 9, welche eine Synchronisation in einer so kurzen Zeit gewährleistet, dass die Reibungsverluste minimal sind, da typischerweise die Meridianströmung in dem Retarder 8 noch nicht aufgebaut ist, wenn die Elemente der Kupplung 9 bereits im schlupffreien Eingriff zueinander stehen.

Eine weitere alternative Ausführungsform ist in der Darstellung der Figur 5 zu erkennen. Der Aufbau zeigt wiederum den Aktuator 18 in einer analog zur Darstellung in Figur 4 ausgebildeten Art und Weise. Zwischen dem Kolben 21 des Aktuators 18 und dem Betätigungselement 14 ist auch hier eine Tellerfeder 23 vorgesehen. Zusätzlich zu dieser Tellerfeder 23 ist außerdem eine Kippfeder 24 vorgesehen, welche in ihrer Wirkung gegen die Tellerfeder 23 geschaltet ist. Die Eigenschaft einer solchen Kippfeder 24 ist nun die, dass durch eine Vorspannung aufgrund der Feder 23 die Kippfeder in einer ersten Position verharrt, bis die Kraft der Tellerfeder 23 einen bestimmten Betrag übersteigt. Dann kommt es zu einem schlagartigen Umkippen der Kippfeder 24 beispielsweise aus einer konkaven in eine konvexe Form. Hierdurch wird das Betätigungselement 14 ebenfalls schlagartig bewegt und die mechanische Kupplung 9 schließt sich. Eine fünfte Ausführungsform ist in der Darstellung der Figur 6 zu erkennen. Sie entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform, die auch in Figur 4 bereits dargestellt worden ist. Allerdings wird auf das magnetische Haftelement 22 verzichtet. Dafür ist zwischen der Tellerfeder 23 und dem Betätigungselement 14 ein Zwischenelement 25 angeordnet. Dieses Zwischenelement 25, welches so konstruktiv nicht zwingend notwendig ist, sondern auch durch das Betätigungselement 14 einstückig mit ausgebildet sein könnte, dient in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel dazu, von einer mechanischen Halteklinke 26 festgehalten zu werden, während durch eine Bewegung des Kolbens 21 eine Vorspannung auf die Tellerfeder 23 aufgebaut wird. Wie durch den Pfeil 27 angedeutet, kann die mechanische Halteklinke 26, nachdem eine ausreichende Vorspannung auf die Tellerfeder 23 aufgebracht worden ist, beispielsweise aktiv, zurückgezogen werden. Dann kommt es wiederum zu einer schlagartigen Bewegung, in diesem Fall des Zwischenelements 25 gegen das

Betätigungselement 14, welches dann schlagartig die mechanische Kupplung 9 schließt.

Selbstverständlich ist es für den Fachmann denkbar und möglich, weitere Ausführungsformen für die Einrichtung zur schlagartigen Bewegung des

Betätigungselements durch eine geschickte Kombination der hier beschriebenen Einzelaspekte untereinander zu konstruieren.