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Title:
MODULAR CONSTRUCTED MULTIFUNCTIONAL SYSTEM, PARTICULARLY A COMBINED DRIVE, BRAKE AND POWER TRANSFER SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/088564
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a modular constructed multifunctional system. According to the invention, the modular constructed multifunctional system is endowed with the following characteristics: an input (E) and an output (A); a drive element (2) in the form of a hydrodynamic element (3), comprising a drive side (6) which can be coupled in a torsion-proof manner to the input, and a driven side (7) coupled to the output and at least one primary wheel and a secondary wheel (9); a switchable coupling (5) between the input and the output; a free wheel (F) arranged between the driven side of the drive element and the output; a brake device (13) for stationary support and braking of the secondary wheel on a housing (15); the switchable coupling is embodied in the form of a running friction coupling; a drive element, a braking element and a free wheel are incorporated into a modular unit.

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WO/2005/050048STARTING UNIT
JP2022100619DRIVING UNIT
Inventors:
KLEMENT WERNER (DE)
VOGELSANG KLAUS (DE)
KERNCHEN REINHARD (DE)
DIELE KARL-HEINZ (DE)
BECKE MARTIN (DE)
Application Number:
PCT/EP2002/004493
Publication Date:
November 07, 2002
Filing Date:
April 24, 2002
Export Citation:
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Assignee:
VOITH TURBO KG (DE)
KLEMENT WERNER (DE)
VOGELSANG KLAUS (DE)
KERNCHEN REINHARD (DE)
DIELE KARL-HEINZ (DE)
BECKE MARTIN (DE)
International Classes:
F16D33/06; F16H45/00; F16D67/02; (IPC1-7): F16D67/02
Foreign References:
US3285100A1966-11-15
DE19815445C11999-07-15
GB1587530A1981-04-08
DE19650339A11998-06-10
DE19650339A11998-06-10
Attorney, Agent or Firm:
WEITZEL & PARTNER (Heidenheim, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Modular aufgebautes Multifunktionssystem (1), insbesondere kombiniertes AnfahrBremsund Leistungsübertragungssystem ; 1.1 mit einem Eingang (E) und einem Ausgang (A) ; 1.2 mit einem Anfahrelement (2) in Form eines hydrodynamischen Bauelementes (3), umfassend eine, mit dem Eingang (E) drehfest koppelbare Antriebsseite (6) und eine mit dem Ausgang (A) koppelbare Abtriebsseite (7) und minde stens ein Primärrad (8) und ein Sekundärrad (9) ; 1. 3 mit einer schaltbaren Kupplung (5) zwischen dem Eingang (E) und dem Aus gang (A) ; 1.4 mit einer Bremseinrichtung (13) zur ortsfesten Abstützung und Abbremsung des Sekundärrades (9) an einem Gehäuse (15) ; 1.5 zwischen der Abtriebsseite (7) des Anfahrelementes (2) und dem Ausgang (A) ist ein Freilauf (F) angeordnet ; 1.6 die schaltbare Kupplung (5) ist als trockenlaufende Reibkupplung ausgeführt ; 1.7 Anfahrelement (2), Bremseinrichtung (13) und Freilauf (F) sind zu einer Bau einheit (19) zusammengefaßt.
2. Modular aufgebautes Multifunktionssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das hydrodynamische Bauelement (3) und die schaltbare Kupplung (5) parallel schaltbar sind.
3. Modular aufgebautes Multifunktionssystem (1), gekennzeichnet durch die fol genden Merkmale : 3.1 mit einer Einrichtung zur Schwingungsdämpfung (21) ; 3.2 die Einrichtung zur Schwingungsdämpfung (21) ist räumlich und funktional vor der schaltbaren Kupplung (5) angeordnet.
4. Modular aufgebautes Multifunktionssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale : 4.1 mit einer Einrichtung zur Schwingungsdämpfung (21) ; 4.2 die Einrichtung zur Schwingungsdämpfung (21) ist funktional hinter der schaltbaren Kupplung (5) angeordnet.
5. Modular aufgebautes Multifunktionssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrodynamische Bauelement (3) als hydrodynamische Kupplung (4) ausgeführt ist.
6. Modular aufgebautes Multifunktionssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Primärrad (8) räumlich in axialer Richtung vom Eingang (E) zum Ausgang (A) zwischen der schaltbaren Kupp lung (5) und dem Sekundärrad (9) angeordnet ist.
7. Modular aufgebautes Multifunktionssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärrad (9) räumlich in axialer Richtung vom Eingang (E) zum Ausgang (A) betrachtet zwischen der schalt baren Kupplung (5) und dem Primärrad (8) angeordnet ist.
8. Modular aufgebautes Multifunktionssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Element der Bremseinrichtung (13) zum Abbremsen mit der Abtriebsseite (7) des hydrodynamischen Bauelemen tes (3) vor dem Freilauf (F) angelenkt ist.
9. Modular aufgebautes Multifunktionssystem (1) nach Anspruch 8, dadurch ge kennzeichnet, daß die Bremseinrichtung (13) als Reibbremseinrichtung, um fassend mindestens ein an einem Gehäuse (15,18) ortsfest angeordnetes reibflächentragendes Element und ein zweites mit der Abtriebsseite (7) des hydrodynamischen Bauelementes (3) drehfest gekoppeltes reibflächentragen des Element, ausgeführt ist.
10. Modular aufgebautes Multifunktionssystem (1) nach Anspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, daß die Bremseinrichtung als trocken laufende Reibbremse ausgeführt ist.
11. Modular aufgebautes Multifunktionssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale : 11.1 die Baueinheit aus Anfahrelement (2), der Freilauf (F) und die Bremseinrich tung (13) bilden einen ersten Modul (19) ; 11.2 die schaltbare Kupplung (5) bildet ein zweites Modul.
12. Modular aufgebautes Multifunktionssystem (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der Module (19,20) ein eigener Gehäuseteil (15) zugeordnet, welche miteinander lösbar verbunden sind.
13. Modular aufgebautes Multifunktionssystem (1) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseteil (15) des ersten Modu les (19) beim Einsatz in einer Getriebebaueinheit vom Gehäuse der Getriebe baueinheit gebildet wird.
14. Modular aufgebautes Multifunktionssystem (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Modul (19) ein eigenständiges Betriebsund/oder Steuerund/oder Schmiermittelversorgungssystem auf weist.
15. Getriebebaueinheit mit einem modular aufgebauten Multifunktionssystem (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 und drehfest mit dem Ausgang (A) kop pelbaren Nachschaltstufen oder stufenlosen Getriebeteilen.
16. Getriebebaueinheit nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß diese als Automatgetriebe ausgeführt ist.
17. Getriebebaueinheit nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß diese als automatisiertes Schaltgetriebe ausgeführt ist. Modular aufgebautes Multifunk tionssystem.
Description:
Modular aufgebautes Multifunktionssystem, insbesondere kombiniertes Anfahr-, Brems-und Leistungsübertragungssystem Die Erfindung betrifft ein modular aufgebautes Multifunktionssystem für den Einsatz in Getrieben, insbesondere automatischen und automatisierten Schaltgetrieben, ins- besondere kombiniertes Anfahr-, Brems-und Leistungsübertragungssystem im ein- zelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruches 1 ; ferner eine Ge- triebebaueinheit.

Getriebe für den Einsatz in Fahrzeugen, insbesondere Nutzkraftwagen in Form von Schaltgetrieben oder automatisierten Schaltgetrieben sind in einer Vielzahl von un- terschiedlichen Ausführungen bekannt. Diesen gemeinsam ist in der Regel, daß der Anfahrvorgang über eine Kupplungseinrichtung in Form einer Reibkupplung oder eines hydrodynamischen Wandlers realisiert wird. Problematisch gestaltet sich die Verwendung einer Reibungskupplung als Anfahrelement jedoch in den Funktionszu- ständen, welche durch einen erhöhten Schlupf über einen längeren Zeitraum ge- kennzeichnet sind. Dies gilt insbesondere für den Anfahrvorgang. Aufgrund der enormen thermischen Beanspruchung ist die Kupplungseinrichtung dann einem er- höhten Verschleiß unterworfen. Um diesen möglichst gering zu halten, sind entspre- chende Anforderungen an den zu verwendenden Reibbelag zu stellen. Des weiteren bedingen die Verschleißerscheinungen geringe Standzeiten für das Anfahrelement.

Der Nachteil von Lösungen mit Anfahrelementen in Form von hydrodynamischen Wandlern besteht im wesentlichen in den hohen Kosten für den hydrodynamischen Teil und dem Erfordernis des Vorsehens einer Trennkupplung.

Eine Ausführung einer Getriebebaueinheit mit einem Anfahrelement in Form einer hydrodynamischen Kupplung ist aus der Druckschrift DE 196 50 339 A1 bekannt. Mit dieser werden mindestens zwei Betriebszustände-ein erster Betriebszustand zur Leistungsübertragung in wenigstens einer Schaltstufe und ein zweiter Betriebszu- stand zur Abbremsung-realisiert. Dabei werden beide Funktionen über die Elemen- te der hydrodynamischen Kupplung realisiert, welche somit als gattungsgemäße Mul- tifunktionseinheit fungiert. Diese umfaßt ein Pimärrad und ein Sekundärrad, welche miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum bilden. Die Realisierung der Funktion

eines hydrodynamischen Retarders erfolgt durch Zuordnung der Funktion des Sta- torschaufelrades, entweder durch Festsetzung gegenüber einem ruhenden Getriebe- teil zum Primärrad und der Funktion des Rotorschaufelrades zum Sekundärrad oder der Zuordnung der Funktion des Statorschaufelrades zum Sekundärrad durch Fest- setzen des Sekundärrades gegenüber den ruhenden Getriebeteilen und der Funktion des Rotorschaufelrades zum Primärrad. Das die Funktion des Rotorschaufelrades übernehmende Schaufelrad ist in beiden Fällen mit der Getriebeausgangswelle über den mechanischen Getriebeteil gekoppelt. Die Anbindung der hydrodynamischen Kupplung an die Antriebswelle bzw. den mechanischen Getriebeteil der Getriebe- baueinheit erfolgt dabei derart, daß zur Realisierung des ersten Betriebszustandes das Sekundärrad mit dem mechanischen Getriebeteil und das Primärrad mit der Ge- triebeeingangswelle verbindbar ist, während zur Realisierung der zweiten Betriebs- weise, d. h. Abbremsung, eines der beiden Schaufelräder festgesetzt wird. Zu die- sem Zweck sind der hydrodynamischen Kupplung, insbesondere einem Schaufelrad Mittel zur Festsetzung und Entkopplung vom Antriebsstrang zugeordnet. Diese Aus- führung erlaubt die Gestaltung einer besonders kompakten Getriebebaueinheit, da auf ein separates Bremselement verzichtet werden kann. Ein Nachteil dieser Ausfüh- rung besteht jedoch darin, daß diese Ausführung nur für automatische Schaltgetriebe konzipiert ist, bei welchen während des Schaltvorganges Motor oder Turbine eine starke Drehzahländerung erfahren, wobei die Drehzahl des Sekundärrades synchro- nisiert werden muß. Bei Anwendung in automatisierten Schaltgetrieben ist es jedoch zur Gewährleistung einer sicheren Unterbrechung des Leistungsflusses bei Schalt- vorgängen erforderlich, eine separate Trennkupplung vorzusehen. Des weiteren ist die hydrodynamische Kupplung fest im Gesamtkonzept der Getriebebaueinheit inte- griert und somit nicht frei austauschbar, da diese eine Anpassung der Umgebung erfordert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Multifunktionssystem, insbeson- dere kombiniertes Anfahr-und Bremssystem der eingangs genannten Art, derart wei- terzuentwickeln, daß dieses unabhängig von der Art der Getriebebaueinheit-auto- matisiertes Schaltgetriebe oder Automatgetriebe-einsetzbar ist. Im einzelnen ist da- bei auf die Realisierung eines möglichst verschleißfreien Anfahrvorganges unabhän- gig von der Zeitdauer des Zustandes erhöhten Schlupfes zu achten. Das Multifunkti-

onssystem selbst sollte dabei durch einen geringen konstruktiven und steuerungs- technischen Aufwand charakterisierbar und leicht in ein Antriebssystem bzw. in eine Kraftübertragungseinheit, beispielsweise in Form einer Getriebebaueinheit integrier- bar sein, wobei den zunehmend erhöhten Anforderungen an eine geringe Baulänge Rechnung getragen werden sollte und eine Integrierbarkeit unabhängig von der rest- lichen Getriebeumgebung gegeben sein sollte. Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, eine sichere Gewährleistung der Unterbrechung des Leistungsflusses während des Schaltvorganges zu ermöglichen.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 16 cha- rakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergege- ben.

Erfindungsgemäß umfaßt ein modular aufgebautes Multifunktionssystem, insbeson- dere kombiniertes Anfahr-, Brems- und Leistungsübertragungssystem, einen Ein- gang und einen Ausgang, ein dazwischen angeordnetes Anfahrelement in Form ei- nes hydrodynamischen Bauelementes mit mindestens einem Primärschaufelrad und einem Sekundärschaufelrad, d. h. in Form einer hydrodynamischen Kupplung, eine einem Schaufelrad zugeodnete Bremseinrichtung sowie eine schaltbare Kupplung zur Überbrückung des hydrodynamischen Elementes, d. h. Umgehung des hydrody- namischen Leistungszweiges in Form einer trockenlaufenden Reibungskupplung.

Das Anfahrelement, d. h. das hydrodynamische Bauelement weist eine An-und eine Abtriebsseite auf. Die Abtriebsseite des Anfahrelementes, d. h. der hydrodynami- schen Kupplung, ist mit dem Ausgang der Multifunktions-bzw. Anfahreinheit verbun- den. Erfindungsgemäß ist dabei desweiteren zwischen dem Sekundärschaufelrad, d. h. dem Abtrieb des Anfahrelementes und dem Ausgang der Multifunktionseinheit ein Freilauf vorgesehen. Der Freilauf ermöglicht als richtungsgeschaltete Kupplung im wesentlichen die zwei folgenden Funktionszustände : 1. Ist die Drehzahl auf der Antriebsseite des Anfahrelementes, d. h. dem Sekun- därrad gleich der am Ausgang des modular aufgebauten Multifunktionssy- stems wird ein Moment vom Sekundärrad auf den Ausgang des modular auf- gebauten Multifunktionssystems übertragen.

2. Ist die Drehzahl des Sekundärrades, d. h. des Abtriebes des Anfahrelementes geringer als am Ausgang der Anfahreinheit wird über das Sekundärrad kein Moment auf den Ausgang übertragen, das Sekundärrad läuft frei. s Die Komponenten Anfahrelement, Bremseinrichtung und Freilauf sind zu einer Bau- eiheit zusammengefaßt, welche mit der schaltbareri Kupplung kombiniert das Multi- funktionssystem bilden. Diese Baueinheit bildet einen ersten Modul. Der zweite Mo- dul wird von der schaltbaren Kupplung gebildet.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet funktional neben der Realisierung eines nahe- zu verschleißfreien Anfahrvorganges den Vorteil, daß während des Schaltvorganges das hydrodynamische Bauelement nicht entleert werden muß und auch keine zusätz- liche Trennkupplung zur Leistungsunterbrechung erforderlich ist. Die Abkoppelung des Einganges, welcher in der Regel die Getriebeeingangswelle bildet, von den nachgeordneten Schaltstufen erfolgt allein über den Freilauf und sichert somit die Funktion der Synchroneinrichtung im Schaltgetriebe. Konstruktiv kann die Baueinheit aus Anfahrelement, Bremseinrichtung, Freilauf als vormontierte modulare Baueinheit gefertigt, gehandelt und in eine Getriebebaueinheit zwischen schaltbarer Kupplung und Schaltstufen integriert werden. Dazu weist der erste Modul aus Anfahrelement, Bremseinrichtung, Freilauf und Ausgang zwei Schnittstellen zur Koppelung mit der schaltbaren Kupplung auf. Die schaltbare Kupplung als zweites Modul kann dabei unter Berücksichtigung der Anschlußabmessungen direkt oder über Adapterzwi- schenelemente mit einer Vielzahl unterschiedlich ausgeführter erster Module zu ei- nem Multifunktionssystem zusammengefaßt werden. Die Möglichkeit der beliebigen Zusammenfaßbarkeit wird durch die mögliche ölseitige Trennung der beiden parallel schaltbaren Übertragungselemente unterstützt, da die Oberbrückungskupplung als trockenlaufende Kupplung ausgeführt ist.

Die schaltbare Kupplung und die hydrodynamische Kupplung sind parallel zueinan- der geschaltet, jedoch nur während zeitlich geringer oder definierter Phasen gemein- sam im Eingriff, wobei der Leistungsfluß zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Anfahreinheit unterbrechbar ist. Diese Unterbrechbarkeit kann dabei beim Ein- satz der Anfahreinheit in automatisierten Schaltgetrieben mit der Anfahreinheit nach-

geordnetem mechanischem Getriebeteil durch die Schaltbarkeit der schaltbaren Kupplung bei gleichzeitiger Entleerung bzw. bereits geleerte hydrodynamischer Kupplung oder beim Einsatz in automatisierten Schaltgetrieben mit mechanischem Getriebeteil oder Nach-bzw. Gruppenschaltsatz beim Umschalten zwischen den er- sten beiden unteren Gangstufen durch die Entleerung der hydrodynamischen Kupp- lung erfolgen. Vorzugsweise werden bei einer derartigen Ausführung die Abtriebssei- ten der hydrodynamischen Kupplung und der schaltbaren Kupplung drehfest mitein- ander über den Freilauf gekoppelt. Die schaltbare Kupplung ist als trockene Reib- kupplung ausgeführt. Der Vorteil dieser Anordnung besteht im wesentlichen darin, daß nur zwei Zustände bezüglich der Leistungsübertragung vom Eingang des Multi- funktionselementes bis zum Ausgang unterschieden werden müssen, wobei die Lei- stungsübertragung entweder rein mechanisch über die schaltbare Kupplung oder hydrodynamisch über das hydrodynamische Bauelement erfolgt. Durch die geeignete Ansteuerung können dabei die Vorteile der hydrodynamischen Leistungsübertragung für bestimmte Fahrzustände optimal genutzt werden. Dies gilt insbesondere für den Anfahrvorgang, welcher vollständig verschleißfrei erfolgen kann, wobei in allen ande- ren Fahrzuständen eine vollständige Überbrückung der schlupfbehafteten hydrody- namischen Kupplung realisiert wird. Ab einem bestimmten Schlupfzustand, welcher abhängig von der Auslegung der hydrodynamischen Kupplung ist, erfolgt die Über- brückung durch eine Kopplung zwischen dem Pumpen-und dem Sekundärrad mit- tels mechanischer schaltbarer Kupplung. Die Antriebsleistung wird von ein^er mit dem modular aufgebauten Multifunktionssystem, insbesondere dem Eingang koppel- baren Antriebsmaschine mit nur geringen Verlusten, bedingt durch die mechanischen Übertragungssysteme und die notwendige Hilfsenergie, auf den Ausgang übertra- gen. Da für den Einsatz in Schaltgetrieben, insbesondere synchronisierten Schaltge- trieben beim Wechsel zwischen zwei Gangstufen die Verbindung zwischen der An- triebsmaschine und dem Abtrieb in der Regel getrennt werden sollte, wird diese Auf- gabe der schaltbaren Kupplung zugeordnet.

Durch die Ausführung der schaltbaren Kupplung als trockenlaufede Kupplung kön- nen die höhren Reibbeiwerte dieser Kupplungen genutzt werden. Dies gilt auch bei Ausführung der Bremseinrichtung als trockenlaufende Reibbremse.

Jedem Modul-schaltbarer Kupplung und bauliche Einheit der Komponenten Brems- einrichtung, Freilauf und hydrodynamische Kupplung-ist ein eigener Gehäuseteil, welcher mit den anderen Gehäuseteilen das Gesamtgehäuse bildet, zuzuordnen.

Dabei erfolgt die Zusammenfassung der Komponenten hydrodynamische Kupplung, Bremseinrichtung und Freilauf in einem gemeinsamen Gehäuse oder Gehäuseteil.

Das gemeinsam nutzbare Gehäuse kann dabei 1. vom Gehäuse des hydrodynamischen Bauelementes, insbesondere der hy- drodynamischen Kupplung oder 2. einem separaten Gehäuse gebildet werden.

Denkbar ist im letzten Fall beispielsweise auch die Ausbildung des Gehäuses entwe- der allein von der mit der Anfahreinheit koppelbaren Getriebebaueinheit oder von beiden an die Anfahreinheit anschließenden Elementen.

Die vorgesehene Einrichtung zum wahlweisen Festhalten des Sekundärrades in Form der Bremseinrichtung ermöglicht es, das hydrodynamische Bauelement auch als vollwertigen hydrodynamischen Retarder zu betreiben und damit eine verschleiß- freie Bremseinrichtung zu ermöglichen. Eine separate hydrodynamische Bremsein- richtung, welche insbesondere beim Einsatz in Nutzkraftwagen Verwendung findet, kann entfallen. Die Ventilationsverluste des Retarders sind im Vergleich zum konven- tionellen Retarder sehr gering. Die Einrichtung zum Festhalten bzw. zur Ankupplung des Sekundärrades am Gehäuse ist im einfachsten Fall als Bremseinrichtung, vor- zugsweise in Scheibenbauweise ausgeführt. Diese wird am Abtrieb der hydrodyna- mischen Kupplung, d. h. am Sekundärrad wirksam. Die Anbindung des Bremsele- mentes am Sekundärrad erfolgt zwischen Sekundärrad und Freilauf. Bei eingelegtem Gang und geschlossenem Bremselement kann in besonders vorteilhafter Weise ein der gewünschten Fahrtrichtung entgegengesetzte Bewegung des Fahrzeuges ver- mieden werden, d. h. insbesondere Zurückrollen des Fahrzeuges an Steigungen. Die Bremseinrichtung ermöglicht desweiteren eine schnelle Reduzierung der Motordreh- zahl bei Hochschaltvorgängen und verkürzt damit die Zeitdauer der Zugkraftunter- brechung bei automatisierten Schaltgetrieben.

Die erfindungsgemäß gestaltete Anfahreinheit baut sehr klein, insbesondere in axia- ler Richtung, und hat somit bei Integration in einer Getriebebaueinheit, insbesondere einem automatisierten Schaltgetriebe nur geringen Einfluß auf die Baulänge. Die bauliche Einheit aus hydrodynamischer Kupplung, Freilauf und Bremseinrichtung kann als modulare Baueinheit vormontiert im Handel angeboten und geliefert wer- den. Die Integration in einer Anschlußeinheit erfolgt dann kraftschlüssig und/oder formschlüssig, beispielsweise durch Aufstecken der modularen Baueinheit auf eine Eingangswelle des Anschlußelementes, insbesondere von Nachschaltstufen einer Getriebebaueinheit oder die Realisierung einer Welle-Nabe-Verbin-dung zwischen dem Ausgang der Anfahreinheit und dem Eingang der Anschlußeinheit, wobei die Eingangswelle der Anschlußeinheit gleichzeitig die Ausgangswelle der Anfahreinheit im montierten Zustand bilden kann. In gleicher Weise erfolgt die Kombination mit ei- ner schaltbaren Kupplung. Es besteht auch die Möglichkeit beide Module gemeinsam als Multifunktionseinheit vorzumontieren und zu handeln.

Die drehfeste Verbindung zwischen den Abtriebsseiten des hydrodynamischen Bau- elementes, insbesondere der hydrodynamischen Kupplung hinter dem Freilauf und der schaltbaren Kupplung über die beiden Schnittstellen wird dabei lösbar bezüglich der Montage erfolgen. Die Verbindung selbst kann form-und/oder kraftschlüssig er- folgen. Die konkrete Auswahl der Verbindungsart erfolgt entsprechend den Erfor- dernissen des Einsatzfalles.

Bezüglich der räumlichen Anordnung der einzelnen Komponenten der hydrodynami- schen Kupplung in axialer Richtung vom Eingang des modular aufgebauten Multi- funktionssystems zum Ausgang des modular aufgebauten Multifunktionssystems betrachtet bestehen im wesentlichen die zwei nachfolgend genannten Möglichkeiten : 1. Anordnung des Primärrades der hydrodynamischen Kupplung zwischen der schaltbaren Kupplung und dem Sekundärrad der hydrodynamischen Kupplung 2. Anordnung des Sekundärrades der hydrodynamischen Kupplung zwischen der schaltbaren Kupplung und dem Primärrad der hydrodynamischen Kupp- lung

Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung besteht die Möglichkeit, als zusätzliche Komponente in der Anfahreinheit eine Einrichtung zur Schwingungsdämpfung, ins- besondere einen Torsionsschwingungsdämpfer in diese zu integrieren. Der Torsi- onsschwingungsdämpfer ist funktional entweder der Antriebsseite, d. h. dem Ein- gang, wobei diese Ausführung besonders vorteilhaft ist, oder der Abtriebsseite, d. h. dem Ausgang zuordenbar, wobei bezüglich der räumlichen Anordnung zwischen der Anordnung des Torsionsschwingungsdämpfers in Einbaulage betrachtet a) räumlich vor der hydrodynamischen Kupplung und vor der schaltbaren Kupp- lung oder b) räumlich vor der hydrodynamischen Kupplung und hinter der schaltbaren Kupplung oder c) räumlich hinter der hydrodynamischen Kupplung unterschieden werden kann.

Gemäß einer Weiterentwicklung des erfindungsgemäß gestalteten Multifunktionssy- stems ist dem ersten Modul, welches von der baulichen Einheit aus hydrodynami- scher Kupplung, Bremseinrichtung und Freilauf gebildet wird, ein eigenständiges Be- triebs-und/oder Steuer-und/oder Schmiermittelversorgungssystem zugeordnet, wo- mit eine vollständig autarke Einheit hinsichtlich der Kombinierbarkeit mit hinsichtlich der Auslegung oder Ausführung anders gestalteten schaltbaren Kupplungen und nachgeordneten Getriebeteilen gegeben ist.

Die Betätigung beider Elemente-Bremseinrichtung und schaltbare Kupplung-der modular aufgebauten Multifunktionseinheit erfolgt mit Hilfsenergie, beispielsweise pneumatisch oder hydraulisch oder elektrisch oder einer Kombination dieser. Dabei können zur Betätigung der Elemente Bremseinrichtung und schaltbare Kupplung un- terschiedliche Hilfsenergien genutz werden oder aber die gleichen. Gemäß einer be- sonders vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Betätigung zumindest der schaltbaren Kupplung, vorzugsweise jedoch beider Elemente vorzugsweise mit der gleichen Hilfsenergie, welche für Nachschaltstufen bereitge- stellt wird, d. h. mittels welcher ein Gangstufenwechsel realisierbar ist. Dies bedeutet, daß auch das gleiche Hilfsenergiebereitstellungssystem genutzt werden kann. Auch bietet diese Lösung steuerungstechnisch große Vorteile, da die schaltbare Kupplung

bezüglich der Betätigung der Anschlußeinheit, insbesondere den Schaltstufen des Getriebes zugeordnet werden kann.

Die Kombination einer hydrodynamischen Kupplung, Bremseinrichtung und eines Freilaufes sowie einer schaltbaren Kupplung sowie eventuell zusätzlich eines Torsi- onsschwingungsdämpfers und die Integration in einer modularen Baueinheit bildet die Möglichkeit der Schaffung einer multifunktionalen Antriebskomponente mit gerin- gem Bauraumbedarf, insbesondere für den Einsatz in Fahrzeugen.

Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt : Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung den Grundaufbau eines efindungs- gemäß gestelteten Multifunktionssystems ; Figur 2 zeigt eine Ausführung gemäß Figur 1 mit räumlich vertauschter Anord- nung der Schaufelräder ; Figur 3 verdeutlicht anhand einer Tabelle unterschiedliche Funktionszustände ; Figur 4 verdeutlicht in schematisch stark vereinfachter Darstellung den Aufbau einer Getriebebaueinheit mit Multifunktionseinheit und eigenem Be- triebs-und/oder Steuer-und/oder Schmiermittelversorgungssystem.

Die Figur 1 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung den Grundaufbau eines erfindungsgemäß ausgeführten modular aufgebauten Multifunktionssystems 1, insbesondere kombinierten Anfahr-Brems-und Leistungsübertragungssystems. Die- ses umfaßt ein Anfahrelement 2 in Form eines hydrodynamischen Bauelementes 3, vorzugsweise in Form einer hydrodynamischen Kupplung 4 und eine schaltbare Kupplung 5 zur Überbrückung des hydrodynamischen Leistungszweiges. Die hydro- dynamische Kupplung 4 umfaßt eine, mit einem Eingang E des modular aufgebauten Multifunktionssystems 1 koppelbare Antriebsseite 6 und eine, mit einem Ausgang A des modular aufgebauten Multifunktionssystems 1 koppelbare Abtriebsseite 7 und

mindestens ein, im Traktionsbetrieb bei gewünschter Leistungsübertragung zwischen Eingang und Ausgang über das hydrodynamische Bauelement 3 als Pumpenrad fungierendes Primärrad 8 und ein als Turbinenrad fungierendes Sekundärrad 9. Die Bezeichnungen Eingang und Ausgang beziehen sich dabei auf die Kraftflußrichtung im Traktionsbetrieb bei Integration des modular aufgebauten Multifunktionssystems 1 in einem Antriebssystem von einer Antriebsmaschine zum Abtrieb.

Die hydrodynamische Kupplung 4 und die schaltbare Kupplung 5 sind parallel schaltbar. Die schaltbare Kupplung 5 ist erfindungsgemäß als trockene Reibungs- kupplung 10 ausgeführt. Diese umfaßt einen Kupplungseingang 11 und einen Kupp- lungsausgang 12, welche beispielsweise als Kupplungsscheiben ausgeführt sind und miteinander wenigstens mittelbar reibschlüssig in Wirkverbindung bringbar sind, das heißt entweder direkt oder über weitere scheibenförmige Zwischenelemente die Reibpaarungen miteinander bilden.

Zwischen dem Sekundärrad 9 beziehungsweise der Abtriebsseite 7 der hydrodyna- mischen Kupplung 4 und dem Ausgang A ist ein Freilauf F angeordnet. Mit dem Frei- lauf F wird ein Multifunktionssystem 1 geschaffen, welches neben dem Anfahrvor- gang auch bei Kuppelvorgängen beim Einsatz in Schaltgetrieben, insbesondere au- tomatisierten Schaltgetrieben, positive Effekte erzielt. Dabei kann insbesondere wäh- rend des Gangstufenwechsels übermäßiger Verschleiß in den Synchronisiereinrich- tungen vermindert werden und somit der Komfort erhalten beziehungsweise sogar verbessert werden. Des weiteren ist zur Realisierung der Sicherung gegenüber un- gewolltem Zurückrollen, beispielsweise beim Anfahren am Berg und zur Ausnutzung des Anfahrelementes 2 als hydrodynamische Bremseinrichtung eine Bremseinrich- tung 13 vorgesehen. Die Bremseinrichtung 13 ist vorzugsweise als Scheibenbrems- einrichtung in Lamellenbauart ausgeführt und mit der Abtriebsseite 7 des hydrody- namischen Bauelementes 3, insbesondere der hydrodynamischen Kupplung 4 vor dem Freilauf F gekoppelt. Die Bremseinrichtung 13 umfaßt dazu mindestens eine erste ortsfeste Scheibe 14, welche vorzugsweise an einem Gehäuse 15, welches hier nur schematisch angedeutet ist, angeordnet ist und ein zweites Scheibenele- ment 16, welches wenigstens mittelbar, das heißt entweder direkt ober über weitere zwischengeschaltete Scheibenelemente mit der ortsfesten Scheibe 14 in Wirkverbin-

dung bringbar ist. Das zweite Scheibenelement 16 ist drehfest mit der Abtriebsseite 7, insbesondere dem Sekundärrad 9 gekoppelt. Durch das Vorsehen der Bremsein- richtung 13 sind mit dem hydrodynamischen Bauelement 3 wenigstens zwei Be- triebsweisen realisierbar-eine erste Betriebsweise zur Leistungsübertragung zwi- schen Eingang E und Ausgang A, welche insbesondere während des Anfahrvorgan- ges zum Tragen kommt und die Funktion einer hydrodynamischen Kupplung be- schreibt und eine zweite Betriebsweise zur Abbremsung, d. h. Nutzung des hydrody- namischen Bauelementes 3 als Retarder 17-realisiert. Zur Realisierung der Funkti- on des hydrodynamischen Bauelementes 3 als hydrodynamischer Retarder 17 er- folgt die Zuordnung der Funktion des Statorschaufelrades durch Festsetzung gegen- über den ruhenden Getriebeteilen, insbesondere dem Gehäuse 15 zum Sekundär- schaufelrad 9, das heißt zu dem bei Funktion als hydrodynamische Kupplung 4 fun- gierenden Turbinenrad. Die Funktion eines Rotorschaufelrades des hydrodynami- schen Retarders 17 wird dabei vom Primärschaufelrad 8, welches bei Funktionswei- se als hydrodynamische Kupplung 4 auch als Pumpenrad fungiert, übernommen.

Durch den Freilauf F besteht eine optimale Möglichkeit der Festsetzung des Sekun- därschaufelrades 9 und Abstützung am Gehäuse 15.

Bremseinrichtung 13, Anfahrelement 2, Ausgang A sind erfindungsgemäß desweite- ren mit dem Gehäuse 15 zu einer Baueinheit 19 zusammengefaßt. D. h. das Gehäu- se 15, welches einteilig oder mehrteilig ausgeführt ist und die genannten Bauelemen- te bilden einen ersten Modul 19, welcher komplett vormontiert geliefert und montiert sowie mit beliebigen schaltbaren Kupplungen 5 kombiniert bzw. bei Integration in Getriebebaueinheiten zwischen schaltbarer Kupplung 5 und beliebig ausgeführter nachgeordneter Getriebeteile, Schaltstufen, stufenlose Getriebe e. t. c, angeordnet werden kann. Der zweite Modul 20 des Multifunktionssystems 1 wird von der schalt- baren Kupplung 5 gebildet. Deren Kupplungseingang 11 ist drehfest mit dem Ein- gang E verbunden-je nach Ausgestaltung entweder direkt oder über weitere Zwi- schenelemente. Dabei bildet die Antriebsseite 6 des Anfahrelementes 2 eine erste Schnittstelle 23 zur drehfesten Koppelung mit der Kupplungseingangsseite 10 der schaltbaren Kupplung 5. Eine zweite Schnittstelle 24 wird zwischen der Verbindung Freilauf F und Ausgang A und der schaltbaren Kupplung 5, insbesondere dem Kupp- lungsausgang 12 geschaffen. Der Ausgang A bildet eine weitere dritte Schnittstelle

25 zur drehfesten Verbindung mit Schaltstufen oder anderen nachordenbaren Über- tragungselementen bzw. Getriebeteilen. Der Begriff Schnittstelle ist dabei funktional zu verstehen und nicht zwingend als konstruktives Merkmal, wobei zwischen den einzelnen Modulen 19 und 20 sowie den Nachschaltstufen lösbare Verbindungen angestrebt sind. Die räumliche Anordnung des Sekundärrades 9 erfolgt in axialer Richtung zwischen Eingang und Ausgang betrachtet zwischen schaltbarer Kupplung 5 und Primärrad 8.

Diese Ausführung ermöglicht die Schaffung eines modular aufgebauten Multifunkti- onssystems zur Realisierung unterschiedlicher Funktionen, das heißt insbesondere des Anfahrvorganges des verschleißfreien Kuppelvorganges und Bremsvorganges bei Integration in einer Getriebebaueinheit, einem Schaltgetriebe.

Bei dem in der Figur 1 dargestellten modularen Multifunktionssystem 1 wird dabei das Anfahrelement 2 in Form einer hydrodynamischen Baueinheit 3 und die Brems- einrichtung 13 in einem Gehäuse 15 integriert und bilden somit ein Modul 19. Das zweite Modul 20 wird von der schaltbaren Kupplung 5 gebildet. Beide Module weisen separate, zu einem Gesamtgehäuse zusammenfaßbare Gehäuseteile 15,18 auf. Es besteht die Möglichkeit, daß das Gehäuse des ersten Modules 15 vom Gehäuse nachgeordneter Schaltstufen oder stufenloser Getriebe gebildet wird. Diese Lösung ermöglicht eine einfache Zwischenschaltung der hydrodynamischen Komponente als Zusatzkomponente zur Realisierung unterschiedlicher Funktionen zur schaltbaren Kupplung 5 und den dieser in der Regel beim Einsatz in Fahrzeugen nachgeordne- ten Schaltstufen.

Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung kann zusätzlich ein Torsionsschwin- gungsdämpfer 21 vorgesehen werden. Dieser ist funktional entweder der Antriebs- seite, das heißt dem Eingang E des modularen Multifunktionssystems 1 zugeordnet, wobei diese Ausführung besonders vorteilhaft ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Einrichtung zur Schwingungsdämpfung funktional der Abtriebsseite, das heißt dem Ausgang A des modularen Multifunktionssystem 1 zuzuordnen, wobei be- züglich der räumlichen Anordnung zwischen der Anordnung der Einrichtung zur Schwingungsdämpfung 21 in Einbaulage betrachtet

a) räumlich vor der hydrodynamischen Kupplung 4 und der schaltbaren Kupp- lung 5, oder b) räumlich vor der hydrodynamischen Kupplung 4 und hinter der schaltbaren Kupplung 5, oder c) räumlich hinter der hydrodynamischen Kupplung 4 unterschieden werden kann.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung handelt es sich bei der Brems- einrichtung 13 ebenfalls um eine trockenlaufende Reibbremseinrichtung. Dies er- möglicht die Ausnutzung höherer Reibbeiwerte trockenlaufender Übertragungsein- richtungen.

Figur 2 verdeutlicht eine alternative Ausführung bezogen auf die räumliche Anord- nung der einzelnen Komponenten der hydrodynamischen Kupplung 4 in axialer Rich- tung vom Eingang E des modularen Multifunktionssystems zum Ausgang A betrach- tet. Bei dieser erfolgt die räumliche Anordnung des Primärrades 8 der hydrodynami- schen Kupplung 4 in axialer Richtung betrachtet zwischen der schaltbaren Kupplung 5 und dem Sekundärrad 9. Die Funktionsweise gestaltet sich dabei analog zu der in der Figur 1 beschriebenen.

Die in der Figur 3 angegebene Zustandstabelle verdeutlicht für die Ausführungen gemäß Figur 1 und 2 beispielhaft einzelne Funktionszustände und Schaltvarianten der entsprechenden Elemente des modular aufgebauten Multifunktionssystems 1. In der Leerlaufstellung beziehungsweise zur Einlegung der ersten Gangstufe oder des Rückwärtsganges ist die schaltbare Kupplung 5 geöffnet, während das hydrodynami- sche Bauelement 3 entleert ist. Über das Primärrad 8 wird durch Ankopplung an den Eingang E des Multifunktionssystems 1 ein Ventilationsmoment erzeugt. Die am Se- kundärrad 9 vorliegende Drehzahl nsekundär, welche der Sekundärraddrehzahl nT des hydrodynamischen Bauelementes 3 entspricht, entspricht dabei auch der Eingangs- drehzahl am Eingang der mit dem modularen Multifunktionssystem 1 gekoppelten Schaltstufen. In diesem Fall wird durch den im Arbeitsraum eingeschlossenen Luft- strom ein sogenanntes Ventilationsmoment durch Umwälzung übertragen.

Der Anfahrvorgang ist durch Leistungsübertragung über das hydrodynamische Bau- element, insbesondere die Kupplung 4 durch die erste Betriebsweise des hydrody- namischen Bauelementes charakterisiert. In diesem Fall ist die schaltbare Kupplung 5 geöffnet und die hydrodynamische Kupplung 4 voll-oder teilbefüllt. Das im Arbeits- raum aufgrund der Primärschaufelradrotation umgewälzte Betriebsmittel überträgt dabei ein Moment auf das Sekundärschaufelrad 9. Die Drehzahl des Primärschaufel- rades 8 entspricht unter Berücksichtigung des Schlupfes im wesentlichen dem des Sekundärschaufelrades, das heißt nT = n2, die der Drehzahl am Eingang der nach- geordneten Schaltstufe entspricht, das heißt der Drehzahl nA am Ausgang A des Mul- tifunktionssystems 1.

Während der Betriebsweise Fahren, das heißt im zweiten Betriebszustand, wobei sowohl Zug-als auch Schubverkehr eingeschlossen sind, erfolgt die Leistungsüber- tragung in der Regel rein mechanisch über die schaltbare Kupplung 5 unter Umge- hung des hydrodynamischen Bauelementes 3, das heißt die schaltbare Kupplung 5 fungiert als Schaltbare Kupplung. Diese ist geschlossen. Das in diesem Zustand an der Leistungsübertragung nicht beteiligte hydrodynamische Bauelement 3 kann da- bei entweder entleert, teilbefüllt oder völlig gefüllt sein. Dies spielt insbesondere eine Rolle, wenn während des normalen Fahrvorganges, das heißt im Traktionsbetrieb oder Schubbetrieb eine Bremsung unter Ausnutzung der Strömungskräfte, das heißt durch Betätigung eines hydrodynamischen Bauelementes vorgenommen werden soll. Dazu wird vorzugsweise das hydrodynamische Bauelement 3 völlig entleert, da ansonsten ein Stoß bei Betätigung der Bremseinrichtung 13 und damit Aktivierung des hydrodynamischen Bauelementes 3 als hydrodynamischer Retarder 17 durch das sich schnell aufbauende Bremsmoment entstehen würde. Bei Vorliegen des Si- gnales zur Erzeugung eines gewünschten Bremsmomentes wird die Bremseinrich- tung 13 in Form der Sekundärradbremse geschlossen und der Arbeitsraum entspre- chend dem gewünschten Moment mit Betriebsmittel befüllt. Während des Fahrvor- ganges ist dabei die Drehzahl des Sekundärrades nT kleiner als die der Eingangs- drehzahl. Das als Turbinenrad fungierende Sekundärschaufelrad 9 läuft frei.

Beim Gangstufenwechsel, welcher eine Hochschaltung charakterisiert, wird die me- chanische Kopplung zwischen dem Getriebeeingang, das heißt beispielsweise Ein-

gang E des Multifunktionssystems 1 und dem Ausgang A unterbrochen. Das hydro- dynamische Bauelement 3 ist leer, teilbefüllt oder weist Vollfüllung auf. Die Drehzahl der mit dem Eingang E gekoppelten Antriebsmaschine ni wird reduziert und die Drehzahl am Sekundärschaufelrad 9 ist kleiner als die am Ausgang A beziehungs- weise kleiner als n2 am Eingang nachgeordneter Schaltstufen. Das Sekundärschau- felrad 9 läuft frei. Dabei kann die Bremseinrichtung 13 geöffnet oder zum Abbremsen des Sekundärrades 9 geschlossen werden.

Bei Gangstufenwechseln, welche eine Rückschaltung in einen niederen Gang cha- rakterisieren, ist die schaltbare Kupplung 5 geöffnet. Das hydrodynamische Bauele- ment 3 in Form der hydrodynamischen Kupplung 4 kann leer, teilbefüllt oder mit einer Vollfüllung versehen sein. Auch in diesem Fall ist die Drehzahl nTdes Sekundär- schaufelrades 9 kleiner als die Drehzahl nA am Ausgang des Multifunktionssystems 1. Das Sekundärschaufelrad 9 ist frei von einer Kopplung mit dem Ausgang A.

Zur Realisierung von Bremsvorgängen wird die Bremseinrichtung 13 betätigt und des weiteren die schaltbare Kupplung 5. Das hydrodynamische Bauelement 3 in Form der hydrodynamischen Kupplung 4 muß voll-oder zumindest teilbefüllt sein. Durch den Freilauf F läuft das Sekundärschaufelrad 9 mit geringerer Drehzahl nT oder Drehzahl 0 als der Ausgang A des modularen Multifunktionssystems 1 um.

Bei den einzelnen Schaltvorgängen Hochschaltung oder Rückschaltung sind ver- schiedene Schaltstufenkombinationen möglich. Das heißt, es kann von einem ersten Ausgangsgang in entweder eine nächst höhere oder nächst niedere Gangstufe ge- schaltet werden oder aber unter Überspringen einer oder mehrerer Gangstufen in einen höheren oder niederen Gang.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung in Figur 4 bei Zuordnung des modular aufgebauten Multifunktionssystems 1 zu einer Getriebebaueinheit 22 ist ein gemeinsamer Betriebsmittel-und/oder Schmiermittelhaushalt 26 vorgesehen. Die andere hier nicht dargestellte Möglichkeit besteht darin, dem modular aufgebauten Multifunktionssystem 1 einen eigenen Betriebs-und/oder Schmiermittelhaushalt zu- zuordnen. Mit dieser Lösung wird ein vollständig autarkes Anfahr-und Bremsmodul geschaffen.

Bezugszeichenliste 1 modular aufgebautes Multifunktionssystem 2 Anfahrelement 3 hydrodynamisches Bauelement 4 hydrodynamische Kupplung 5 schaltbare Kupplung 6 Antriebsseite 7 Abtriebsseite 8 Primärrad 9 Sekundärrad 10 trockene Reibkupplung <BR> <BR> 11 Kupplungseingangsseite<BR> 12 Kupplungsausgangsseite 13 Bremseinrichtung 14 ortsfeste Scheibe 15 Gehäuse 16 Scheibenelemente 17 hydrodynamischer Retarder 18 Gehäuse 19 erstes Modul 20 zweites Modul 21 Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen 22 Betriebsmittel-und/oder Schmiermittelhaushalt 23 erste Schnittstelle 24 zweite Schnittstelle 25 dritte Schnittstelle A Ausgang E Eingang F Freilauf nA Drehzahl am Ausgang n2 Drehzahl am Eingang einer dem modularen Multifunktionssystem nachgeschalteten Schaltstufe ni Drehzahl der Antriebsmaschine nT Drehzahl des Sekundärrades




 
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