Die Erfindung betrifft eine Synchronisiervorrichtung für eine Koppelvorrichtung, insbesondere eine Koppelvorrichtung in einer hydrodynamischen Maschine, zur Koppelung zweier Baugruppen, einer Antriebsbaugruppe und einer Abtriebsbaugruppe, wobei beide Baugruppen um eine Drehachse einer Welle angeordnet sind,

Synchronisiervorrichtungen werden zum. Beispiel in Koppelvorrichtungen benötigt, wenn die zu koppelnden Baugruppen vor der Kopplung unterschiedliche Drehzahlen aufweisen. Bekannte Synchronisiervorrichtungeri sind meist derart aufgebaut, dass diese aus zwei oder mehr konischen Synchronringen zusammengesetzt sind. Syn- chronringe sind gängige und kostengünstige Elemente zur Drehzahlangleichung.

So sind Synchronisiervorrichtungen in Schaltgetrieben wie auch in Retardern zu finden. Die Drehzahldifferenz zweier unterschiedlich schnell drehender Baugruppen, wie zum Beispiel Wellen/Zähhräder, können so vor dem Durchschallen einstufig angeglichen werden.

Sie wjrken einstufig heißt, dass die volle Differenzdrehzahl zum Synchronisieren mittels der sich gegenüberstehen konischen Reibspalte ausgeglichen werden muss.

Weiter wirkt zwischen den unterschiedlich schnell drehenden konischen Reibflächen ein Reibmoment, woraus entsprechende Verlustleistungen entstehen. Dieses Reibmoment ist unter anderem von dem verwendeten Reibbelag abhängig, wobei die leistungsfähigeren Sorten, wie z. B. Carbon, ein höheres spezifisches Reibmoment aufweisen als z. B. Sinterbeläge.

Aufgrund der begrenzten Leistungsfähigkeit der Reibbeläge sind die möglichen synchronisierfähigen Differenzdrehzahlen natürlichen Grenzen unterworfen. Bei Anwendungen in gängigen Schaltgetrieben ist diese Gegebenheit jedoch nicht problematisch, da in der Regel nur die Differenzdrehzahl beieinanderliegender Gänge ausgeglichen werden muss. Bei Sqnderanwendungen wie z. B. der Ankoppelung von abgekoppelten, stehenden Aggregaten, wie einem Retarder, muss gegen die volle

BESTAT!GUNGS O E Betriebsdrehzahl der Antriebswelle synchronisiert werden. Dabei reichen die Leistungsgrenzen der aktuell verfügbaren Reibbeläge, insbesondere hinsichtlich der möglichen Gleitgeschwindigkeit nicht mehr aus.

Eine der Aufgaben der Erfindung ist es, eine Synchronisiervorrichtung vorzuschlagen, die auch für größere Differenzdrehzahl geeignet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Synchronisiervorrichtung gemäß Anspruch 1 und einer Koppelvorrichtung gemäß Anspruch 13 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und bevorzugte Lösungsvarianten sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen beschrieben. Erfindungsgemäß wird eine Synchronisiervorrichtung für eine Koppelvorrichtung, insbesondere für eine Koppelvorrichtung in einer hydrodynamischen Maschine, entsprechend der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die mehrere Synchronisationsringe aufweist, wobei deren Reibflächen zur Drehzahlsynchronisation in Reibkontakt bringbar sind. Die Synchronisiervorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationseinheit zumindest zwei Synchronisationsringe und einen Zwischensynchronisationsring umfasst, wobei der Zwischensynchronisationsring während des Synchronisationsvorgangs unabhängig von den Synchronisationsringen antreibbar ist.

Durch den angetriebenen Zwischensynchronisationsring wird erreicht, dass in jedem Reibspalt nur noch eine geringere Differenzgeschwindigkeit synchronisiert werden muss. Weiter ist die realisierbare Differenzgeschwindigkeit zwischen den Reibflächen geringer, wodurch weniger belastbare Reibbeläge eingesetzt werden können.

So kann insbesondere vorgesehen werden, dass der Zwischensynchronisationsring derart angetrieben wird, dass dieser mit einer Drehzahl rotiert, die 10 % bis 90 % der Antriebsdrehzahl der Antriebsbaugruppe entspricht. Vorzugsweise kann der Zwischensynchronisationsring derart angetrieben werden, dass dieser mit einer Drehzahl rotiert, die 40 % bis 60 % der Antriebsdrehzahl der Antriebsbaugruppe entspricht, oder weiterhin vorteilhaft mit etwa 50% der Antriebsdrehzahl. Je gleichmäßiger die Differenzdrehzahl aufgeteilt ist, desto gleichmäßiger sind die Kräfte auf die Reibspalte verteilt und damit ein gleichmäßiger Verschleiß an den Reibflächen gewährleistet. Wobei bei der Verwendung unterschiedlicher Reibbe- läge auch andere Drehzahlverhältnisse vorteilhaft sein können.

In einer bevorzugten Ausführung kann der Zwischensynchronisationsring mit der Antriebsbaugruppe gekoppelt sein, sodass kein separater Antrieb zum Antrieb des Zwischensynchronisationsrings vorgesehen werden muss. Zur Reduzierung der Antriebsdrehzahl kann zwischen Zwischensynchronisationsring und Antriebsbaugruppe ein Getriebe angeordnet sein, mittels dem die Drehzahl des Zwischensynchronisationsrings gegenüber der Antriebsdrehzahl reduziert wird. Denkbar ist auch, das Übersetzungsverhältnis einstellbar bzw. regelbar zu gestallten.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Planetengetriebes, wobei der Zwi- schensynchronisationsring mit dem Planetenträger, das Sonnenrad mit der Welle der Abtriebsbaugruppe und das Hohlrad mit dem Hochtriebszahnrad der Antriebsbaugruppe sowie einem Synchronisationsring gekoppelt sind.

Das Planetengetriebe kann als Zahnrad- aber auch als Reibrad-Planetengetriebe ausgeführt sein. Die Reibradausführung hat den Vorteil, dass die Kopplung zwischen Planetenträger und Hohlrad bzw. Sonnenrad einen gewissen Schlupf zulässt.

In einer weiteren Ausführung kann der Zwischensynchronisationsring mit einem Lager, bzw. Wälzlager, der Antriebsbaugruppe gekoppelt sein. Das Lager bzw. Wälzlager wirkt bei diesem Aufbau als Antrieb für den Zwischensynchronisationsring. Um eine Drehzahlreduzierung zu erreichen ist es vorteilhaft, wenn die Koppelung mit dem Wälzlagerkäfig des Lagers erfolgt. Der Wälzlagerkäfig wird über die Wälzkörper in Rotation versetzt, wobei die Drehzahl in etwa 50% der differenzdrehzahl zwischen Innen- und Außenring beträgt.

Zum Ausgleich von Axialbewegungen, die der Zwischensynchronisationsring bei der Synchronisation macht, kann zwischen Zwischensynchronisationsring und Antrieb in allen Ausführungen ein Federelement vorgesehen sein, sodass der Zwischensynchronisationsring axial beweglich ist.

Weiterhin kann in allen Ausführungen vorgesehen werden, dass zwischen Zwischensynchronisationsring und Antrieb eine Magnetkupplung angeordnet ist. Die Magnetkupplung ist dann vorzugsweise derart ausgelegt, dass diese, beim überschreiten einer vorgegebenen Kraft, den Zwischensynchronisationsring von Antrieb trennt.

Die Reibflächen können beispielsweise einen Belag aus Sintermetall oder Carbon aufweisen. Insbesondere Sintermetalle haben ein geringeres spezifisches Reibmoment, wenn sich die Synchronisiervorrichtung in der Offen-Stellung befindet, wodurch die Verlustleistung spürbar gesenkt wird.

Eine Synchronisiervorrichtung entsprechend der vorangegangenen Beschreibung kann in einer Koppelvorrichtung, insbesondere in einer Koppelvorrichtung für eine hydrodynamische Maschine, eingesetzt werden. Mittels der Synchronisiervorrichtung wird die Drehzahldifferenz synchronisiert, wobei mittels der Koppelvorrichtung bei erfolgter Synchronisation anschließend die drehfeste Koppelung zwischen Antriebseinheit und Abtriebseinheit erfolgt, sodass ein wesentlich größeres Drehmoment übertragen werden kann.

Dabei kann die Koppelvorrichtung und die Synchronisiervorrichtung, in axialer Richtung gesehen, vor dem Hochtriebszahnrad und dem Rotor der hydrodynamischen Maschine angeordnet sein. Denkbar sind aber auch andere Anordnungen, wie z.B. zwischen Hochtriebszahnrad und Rotor, aber auch eine Anordnung hinter dem Rotor bzw. hinter der Rotor-Stator Baugruppe ist denkbar.

Weiterhin kann die Koppelvorrichtung auch auf der Achse des Antriebszahnrads angeordnet sein. Weitere Merkmale der erfindungsgemäßen Synchronisiervorrichtung bzw. der Koppelvorrichtung und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Skizzen näher erläutert. In diesen zeigen:

Figur 1 eine Skizze einer ersten Ausführung mit Planentengetriebe

Figur 2 eine Skizze einer zweiten Ausführung, Koppelung mit dem Lagerkäfig ln Figur 1 ist eine Skizze einer ersten Ausführung der Synöhronisiervorrichtung mit Planentengetriebe dargestellt. Die Skizze zeigt einen Retarder der über ein Antriebszahnrad 24 eines Antriebes bzw. eines Getriebes angetrieben wird. Zur Reduzierung des Schleppmoments ist vorgesehen, dass der Retarder mittels der Koppelvorrichtung 4 vom Antrieb getrennt werden kann.

Der Retarder kann insbesondere als Wasserretarder ausgeführt sein, wobei der durch den Rotor 1 und dem Stator 2 gebildete Arbeitsraüm gegenüber der Koppelvorrichtung 4 und den Lagern 17 a, b mittels der Dichtung 21 und der Arbeitsraumdichtung 22 - abgedichtet ist. Die Koppelvorrichtung 4 ist hier im entkoppelten Zustand dargestellt. Sie umfasst die Synchronisiervorrichtung 3. Die Antriebsbaugruppe 5 ist von der Abtriebsbaugruppe 6 getrennt ist, sodass der Rotor 1 nicht angetrieben wird und somit kein Bremsmoment erzeugt wird.

Die Abtriebsbaugruppe 6 umfasst die Welle 28, mit der der Rotor 1 und die Drehmo- mentstütze 27 drehfest verbunden sind. Die Welle 28 ist über die Lager 17a und 17b gelagert. Auf der Drehmomentstütze 27 ist die Schiebemuffe 16 angeordnet, mittels der im Bremsbetrieb, also beim Schalten des Retarders, die Antriebsbaugruppe 5 sowie die Abtriebsbaugruppe 6 drehfest gekoppelt werden können. Hier ist anzumerken, dass die Schiebemuffe 16 auch auf der Mitnahmeverzahnung angeordnet sein kann und entsprechend beim Schalten auf die Verzahnung der Drehmomentstütze 27 geschoben wird.

In der hier dargestellten Ausführung umfasst die Antriebsbaugruppe 5 das Hochtriebszahnrad 25, das Getriebe bzw. das Plänetengetriebe 11 sowie die Synchronisiervorrichtung 3. Die Antriebsbaugruppe 5 ist im Wesentlichen über das Lager 18 auf der Welle 28 drehbar gelagert. Auch im entkoppelten Zustand, wie hier dargestellt, sind Hochtriebszahnrad 25 und Antriebszahnrad 24 im Eingriff, sodass das mit dem Hochtriebszähnrad verbundene Höhlrad 14 des Planetengetriebes 11 und der mit diesem verbundene Synchronisationsring 10 in Drehung versetzt werden, sobald ein Antrieb erfolgt. Das Sonnenrad 13 des Planetengetriebes 1 ist auf der Welle 28 drehfest angeordnet und wird somit, im entkoppelten Zustand, nicht angetrieben. Beim Start des Synchronisationsvorgangs dreht das Hohlrad 14 mit Antriebsdrehzahl und das Sonnenrad 13 steht, dadurch rotiert der Planetenträger 12 entsprechend der Übersetzung des Planetengetriebes 11 und mit diesem auch der Zwischensynchronisationsring 9, wobei der Synchronisationsring 8, je nach vorliegendem Reibwert, lose mitdrehen kann.

Die Drehzahl des Planetenträgers kann, bei stehendem Sonnenrad 13, beispielsweise auf 50 % der Antriebsdrehzahl festgelegt werden. Die Reibwerte werden insbesondere beeinflusst durch den Abstand zwischen den Ringen 8, 9, 10 und den Ölfilm zwischen den Reibflächen. Zur Synchronisation wird die Schiebemuffe 16 gegen die Sperrverzahnung 20 des Synchronisationsrings 8 bewegt, wodurch die Synchronisationsringe 8, 9, 10, gegeneinander gedrückt und schließlich die Welle 28 beschleunigt wird. Während der Synchronisation wird die Drehzahldifferenz zwischen Zwischensynchronisationsring 9 und Synchronisationsring 10 durch die Reibung in den Reibspalten immer weiter reduziert, bis diese schließlich synchron drehen, wobei dann auch die Welle 28 synchron mit dreht.

Solange die Antriebsdrehzahl nicht erreicht ist, verhindert die Sperrverzahnung 20 am Synchronisationsring 10, dass die Schiebemuffe durchgeschaltet werden kann und mit der Mitnahmeverzahnung 26 in Eingriff gebracht werden kann. Da das Planetengetriebe 11 in dieser Ausführung nur für den Synchronisationsvorgang benötigt wird, kann das Planetengetriebe 11 relativ klein ausgeführt werden. Die eigentliche Bremsmomentübertragung erfolgt über die Schiebemuffe 16.

Zum Längenausgleich, in axialer Richtung, können Federelement zwischen Zwischensynchronisationsring 9 und Planetenträger 12 gesehen werden. In Figur 2 ist eine weitere Antriebslösung für den Zwischensynchronisationsring 9 dargestellt. Bei dieser Lösung ist der Zwischensynchronisationsring 9 mit dem Wälzlagerkäfig 23 gekoppelt. Die Elemente des Lagers 18, also Innenring, Wälzkörper, Außenring und Wälzlagerkäfig, verhalten sich wie ein Planetengetriebe. Auch bei dieser Anordnung dreht der Zwischensynchronisationsring 9 im entkoppelten Zustand mit einer gewissen Differenz zur Antriebsdrehzahl, die von den Gegebenheiten bzw. den Randbedingungen des aktuellen Betriebszustandes des Lagers abhängen. Auch hier wird die Differenzdrehzahl durch die beim Synchronisieren hochdrehende Welle 28 ständig verkleinert.

Der Zwischensynchronisationsring 9 kann auch einteilig mit dem Wälzlagerkäfig 23 ausgeführt sein. Dabei muss der Wälzlagerkäfig 23 ein gewisses Axialspiel zulassen, sodass der Zwischensynchronisationsring 9. die bei der Synchronisation auftretenden Axialbewegungen ausführen kann.

Des Weiteren ist auch eine magnetische Kopplung von Zwischensynchronisationsring 9 und Antrieb, Planetenträger 12 oder Wälzlagerkäfig 23, denkbar.

Bezuqszeichenliste

1 Rotor

2 Stator

3 Synchronisiervorrichtung

4 Koppelvorrichtung

5 Antriebsbaugruppen

6 Abtriebsbaugruppe

7 Drehachse

8 Synchronisationsring

9 Zwischensynchronisationsring

10 Synchronisationsring

11 Planetengetriebe

12 Planetenträger

13 Sonnenrad

14 Hohlrad

15 Reibflächen

16 Schiebemuffe

17a, b Axiallager

18,19 Lager

20 Sperrverzahnung

21 Wellendichtring

22 Arbeitsraumabdichtung

23 Wälzlagerkäfig

24 Antriebszahnrad

25 Hochtriebszahnrad

26 Mitnahmeverzahnung

27 Drehmomentstütze

28 Welle, Rotorwelle

29 Achse