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WO2004048167A1 - Anfahreinheit und getriebebaueinheit - Google Patents

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Publication number
WO2004048167A1
WO2004048167A1 PCT/EP2003/012998 EP0312998W WO2004048167A1 WO 2004048167 A1 WO2004048167 A1 WO 2004048167A1 EP 0312998 W EP0312998 W EP 0312998W WO 2004048167 A1 WO2004048167 A1 WO 2004048167A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
starting unit
clutch
secondary wheel
output
coupling element
Prior art date
Application number
PCT/EP2003/012998
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Adams
Original Assignee
Voith Turbo Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE2002155054 external-priority patent/DE10255054B4/de
Application filed by Voith Turbo Gmbh & Co. Kg filed Critical Voith Turbo Gmbh & Co. Kg
Publication of WO2004048167A1 publication Critical patent/WO2004048167A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D33/00—Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type
    • F16D33/06—Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type controlled by changing the amount of liquid in the working circuit
    • F16D33/16—Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type controlled by changing the amount of liquid in the working circuit by means arranged externally of the coupling or clutch
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T1/00—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles
    • B60T1/02—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles acting by retarding wheels
    • B60T1/08—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles acting by retarding wheels using fluid or powdered medium
    • B60T1/087—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles acting by retarding wheels using fluid or powdered medium in hydrodynamic, i.e. non-positive displacement, retarders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D47/00—Systems of clutches, or clutches and couplings, comprising devices of types grouped under at least two of the preceding guide headings
    • F16D47/06—Systems of clutches, or clutches and couplings, comprising devices of types grouped under at least two of the preceding guide headings of which at least one is a clutch with a fluid or a semifluid as power-transmitting means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H63/00—Control outputs from the control unit to change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion or to other devices than the final output mechanism
    • F16H63/40—Control outputs from the control unit to change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion or to other devices than the final output mechanism comprising signals other than signals for actuating the final output mechanisms
    • F16H63/48—Signals to a parking brake or parking lock; Control of parking locks or brakes being part of the transmission

Definitions

  • the invention relates to a starting unit, in particular for use in manual transmissions of vehicles, in particular automatic or automated manual transmissions, in particular with the features from
  • Preamble of claim 1 also a manual transmission, in particular an automated manual transmission.
  • Gearboxes for use in vehicles, in particular commercial vehicles, in the form of manual transmissions or automated manual transmissions are known in a large number of different designs.
  • the starting process is implemented via a clutch device in the form of a friction clutch, a hydrodynamic converter or a hydrodynamic clutch.
  • An embodiment with a hydrodynamic coupling is known from the publication DE 196 50 239 A1. With this, at least two operating states - a first operating state for power transmission in at least one switching stage and a second operating state for braking - are realized. Both functions are performed by the hydrodynamic component in the form of the hydrodynamic coupling. This comprises a primary wheel and a secondary wheel, which together form a toroidal working space.
  • the clutch is free of a stator.
  • the function of a hydrodynamic retarder is realized by assigning the function of the stator impeller either to the pump impeller by fixing it to a stationary transmission part and the function of the rotor impeller to the turbine wheel or vice versa. That the
  • the impeller taking over the function of the rotor impeller is coupled to the transmission output shaft via the mechanical transmission part.
  • the connection of the hydrodynamic coupling to the drive shaft or the mechanical transmission part of the transmission unit is carried out in such a way that the secondary wheel can be connected to the mechanical transmission part and the primary wheel can be connected to the transmission input shaft in order to implement the first operating state, while the second mode of operation is implemented, that is to say Braking, one of the two paddle wheels is fixed.
  • means for fixing and decoupling from the drive train are assigned to the hydrodynamic coupling.
  • a disadvantage is that the brake device used to fix the respective paddle wheel is usually designed as a disc brake device, so that a corresponding dimensioning is required with regard to the support of the moments, which leads to an increase in the required installation space in the axial and radial directions.
  • a further embodiment of a gear unit, in particular a starting unit, is known from WO 02/21020 A1.
  • the start-up unit comprises a starting element in the form of a hydrodynamic component with at least one primary impeller and one secondary impeller.
  • Starting unit also includes an entrance and an exit.
  • the starting element itself has an input and an output side.
  • the output side of the starting element in the form of the hydrodynamic coupling is connected to the output of the starting unit.
  • freewheeling As a directional clutch, freewheeling essentially enables the following two functional states:
  • this starting unit comprises a device for optionally holding the secondary wheel, whereby the full functionality of the hydrodynamic component as a hydrodynamic retarder is simultaneously realized.
  • a separate hydrodynamic braking device which is used in particular when used in commercial vehicles, can then be omitted.
  • Ventilation losses of the retarder are very low compared to the conventional retarder.
  • the device for holding or coupling the secondary wheel to the housing is designed as a disk-type braking device.
  • neither solution is satisfactory
  • Friction brake devices are also subject to increased wear.
  • the invention is therefore based on the object of further developing a starting unit of the type mentioned at the outset in such a way that the disadvantages mentioned are avoided.
  • This should be characterized by a low design and manufacturing outlay, a small overall length in the axial direction and in the radial direction and an almost wear-free mode of operation.
  • the operation of the braking device is as simple as possible to implement. Elaborate controls and / or regulations are to be avoided.
  • a starting unit with an input and an output and a hydrodynamic component arranged between them, comprising a primary wheel that can be coupled to the input and a secondary wheel that can be coupled to the output, which together form a toroidal one that can be filled with operating equipment
  • Form work space includes a non-positive brake device assigned to the secondary wheel.
  • the hydrodynamic component is free of a stator. This means that the hydrodynamic component acts as a hydrodynamic clutch and thus a speed converter in traction operation for power transmission between the input and output.
  • a non-positive brake device is assigned to the secondary wheel, which fixes the secondary wheel in relation to the housing or a stationary, i.e. fixed component enables.
  • the secondary wheel or its connection to the output is a synchronously switchable positive coupling for realizing a positive connection between one
  • the braking device is activated to brake the secondary wheel.
  • the braking takes place almost to a standstill, preferably to a standstill.
  • the hydrodynamic component is filled in accordance with the desired braking torque or the required braking power or is still in the filled state.
  • the synchronously switchable clutch is activated. This couples that Secondary wheel or a non-rotatably coupled element to the housing or a stationary component.
  • the synchronously switchable clutch thus takes on the function of a braking or holding device for the secondary wheel or the element that is coupled to it in a rotationally fixed manner.
  • the non-positive brake device very small and compact in terms of its dimensions, for example as a simple disc brake device, since it only has to be dimensioned such that the secondary wheel can be braked to a standstill or almost to a standstill.
  • the braking torque applied by means of the hydrodynamic component then working as a retarder is practically wear-free solely via the synchronously switchable positive coupling on the housing or a fixed component.
  • the switchable positive clutch can be connected downstream or upstream of the braking device in the direction of power transmission from the input to the output of the starting unit.
  • the actuating device of the synchronously switchable clutch can be designed in many forms. Mechanical, electrical, pneumatic, hydraulic or electro-mechanical, electro-pneumatic, electro-hydraulic solutions are conceivable. The specific execution depends on the boundary conditions of the application. However, solutions are preferably chosen in which with little effort, in particular with small ones
  • Actuators large forces can be generated and can be easily integrated into driving controls.
  • the synchronously switchable positive clutch comprises at least one axially displaceable positive driver elements having or carrying first clutch element, which on activation of the clutch with complementary driver elements on the housing or the stationary component and the secondary wheel is engaged and on which the actuating device is effective at least indirectly, ie directly or via further transmission elements.
  • Means are provided for axially fixing the first coupling element, ie for fixing the position in the axial direction from the entrance to the exit. According to a particularly advantageous embodiment, these are also formed by the actuating device, so that no additional measures are necessary. This means that, for example, when using an electro-pneumatic or hydraulic actuating device, the pressure for activating the switchable clutch is used to hold the clutch element in its position.
  • the coupling element is designed as a piston or is coupled in a rotationally fixed manner to at least one piston, the actuating device acting on the piston.
  • the piston is pressure-tight in the housing or the stationary component or both, which is to act upon the
  • Piston required pressure chambers are formed by the housing or the fixed component or both.
  • the actuating device has a pressure supply system, comprising a pressure source which acts on the piston or a first piston on the end face oriented opposite to the direction of displacement in order to reach the engagement position.
  • Pressure source or a further pressure source can then be used to pressurize the piston or a second piston on an end face directed towards engagement in the displacement direction.
  • the piston or, in the case of solutions with two pistons a second piston is acted upon by the pressure source for deactivation on the end face opposite to the direction of displacement in order to reach the engagement position, and the change between activation and deactivation and thus the application of the different piston surfaces is made via means to selectively act upon the individual piston faces or pistons, preferably controlled by a valve device.
  • the driving elements on the coupling element and the secondary wheel, the housing or the stationary component are viewed straight in the axial direction or, according to a particularly advantageous embodiment, are oriented obliquely, that is to say that the flanks or flank lines or surfaces characterizing the driving elements are viewed parallel to the axial direction in the first case theoretical axis of rotation of the secondary wheel or in the second case when projecting the peripheral surfaces carrying the driving elements in a plane and shifting them up to the axis of rotation at an angle to the axis of rotation.
  • the flank lines describing the course of the individual driving elements are then in the axial direction from the entrance to the
  • a driving element is characterized by a very large slope. When viewed over the length in the axial direction, there is no complete wrap in the circumferential direction, preferably only a partial wrap.
  • the size of the flank angle of the driving elements is preferably in a range from 20 ° to 45 ° inclusive.
  • a return spring is arranged in the housing or the stationary component. The spring force of the return spring is greater than the sliding friction force of the coupling element.
  • the main task of the spring device is to hold and support the coupling element in the initial state.
  • the form-fitting entrainment elements are arranged on them depending on the design of the coupling element, the secondary wheel and the housing as well as the stationary component and their spatial association with one another.
  • the following arrangements can be distinguished: a) Formation of the driving elements on the housing and the secondary wheel on the outer circumference, i.e. directed in the radial direction away from the axis of rotation and formation of the driving elements on the first coupling element on an inner circumference, i.e. directed towards the axis of rotation b) formation of the driving elements on the housing and the secondary wheel on an inner circumference, i.e. in the radial direction towards the axis of rotation and on the first coupling element in the area of an outer circumference, i.e.
  • the first coupling element is at least partially as a sleeve with a larger inner diameter than the outer diameter of the Secondary wheel or an element rotatably connected to this in the coupling area, the driver elements are arranged on the inner circumference of the part designed as a sleeve.
  • the complementary driving elements on the secondary wheel or the connection thereof to the output are complementary to the driving elements on the first coupling element
  • the driver elements on the stationary component or on the housing which are complementary to the driver elements on the first coupling element, can then likewise be arranged on the outer circumference of these elements. If at least some of the driving elements are on the first coupling element or if these are generally arranged on its outer circumference, the driving elements complementary to the driving elements on the first coupling element are arranged on the secondary wheel or its connection to the outlet on the inner circumference. In analogy, this applies to the entrainment elements on the stationary side which are complementary to the entrainment elements on the first coupling element
  • the driving elements on the secondary wheel and housing can be arranged in one plane. This offers the advantage of a small space requirement in the radial direction.
  • both an inner circumference and an outer circumference on the coupling element are used to arrange the entrainment elements. These come into operative connection with correspondingly complementary driving elements on the secondary wheel and the housing or another stationary component.
  • the individual form-fitting connections can also be configured differently with regard to their configuration with regard to the alignment and gradient of the entrainment elements.
  • the positive connection realized between the coupling element and the secondary wheel runs via straight toothed claws or parallel to the axis of rotation Carrying elements to carry out.
  • the external toothing which supports the coupling element and thus the shifting claw towards the housing or a stationary element, is helically toothed.
  • the slope of the entrainment elements or the toothing on the housing is directed to the right, so that the torque acting for support in the housing or a stationary component causes the axial force.
  • the torque from the drive motor rotating to the right when the starting units are coupled to a drive machine then pushes the shifting claw out of engagement, while a left-turning torque from the vehicle hanging on the slope keeps the shifting claw in engagement.
  • the synchronously switchable clutch can be designed as a dog clutch or toothed clutch.
  • the driving elements are then designed as claws or with involute teeth.
  • the switchable clutch device can be arranged spatially before or after the freewheel in the axial direction, i.e. this is independent of this. Functionally, however, this is upstream of the freewheel.
  • the freewheel essentially enables the following two as a directional clutch
  • this solution has the advantage that the hydrodynamic component does not have to be emptied during the switching process and that no additional disconnect clutch is required to interrupt the power.
  • the decoupling of the input, which usually forms the transmission input shaft, from the downstream switching stages takes place solely via the freewheel and thus ensures the function of the synchronizing device in the manual transmission.
  • the starting unit in addition to the starting element in the form of a hydrodynamic clutch, the starting unit comprises one
  • Bridging clutch both of which are connected in parallel to one another, but are only in engagement during periods that are short or defined in time, the power flow between the input and the output of the starting unit being interruptible.
  • This interruption can be achieved when using the starting unit in automated gearboxes with the starting mechanical unit downstream of the starting unit due to the switchability of the lock-up clutch with simultaneous emptying or already empty hydrodynamic coupling or when using automated gearboxes with a mechanical gearbox part or secondary or group shifting set when switching between the first two lower gear stages by emptying the hydrodynamic clutch.
  • the output sides of the hydrodynamic clutch and the lock-up clutch are preferably coupled to one another in a rotationally fixed manner via the freewheel.
  • connection between the output sides of the hydrodynamic component, in particular the hydrodynamic clutch before the freewheel and the lock-up clutch can be detachable or non-detachable with respect to the assembly.
  • the connection itself can be positive and / or non-positive.
  • the connection can be made, for example, by material connection or by execution as an integral structural unit of the turbine wheel of the turbo coupling and output of the lockup clutch
  • the lock-up clutch is designed as a mechanical friction clutch, preferably in a multi-plate design and preferably running wet.
  • hydrodynamic clutch lock-up clutch
  • freewheel The integration of the components hydrodynamic clutch, lock-up clutch and the freewheel is preferably carried out in a common
  • the shared housing wherein the lock-up clutch is preferably in the operating medium of the hydrodynamic clutch with rotates.
  • the shared housing can
  • connection elements for example a drive machine or the transmission
  • the housing either solely from the drive machine that can be coupled to the starting unit or from the gear unit that can be coupled to the starting unit, or from both elements connected to the starting unit.
  • the start-up unit designed according to the invention is very small and thus has integration into a gear unit, especially a manual one
  • Manual gearbox an automated manual gearbox or automatic gearbox, where the latter can include both gear stages and continuously variable transmissions, only little influence on the overall length.
  • the structural unit consisting of hydrodynamic clutch, lock-up clutch and freewheel can be offered and delivered as a pre-assembled modular unit in stores. Integration in one
  • connection unit is then non-positively and / or positively, for example by plugging the modular unit onto an input shaft of the connection element, in particular a gear unit, or the implementation of a shaft-hub connection between the output of the starting unit and the input of the connection unit, the input shaft of the connection unit simultaneously can form the output shaft of the starter unit when assembled.
  • Figure 1 illustrates in a schematic simplified representation using a
  • FIG. 2 illustrates a first embodiment of the switchable clutch and its design based on an embodiment of a starting unit according to FIG
  • FIG. 3 illustrates a particularly advantageous embodiment of a switchable clutch with automatic reset.
  • FIG. 4 illustrates a further embodiment of the switchable clutch based on an embodiment of a starting unit according to FIG. 1;
  • Figure 5a illustrate in perspective views an uneven design and 5b of a coupling element and housing part.
  • FIG. 1 illustrates in a schematically simplified representation, using a section of a gear unit 1, the basic structure of a starting unit 2 designed according to the invention, comprising a starting element 3.
  • the starting element 3 is designed as a hydrodynamic component 33, in particular a hydrodynamic coupling 4. This comprises at least one primary wheel functioning as a pump wheel 5 and one secondary wheel functioning as a turbine wheel 6, which together form a toroidal working space 7 which can be filled with operating medium.
  • the starting unit further comprises a drive or input E which can be at least indirectly coupled to a drive machine (not shown) and an output which can be coupled at least indirectly to the output in the drive system, which is also referred to as output A.
  • the terms input and output refer to the
  • the inputs and outputs E and A are designed, for example, in the form of solid or hollow shafts, each of which can be coupled in a known manner to the corresponding connection elements of the drive machine or switching stages. Another known coupling between the input and primary wheel
  • the hydrodynamic function functions in the start-up functional state Component 33 as a hydrodynamic clutch 4.
  • the power transmission takes place from the primary wheel 5 to the secondary wheel 6 and thus to the output A.
  • the hydrodynamic clutch 4 as the starting element 3 also includes a drive 8 and an output 9 when viewed in the direction of power transmission Primary wheel 5 or an element rotatably coupled thereto, while the output 9 is formed by the secondary wheel 6.
  • the hydrodynamic component 33 is a
  • Associated braking device 11 which is preferably designed as a disk-type disc brake and which is coupled to the output 9 of the hydrodynamic component.
  • the functioning of the braking device 11 is based on the adhesion.
  • this comprises at least one first fixed disk 12, which is preferably arranged or mounted on the housing 13, which is only indicated schematically here and which can be made in several parts, and a second disk element 14, which is at least indirectly, i.e. can be brought into operative connection either directly or via further interposed disk elements with the stationary disk 12.
  • the second disc element 14 is rotatably coupled to the output 9, in particular the secondary wheel 6.
  • the hydrodynamic component is used to implement at least two operating states - a first operating state for power transmission, which is particularly important during the starting process and describes the function of a hydrodynamic clutch 4, and a second operating state for braking. To realize the function as hydrodynamic
  • Retarder 10 is assigned the function of the stator vane wheel by fixing it to a stationary transmission part, in particular the housing 13 or another stationary component, to the secondary wheel 6, ie to the turbine wheel 6, which functions as a hydrodynamic clutch 4 5, which also functions as a pump wheel when functioning as a hydrodynamic clutch.
  • the application of the braking device 11, in particular the Disc elements 12 and 14 are carried out via a piston element 15 mounted in the housing.
  • a synchronously switchable positive coupling 16 is provided according to the invention, which is assigned to the secondary wheel 6, ie when functioning as a hydrodynamic coupling 4, to the turbine wheel and couples this to the housing 13 or a stationary component 34.
  • Braking device 11 can be released again.
  • the secondary wheel 6 then still functions as a stator blade wheel of a retarder 10.
  • the starting unit 2 further comprises a switchable clutch 21, not shown here in detail, as a lock-up clutch 22, which is arranged parallel to the hydrodynamic component 33 and is switchable parallel to the latter. This means that either the power transmission takes place solely via the hydrodynamic clutch 4 or via the lock-up clutch 22.
  • the lock-up clutch 22 can be designed in many forms. This serves to implement the rotationally fixed coupling between primary wheel 5 and
  • the lock-up clutch is preferably designed in the form of a disk clutch, in particular a multi-plate clutch. This then comprises at least one clutch input disk 24, not shown here, and a clutch output disk 25, which can be brought into operative connection with one another at least indirectly by friction, ie form friction pairings with one another either directly or via further disk-shaped intermediate elements. Furthermore, a freewheel F is provided between the secondary wheel 6 or the output 9 of the hydrodynamic clutch 4 and the output A. This makes it possible to achieve positive effects in addition to the starting process also in clutch processes when used in manual transmissions, whereby during the
  • Torque conversion units can be reduced or avoided and thus the comfort is maintained or improved compared to the previous solutions.
  • the starting unit 2 is coupled in drive trains to at least one speed / torque conversion device, preferably mechanically, and forms the transmission module 1 with corresponding switching stages.
  • the starting unit 2 is preferably part of the transmission module 1, so that the output A with the input of further speed / Torque conversion units is coupled. In automated gearboxes, these are usually formed by mechanical transmission stages.
  • the entire transmission comprising starting unit 1 and downstream speed / torque conversion units has input E of the starting unit as an input shaft.
  • the transmission input shaft which is formed by the input E of the starting unit 1, must be torque-free and decoupled from additional masses. Otherwise there is a risk that the synchronizing elements and / or claws of the switching elements of the speed
  • both the drive machine and the secondary wheel 6 of the hydrodynamic clutch 4 must be uncoupled from the transmission input shaft, which is formed by the input E or is coupled to it in a rotationally fixed manner.
  • the drive machine is mechanically decoupled when the lock-up clutch 22 is open.
  • the uncoupling of the secondary wheel 6, which acts as a turbine wheel, of the hydrodynamic clutch 4 is achieved by the freewheel F, which must run freely for this task.
  • the speed nj of the secondary wheel 6 must be reduced below the speed of the output A.
  • FIG. 2 illustrates the basic structure of the starting unit 2 according to the invention, in particular the synchronously switchable clutch 16 with an associated actuating device 36, using a section of the gear unit 1 according to FIG. 1.
  • the basic structure corresponds to that described in FIG. 1, which is why the same elements are used for the same elements Reference numerals are used.
  • the synchronously switchable clutch 16 comprises a piston element 18 which carries driver elements 19. This can be done with the complementary driving elements 20 on the secondary wheel 6 or a non-rotatably coupled element, here an extended sleeve, come into operative connection.
  • the piston 18 is mounted in the housing 13 or another stationary component, here the component 34.
  • the piston 18 is in its depressurized state via a spring device 26
  • the force required to displace the piston 18 is thereby via an actuating device 36 , comprising a pressure supply unit 27 which pressurizes the piston 18 on its end face 28 facing away from the hydrodynamic component.
  • the pressure supply unit 27 is either integrated in the start-up unit 2 or else arranged outside of it, with a coupling to the piston 18 existing.
  • the pressure supply unit 27 is connected to the pressure chamber 30, which is assigned to the piston 18, via at least one connecting line 29.
  • the pressure chamber 30 is formed by the housing 13 or the stationary or stationary gear element. Relief can take place, for example, via a second pressure chamber 31, via which the piston is then returned to its starting position in the position shown in FIG. 2.
  • This pressure chamber 31 can be delimited by the piston 18 and the housing 13, or another component 34 arranged in a stationary manner in the transmission can be formed.
  • the pressure acts on the End face 32 of the piston 18 facing the hydrodynamic component with the corresponding pressure which is required to apply the force required for displacement in the axial direction.
  • Another possible embodiment, not shown here, is to couple each of the pressure spaces 30, 31 to the pressure source via a 3/2-way valve device.
  • the form-fitting entrainment elements 19, 20 and 35 are straight as viewed in the axial direction. This is exemplified using a
  • FIG. 3 shows a particularly advantageous further development of an embodiment according to FIGS. 1 and 2, in which the piston 18 is automatically returned to its initial position, this being achieved solely on the basis of design measures .
  • the positive driving elements 20 arranged on the secondary wheel 6 are aligned in an oblique direction, the alignment viewed in the axial direction taking place counter to the direction of rotation of the secondary wheel 6 in traction mode as a turbine wheel.
  • the driver elements 19, 20, 35 are designed as claws or preferably toothing.
  • the individual toothings, in particular the flank line, are illustrated by a course with a large slope opposite to that of the arrow in view A.
  • the spring device 26 acts as a return spring and is dimensioned with respect to its design such that the spring force applied by it only to overcome the piston
  • the activation device 36 is for activation provided, comprising in the case shown a pressure supply device 27 which acts on the pressure chamber 30 and thus the end face 28 of the piston 18 via at least one connecting line 29.
  • the operating mode for braking operation is then as follows:
  • the braking device 11 in the form of the disc brake device or multi-disc brake brings the secondary wheel 6 almost to a standstill.
  • the piston 18 is moved into the engagement position via the pressure preparation unit 27 and, if the driving elements 19, 20 are configured appropriately, are retracted relative to one another. From this state, ie already with partial retraction, the multi-disc brake device 11 is released and the appropriate one in the event that the piston 18 has not yet been retracted
  • Tooth constellation set and the piston 18 pressed into the engagement end position i.e. when the secondary wheel 6 is connected in a fixed manner to the housing 13 or the fixed component in which the piston 18 is mounted or guided, the latter is held.
  • the piston is pressurized with the required pressure either pneumatically or hydraulically or by another energy source, but preferably a pneumatic solution is selected.
  • the force applied to the piston 18 by means of the pressure supply unit 27 is designed such that it corresponds to the maximum axial forces to be supported by the piston 18 in braking operation.
  • the system is based on the fact that the excess torque on the hydrodynamic structural unit, in particular on the secondary wheel 6, is always used to ensure that the pressure on the piston is interrupted automatically
  • Torque is determined, while when the retarder is already empty and the lock-up clutch is activated, the residual torque is only passed directly from the prime mover through the rigid coupling to the secondary wheel when the speed of a vehicle is reduced.
  • the synchronously switchable clutch 16 is also used as a parking brake during a holding process on the mountain when used in vehicles. If there is a larger counter torque, due to the hanging vehicle than the excess torque applied by the motor and which becomes effective on the secondary wheel, the
  • Pressurization of the coupling element, in particular the piston, can be dispensed with, since the counter-torque causes the piston to be automatically screwed in or pushed into the driving elements of the secondary wheel. If a start is to be made after a stopping process on the mountain, the pressure supply is deactivated or interrupted and the hydrodynamic clutch 4 is also activated
  • Section A clarifies the design of the individual driving elements 19, 20, 35 in a schematically simplified illustration using the example of the secondary wheel 6. From this it can be seen that, in the case of training with helical teeth, a type of steep thread on the components - secondary wheel 6 or piston 18 and component 34 - he follows. Only the alignment of the flanks is shown, in particular the course of the flank line on the secondary wheel 6.
  • the piston 18 has an internal toothing, while the secondary wheel 6 has an external toothing. However, it is also conceivable to assign the functions internal toothing and external toothing to the respective other component. This depends on the specific installation situation.
  • the embodiment of the driving elements shown in FIG. 3 can also be transferred to a situation according to FIG. 2.
  • the synchronously switchable clutch is arranged spatially behind the freewheel F.
  • the secondary wheel there is also the possibility, with a suitable configuration of the secondary wheel, to arrange it spatially in front of the freewheel F on the secondary wheel 6. Functionally, however, this must be connected upstream of the freewheel.
  • FIG. 1 A further design option for a positive brake device designed according to the invention in the form of a switchable clutch 16 is shown in FIG.
  • the basic structure of the starting unit 2 corresponds to the explanations given in FIGS. 1 to 3.
  • the starting element 3 is also here as a hydrodynamic clutch 4, comprising a primary wheel 5 and a
  • the synchronously switchable positive coupling 16 here comprises a coupling element 37 which carries driver elements 38 and 39, each with driver elements 40 of complementary design on the secondary wheel and 41 on the housing 13 or another stationary component can be brought into a positive connection.
  • the coupling element 37 is designed as a sleeve 42, which has the entrainment elements 38 on its inner circumference 43, which form-fit with the on one
  • Outer circumference 44 arranged driving elements 40 can be brought into operative connection on the secondary wheel 6.
  • the second positive connection for supporting the coupling element 37 on the housing 13 or a stationary component is carried out between the coupling element 37 and the housing 13 or the stationary component.
  • the coupling element 37 comprises on its
  • Outer circumference 45 entrainment elements 39 which can be brought into operative connection with entrainment elements 41 on an inner circumference 46 on the housing 13 or a stationary component.
  • the outer and inner circumferences are always partial areas on these components.
  • 5a illustrates the design of the coupling element 37 in the form of a sleeve 42.
  • the inner circumference 43 and the outer circumference 44 can be seen, both driving elements 38 and 39 carrying.
  • the positive connections can be of the same design.
  • FIG. 5a illustrates the configuration and orientation of the driving elements 41 on the housing 13 or a stationary component.
  • the positive connection between the coupling element 37 and the secondary wheel 6 is straight-toothed, that is, the driving elements 38 coupling element 37, in particular on the inner circumference 43 and 40 on the outer circumference 44 of the secondary wheel 6, are straight-toothed, that is to say the flank lines run parallel to the axis of rotation.
  • the second positive connection between the coupling element 37 and the housing 13 is carried out with oblique teeth.
  • the coupling element 37, in particular the entrainment elements 39 arranged on its outer circumference 45 are helically toothed and designed with an incline to the right, so that that which acts on the housing for support
  • Torque causes the axial force.
  • the torque introduced into the starting unit 2 when the drive motor rotates to the right pushes the shifting claw out of engagement, i.e. during normal traction operation with power transmission from input E to output A.
  • the torque introduced into the drive train at the output causes
  • coupling element 37 would be designed as a stepped sleeve, while the corresponding area on the secondary wheel 6 is designed as a hollow shaft.
  • the form-fitting connection between coupling element 37 and housing 13 it is conceivable to design this with respect to the arrangement on the outer and inner circumferences of housing and coupling element, as shown in FIG. 5a, or to choose a configuration here that is suitable for an arrangement of
  • Driving elements on the coupling element 37 is characterized on an inner circumference, while the configuration or arrangement of the driving elements on an outer circumference is provided on the housing.
  • Assignments or arrangements of the driving elements on the elements to be brought into operative connection can be combined with one another as desired. This only has an effect on the design of the coupling element 37, which would then have to be formed with different diameter sections.
  • the specific design depends on the requirements of the application and is at the discretion of the responsible specialist.
  • a transmission starting unit starting element hydrodynamic coupling primary wheel secondary toroidal working chamber drive of the hydrodynamic coupling output of the hydrodynamic coupling hydrodynamic retarder brake means fixed disk housing second disc member piston member synchronously shiftable positive clutch brake device piston driver element carrier element switchable coupling Uberb Wegungskupplung working circuit clutch input disk clutch output disk spring means pressure supply unit end face connecting line pressure chamber 31 pressure chamber

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Abstract

Es betrifft eine Anfahreinheit (2) und Getriebebaueinheit mit Anfahreinheit (2) und einem Eingang (E) und einem Ausgang (A); mit einem hydrodynamischen Bauelement (33), umfassend ein mit dem Eingang (E) koppelbares Primärrad (5) und ein mit dem Ausgang (A) koppelbares Sekundärrad (6), die miteinander einen mit Betriebsmittel befüllbaren torusförmigen Arbeitsraum (7) bilden; das hydrodynamische Bauelement (33) ist frei von einem Leitrand; mit einer, dem Sekundärrad (6) zugeordneten Kraftschlüssigen Bremseinrichtung (11); mit einer dem Sekundärrad (6) oder dessen Verbindung mit dem Ausgang (A) zugeordneten synchron schaltbaren formschlüssigen Kupplung (16) zur Realisierung einer formschlüssigen Verbindung zwischen einem Gehäuse (13) oder einem ortsfesten Bauteil (34) und dem Sekundärrad (6) oder der Verbindung dessen mit dem Ausgang (A); mit einer, der synchron schaltbaren Kupplung (16) zugeordneten Betätigungseinrichtung (36).

Description

Anfahreinheit und Getriebebaueinheit
Die Erfindung betrifft eine Anfahreinheit, insbesondere für den Einsatz in Schaltgetrieben von Fahrzeugen, insbesondere automatischen oder automatisierten Schaltgetrieben, im einzelnen mit den Merkmalen aus dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 ; ferner ein Schaltgetriebe, insbesondere ein automatisiertes Schaltgetriebe.
Getriebe für den Einsatz in Fahrzeugen, insbesondere Nutzkraftwagen, in Form von Schaltgetrieben oder automatisierten Schaltgetrieben sind in einer Vielzahl von unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Diesen gemeinsam ist in der Regel, dass der Anfahrvorgang über eine Kupplungseinrichtung in Form einer Reibkupplung, eines hydrodynamischen Wandlers oder einer hydrodynamischen Kupplung realisiert wird. Eine Ausführung mit einer hydrodynamischen Kupplung ist dabei aus der Druckschrift DE 196 50 239 A1 bekannt. Mit dieser werden mindestens zwei Betriebszustände - ein erster Betriebszustand zur Leistungsübertragung in wenigstens einer Schaltstufe und ein zweiter Betriebszustand zur Abbremsung - realisiert. Dabei werden beide Funktionen vom hydrodynamischen Bauelement in Form der hydrodynamischen Kupplung übernommen. Diese umfasst ein Primärrad und ein Sekundärrad, welche miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum bilden. Die Kupplung ist frei von einem Leitrad. Die Realisierung der Funktion eines hydrodynamischen Retarders erfolgt durch Zuordnung der Funktion des Statorschaufelrades entweder zum Pumpenrad durch Festsetzung gegenüber einem ruhenden Getriebeteil und der Funktion des Rotorschaufelrades zum Turbinenrad oder umgekehrt. 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 Getriebebaueinheit erfolgt dabei derart, dass zur Realisierung des ersten Betriebszustandes das Sekundärrad mit dem mechanischen Getriebeteil und das Primärrad mit der Getriebeeingangswelle verbindbar ist, während zur Realisierung der zweiten Betriebsweise, d.h. zur Abbremsung, eines der beiden Schaufelräder festgesetzt wird. Zu diesem Zweck sind der hydrodynamischen Kupplung Mittel zur Festsetzung und Entkopplung vom Antriebsstrang zugeordnet. Diese Ausführung erlaubt zwar die Gestaltung einer besonders kompakten Getriebebaueinheit, da auf ein separates Bauelement in Form des Retarders verzichtet werden kann. Ein Nachteil besteht jedoch darin, dass die zur Festsetzung des jeweiligen Schaufelrades verwendete Bremseinrichtung in der Regel als Scheibenbremseinrichtung ausgeführt ist, so dass bezüglich der Abstützung der Momente eine entsprechende Dimensionierung erforderlich ist, die zu einer Vergrößerung des erforderlichen Bauraumes in axialer und radialer Richtung führt.
Eine weitere Ausführung einer Getriebebaueinheit, insbesondere einer Anfahreinheit, ist aus der WO 02/21020 A1 bekannt. Die Anfahreinheit umfasst dabei ein Anfahrelement in Form eines hydrodynamischen Bauelementes mit mindestens einem Primärschaufelrad und einem Sekundärschaufelrad. Die
Anfahreinheit umfasst ferner einen Eingang und einen Ausgang. Das Anfahrelement selbst weist eine An- und eine Abtriebsseite auf. Die Abtriebsseite des Anfahrelementes in Form der hydrodynamischen Kupplung ist mit dem Ausgang der Anfahreinheit verbunden. Dabei ist zwischen dem Sekundärrad, d.h. dem Abtrieb des Anfahrelementes, und dem Ausgang der Anfahreinheit ein
Freilauf vorgesehen. Der Freilauf ermöglicht als richtungsgeschaltete Kupplung im wesentlichen die zwei folgenden Funktionszustände:
1. Ist die Drehzahl auf der Abtriebsseite des Anfahrelementes, d.h. dem Sekundärrad, gleich der am Ausgang der Anfahreinheit, wird ein Moment vom Sekundärrad auf den Ausgang der Anfahreinheit 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 ist frei. Ferner umfasst diese Anfahreinheit eine Einrichtung zum wahlweisen Festhalten des Sekundärrades, wodurch gleichzeitig die vollwertige Funktion des hydrodynamischen Bauelementes als hydrodynamischer Retarder realisiert wird. Eine separate hydrodynamische Bremseinrichtung, welche insbesondere beim Einsatz in Nutzkraftwagen Verwendung findet, kann dann entfallen. Die
Ventilationsverluste des Retarders sind im Vergleich zum konventionellen Retarder sehr gering. Die Einrichtung zum Festhalten bzw. zur Ankopplung des Sekundärrades an das Gehäuse ist im einfachsten Fall als Bremseinrichtung in Scheibenbauweise ausgeführt. Dabei stellt sich jedoch das Problem, dass eine Abstützung sehr hoher Bremsmomente nur durch die entsprechende Auslegung der Scheibenbremseinrichtung möglich ist, was wiederum eine entsprechende Dimensionierung bedingt, die sich in einer Vergrößerung des erforderlichen Bauraumes, insbesondere in axialer und/oder radialer Richtung, niederschlägt, um die kraftschlüssig miteinander in Wirkverbindung bringbaren Flächen bereitstellen zu können. Ferner ist mit beiden genannten Lösungen keine befriedigende
Wirkung als Feststellbremse beim Anfahren am Berg erzielbar, da hier zur Betätigung der Bremseinrichtung immer sehr große Kräfte aufzubringen sind und geringe Schwankungen bereits zum Rutschen der Bremseinrichtung führen. Auch sind Reibbremseinrichtungen erhöhtem Verschleiß unterworfen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anfahreinheit der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die genannten Nachteile vermieden werden. Diese soll dabei durch einen geringen konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand sowie eine geringe Baulänge in axialer Richtung und in radialer Richtung und eine nahezu verschleißlose Betriebsweise charakterisiert sein. Die Funktionsweise der Bremseinrichtung ist dabei möglichst einfach zu realisieren. Aufwendige Steuerungen und/oder Regelungen sind zu vermeiden.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Eine Anfahreinheit mit einem Eingang und einem Ausgang und einem zwischen diesen angeordneten hydrodynamischen Bauelement, umfassend ein mit dem Eingang koppelbares Primärrad und ein mit dem Ausgang koppelbares Sekundärrad, die miteinander einen mit Betriebsmittel befüllbaren torusförmigen
Arbeitsraum bilden, umfasst eine dem Sekundärrad zugeordnete kraftschlüssige Bremseinrichtung. Das hydrodynamische Bauelement ist dabei frei von einem Leitrad. Dies bedeutet, dass das hydrodynamische Bauelement im Traktionsbetrieb zur Leistungsübertragung zwischen Eingang und Ausgang als hydrodynamische Kupplung und damit Drehzahlwandler fungiert. Dem
Sekundärrad ist eine kraftschlüssige Bremseinrichtung zugeordnet, welche ein Festsetzen des Sekundärrades gegenüber dem Gehäuse oder einem ruhenden, d.h. ortsfesten Bauteil ermöglicht. Erfindungsgemäß ist dem Sekundärrad oder dessen Verbindung mit dem Ausgang eine synchron schaltbare formschlüssige Kupplung zur Realisierung einer formschlüssigen Verbindung zwischen einem
Gehäuse oder einem ortsfesten Bauteil und dem Sekundärrad oder der Verbindung dessen mit dem Ausgang vorgesehen. Der Formschluss erfolgt dabei in Umfangsrichtung, so dass eine Relativbewegung des Sekundärrades bzw. des mit diesem drehfest gekoppelten Elementes gegenüber dem Gehäuse oder dem ortsfesten Bauteil in Umfangsrichtung ausgeschlossen wird, bzw. nur im Rahmen des Kupplungsspiels möglich ist. Dieser ist eine Betätigungseinrichtung zugeordnet. Zur Einstellung des normalen Bremsbetriebes, d.h. bei Auftreten eines Fahrerwunsches bzw. eines diesen wenigstens mittelbar, d.h. direkt oder indirekt charakterisierenden Signals zur Verringerung der Fahrgeschwindigkeit, der Einhaltung einer Beschleunigung oder der Erzeugung eines bestimmten
Bremsmomentes wird dabei die Bremseinrichtung zum Abbremsen des Sekundärrades aktiviert. Die Abbremsung erfolgt dabei nahezu bis zum Stillstand, vorzugsweise bis zum Stillstand. Das hydrodynamische Bauelement wird entsprechend des gewünschten Bremsmomentes bzw. der erforderlichen Bremsleistung befüllt oder befindet sich noch im befüllten Zustand. Bei Erreichen des Stillstandes oder einer sehr geringen Umlaufgeschwindigkeit am Sekundärrad erfolgt eine Aktivierung der synchron schaltbaren Kupplung. Diese koppelt das Sekundärrad oder ein mit diesem drehfest gekoppeltes Element an das Gehäuse oder ein ortsfestes Bauteil. Die synchron schaltbare Kupplung übernimmt somit hier die Funktion einer Brems- bzw. Festhalteeinrichtung für das Sekundärrad bzw. das mit diesem drehfest gekoppelte Element.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird es möglich, die kraftschlüssige Bremseinrichtung hinsichtlich ihrer Dimensionierung sehr klein und kompakt auszulegen, beispielsweise als einfache Scheibenbremseinrichtung, da diese lediglich derart dimensioniert werden muss, dass eine Abbremsung des Sekundärrades bis zum Stillstand oder nahezu zum Stillstand möglich ist. Eine
Abstützung des mittels des dann als Retarder arbeitenden hydrodynamischen Bauelementes aufgebrachten Bremsmomentes erfolgt allein über die synchron schaltbare formschlüssige Kupplung am Gehäuse oder einem ortsfesten Bauteil nahezu verschleißlos.
Die schaltbare formschlüssige Kupplung kann dabei der Bremseinrichtung in Leistungsübertragungsrichtung vom Eingang zum Ausgang der Anfahreinheit betrachtet nachgeschaltet oder vorgeschaltet sein.
Die Betätigungseinrichtung der synchron schaltbaren Kupplung kann vielgestaltig ausgeführt sein. Denkbar sind mechanische, elektrische, pneumatische, hydraulische oder elektro-mechanische, elektro-pneumatische, elektro- hydraulische Lösungen. Die konkrete Ausführung ist abhängig von den Randbedingungen des Einsatzfalles. Vorzugsweise werden jedoch Lösungen gewählt, bei denen mit geringem Aufwand, insbesondere mit kleinen
Stelleinrichtungen große Kräfte erzeugt werden können und die einfach in Fahrsteuerungen integrierbar sind.
Die synchron schaltbare formschlüssige Kupplung umfasst wenigstens ein axial verschiebbares formschlüssige Mitnahmeelemente aufweisendes oder tragendes erstes Kupplungselement, welches bei Aktivierung der Kupplung mit dazu komplementär ausgebildeten Mitnahmeelementen am Gehäuse oder dem ortsfesten Bauteil und dem Sekundärrad in Eingriff steht und an welchem die Betätigungseinrichtung wenigstens mittelbar, d.h. direkt oder über weitere Übertragungselemente wirksam wird. Es sind Mittel zur axialen Festsetzung des ersten Kupplungselementes, d.h. zur Lagefixierung in axialer Richtung vom Eingang zum Ausgang betrachtet vorgesehen. Diese werden gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung von der Betätigungseinrichtung mit gebildet, so dass keine zusätzlichen Maßnahmen erforderlich werden. D.h., dass beispielsweise bei Nutzung einer elektro-pneumatischen oder hydraulischen Betätigungseinrichtung der Druck zur Aktivierung der schaltbaren Kupplung zum Halten des Kupplungselementes in seiner Lage genutzt wird. Dazu ist beispielsweise das Kupplungselement als Kolben ausgebildet oder mit mindestens einem Kolben drehfest gekoppelt, wobei die Betätigungseinrichtung am Kolben wirksam wird. Bei Lösungen, bei welchem der Betätigungsdruck hydraulisch oder pneumatisch erzeugt wird, wird der Kolben druckmitteldicht im Gehäuse oder dem ortsfesten Bauteil oder an beiden geführt ist, wobei die zur Beaufschlagung des
Kolbens erforderlichen Druckkammern vom Gehäuse oder dem ortsfesten Bauteil oder beiden gebildet werden. Die Betätigungseinrichtung weist dazu ein Druckbereitstellungssystem auf, umfassend eine Druckquelle, die den Kolben oder einen ersten Kolben auf der der Verschiebungsrichtung zum Erreichen der Eingriffsstellung entgegengesetzt ausgerichteten Stirnseite beaufschlagt. Diese
Druckquelle oder eine weitere Druckquelle kann dann dazu genutzt werden, den Kolben oder einen zweiten Kolben auf einer in Verschiebungsrichtung zum Eingriff gerichteten Stirnseite zu beaufschlagen. Im erstgenanten Fall wird der Kolben oder bei Lösungen mit zwei Kolben ein zweiter Kolben auf der der Verschiebungsrichtung zum Erreichen der Eingriffsstellung entgegengesetzt ausgerichteten Stirnseite von der Druckquelle zur Deaktivierung beaufschlagt, und der Wechsel zwischen Aktivierung und Deaktivierung und damit der Beaufschlagung der unterschiedlichen Kolbenflächen wird über Mittel zur wahlweisen Beaufschlagung der einzelnen Kolbenstirnseiten oder Kolben, vorzugsweise eine Ventileinrichtung gesteuert. Die Mitnahmeelemente am Kupplungselement und dem Sekundärrad, dem Gehäuse oder dem ortsfesten Bauteil sind in axialer Richtung betrachtet gerade oder gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung schräg ausgerichtet, d.h. dass die die Mitnahmeelemente charakterisierenden Flanken bzw. Flankenlinien oder Flächen in axialer Richtung betrachtet im ersten Fall parallel zur theoretischen Rotationsachse des Sekundärrades bzw. im zweiten Fall bei Projizierung der die Mitnahmeelemente tragenden Umfangsflächen in eine Ebene und Verschiebung dieser bis zur Rotationsachse in einem Winkel zur Rotationsachse verlaufen. Die den Verlauf der einzelnen Mitnahmeelemente beschreibenden Flankenlinien sind dann in axialer Richtung vom Eingang zum
Ausgang in Umfangsrichtung betrachtet entgegen der Drehrichtung des Sekundärrades bzw. der mit dem Primärrad gekoppelten Antriebsmaschine ausgerichtet. Mit dieser Lösung wird es möglich, eine selbsttätige Rückstellung des Kupplungselementes bei Unterbrechung oder Deaktivierung der Betätigungs- und Haltekraft in axialer Richtung zu erzielen, indem das Restmoment bzw.
Überschussmoment des hydraulischen Kreislaufes im torusförmigen Arbeitsraum bei Beendigung des Bremsvorganges bzw. Anfahren am Berg genutzt wird. Diese Lösung zeichnet sich durch einen besonders geringen fertigungs- und steuerungstechnischen Aufwand aus, da lediglich zur Aktivierung der schaltbaren Kupplung, d.h. Verschiebung in axialer Richtung zum Zweck des in Eingriff
Bringens der Mitnahmeelemente eine Betätigungskraft und zum Halten des Kupplungselementes in seiner Position in axialer Richtung eine Haltekraft erforderlich sind, während zur Deaktivierung nur eine Unterbrechung bzw. Reduzierung dieser Kräfte bis auf Null erforderlich ist.
Zur Realisierung eines Eingriffs ausgehend von einer Ausgangsposition und der selbsttätigen Rückstellung ist ein Mitnahmeelement durch eine sehr große Steigung charakterisiert. Betrachtet über die Länge in axialer Richtung erfolgt keine vollständige Umschlingung in Umfangsrichtung, vorzugsweise nur eine teilweise Umschlingung. Die Größe des Flankenwinkels der Mitnahmeelemente liegt vorzugsweise in einem Bereich von einschließlich 20° bis einschließlich 45°. Zur Überwindung der Haftreibung des Kupplungselementes ist zwischen diesem und dem Gehäuse oder dem ortfesten Bauteil eine Rückholfeder angeordnet. Die Federkraft der Rückholfeder ist dabei größer als die Gleitreibungskraft des Kupplungselementes. Die Hauptaufgabe der Federeinrichtung besteht dabei darin, das Kupplungselement im Ausgangszustand zu halten und abzustützen.
Die formschlüssigen Mitnahmeelemente sind in Abhängigkeit der Ausgestaltung des Kupplungselementes, des Sekundärrades und des Gehäuses sowie des ortsfesten Bauteiles und deren räumlicher Zuordnung zueinander an diesen angeordnet.
Demnach können folgende Anordnungen unterschieden werden: a) Ausbildung der Mitnahmeelemente am Gehäuse und dem Sekundärrad jeweils am Außenumfang, d.h. in radialer Richtung von der Rotationsachse weg gerichtet und Ausbildung der Mitnahmeelemente am ersten Kupplungselement an einem Innenumfang, d.h. zur Rotationsachse hin gerichtet b) Ausbildung der Mitnahmeelemente am Gehäuse und dem Sekundärrad an einem Innenumfang, d.h. in radialer Richtung zur Rotationsachse hin und am ersten Kupplungselement im Bereich eines Außenumfanges, d.h. von der Rotationsachse weggerichtet c) Anordnung der Mitnahmeelemente an einem Außenumfang des Gehäuses und einem Außenumfang oder Innenumfang des Sekundärrades sowie Anordnung der Mitnahmeelemente an einem Innenumfang am Kupplungselement und einem Innenumfang oder Außenumfang eines Teilbereiches des Kupplungselementes d) Anordnung der Mitnahmeelemente an einem Innenumfang des Sekundärrades und jeweils an einem Außenumfang des Kupplungselementes und einem Außen- oder Innenumfang des Kupplungselementes und einem Innen- oder Außenumfang des Gehäuses.
Im erstgenannten Fall ist das erste Kupplungselement wenigstens teilweise als Hülse mit größerem Innendurchmesser als der Außendurchmesser des Sekundärrades oder einem mit diesem drehfest verbundenen Element im Kupplungsbereich ausgebildet, sind die Mitnahmeelemente am Innenumfang des als Hülse ausgebildeten Teils angeordnet. Die zu den Mitnahmeelementen am ersten Kupplungselement komplementär ausgebildeten Mitnahmeelemente am Sekundärrad oder der Verbindung dessen mit dem Ausgang sind an deren
Außenumfang angeordnet. Die zu den Mitnahmeelementen am ersten Kupplungselement komplementär ausgebildeten Mitnahmeelemente am ortsfesten Bauteil oder am Gehäuse können dann ebenfalls am Außenumfang dieser Elemente angeordnet sein. Ist zusätzlich wenigstens ein Teil der Mitnahmeelemente am ersten Kupplungselement oder sind diese generell an dessen Außenumfang angeordnet, werden die zu den Mitnahmeelementen am ersten Kupplungselement komplementär ausgebildeten Mitnahmeelemente am Sekundärrad oder dessen Verbindung mit dem Ausgang am Innenumfang angeordnet. Dies gilt in Analogie für die zu den Mitnahmeelementen am ersten Kupplungselement komplementär ausgebildeten Mitnahmeelemente am ortsfesten
Bauteil oder am Gehäuse. In beiden Fällen können dabei die Mitnahmeelemente am Sekundärrad und Gehäuse in einer Ebene angeordnet sein. Dies bietet den Vorteil geringen Bauraumbedarfs in radialer Richtung.
Bei diesen Ausführungen besteht vorzugsweise beim Sekundärrad und am
Gehäuse die gleiche Ausrichtung der Mitnahmeelemente hinsichtlich Richtung sowie Winkel. Bei den in den Figuren c) und d) genannten Ausgestaltungen werden jeweils sowohl ein Innenumfang als auch ein Außenumfang am Kupplungselement zur Anordnung der Mitnahmeelemente genutzt. Diese treten jeweils mit entsprechend komplementär dazu ausgeführten Mitnahmeelementen am Sekundärrad sowie dem Gehäuse oder einem anderen ortsfesten Bauteil in Wirkverbindung. Dabei können die einzelnen formschlüssigen Verbindungen auch hinsichtlich ihrer Ausgestaltung bezüglich Ausrichtung und Steigung der Mitnahmeelemente unterschiedlich ausgestaltet sein. So ist es bei den unter c) und d) genannten Ausführungen denkbar, die zwischen dem Kupplungselement und dem Sekundärrad realisierte formschlüssige Verbindung über gerad verzahnte Klauen bzw. parallel zur Rotationsachse verlaufende Mitnahmeelemente auszuführen. Dafür wird jedoch dann die äußere Verzahnung, welche das Kupplungselement und damit die Schaltklaue zum Gehäuse oder einem ortsfesten Element hin abstützt, schräg verzahnt. Die Steigung der Mitnahmeelemente bzw. der Verzahnung am Gehäuse ist nach rechts gerichtet, so dass zur Abstützung im Gehäuse bzw. einem ortsfesten Bauelement wirkende Drehmoment die Axialkraft bewirkt. Das Moment aus dem rechts drehenden Antriebsmotor bei Kopplung der Anfahreinheiten mit einer Antriebsmaschine drückt dann die Schaltklaue außer Eingriff, während ein links drehendes Moment aus dem am Hang hängenden Fahrzeug die Schaltklaue im Eingriff hält.
Die synchronschaltbare Kupplung kann als Klauenkupplung oder Zahnkupplung ausgebildet sein. Die Mitnahmeelemente sind dann als Klauen oder mit Evolventenverzahnung ausgeführt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Anfahreinheit ist zwischen dem
Sekundärrad und dem Ausgang ein Freilauf angeordnet. Die Anordnung der schaltbaren Kupplungseinrichtung kann dabei räumlich vor oder nach dem Freilauf in axialer Richtung betrachtet erfolgen, d.h. diese ist unabhängig von diesem. Funktional ist diese jedoch dem Freilauf vorgeschaltet. Der Freilauf ermöglicht als richtungsgeschaltete Kupplung im wesentlichen die zwei folgenden
Funktionszustände:
1. Ist die Drehzahl auf der Abtriebsseite des Anfahrelementes, d. h. dem Turbinenrad gleich der am Ausgang der Multifunktionseinheit wird ein Moment vom Turbinenrad auf den Ausgang der Multifunktionseinheit übertragen.
2. Ist die Drehzahl des Turbinenrades, d. h. des Abtriebes des Anfahrelementes geringer als am Ausgang der Anfahreinheit wird über das Turbinenrad kein Moment auf den Ausgang übertragen, das Turbinenrad läuft frei. Diese Lösung bietet neben der Realisierung eines nahezu verschleißfreien Anfahr- und Bremsvorganges den Vorteil, dass während des Schaltvorganges das hydrodynamische Bauelement nicht entleert werden muss und auch keine zusätzliche 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.
Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Anfahreinheit neben dem Anfahrelement in Form einer hydrodynamischen Kupplung eine
Uberbrückungskupplung, wobei beide parallel zueinander geschaltet sind, jedoch nur während zeitlich geringer oder definierter Phasen gemeinsam im Eingriff sind, wobei der Leistungsfluss zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Anfahreinheit unterbrechbar ist. Diese Unterbrechbarkeit kann dabei beim Einsatz der Anfahreinheit in automatisierten Schaltgetrieben mit der Anfahreinheit nachgeordnetem mechanischem Getriebeteil durch die Schaltbarkeit der Uberbrückungskupplung bei gleichzeitiger Entleerung bzw. bereits geleerter hydrodynamischer Kupplung oder beim Einsatz in automatisierten Schaltgetrieben mit mechanischem Getriebeteil oder Nach- bzw. Gruppenschaltsatz beim Umschalten zwischen den ersten beiden unteren Gangstufen durch die Entleerung der hydrodynamischen Kupplung erfolgen. Vorzugsweise werden bei einer derartigen Ausführung die Abtriebsseiten der hydrodynamischen Kupplung und der Uberbrückungskupplung drehfest miteinander über den Freilauf gekoppelt. Der Vorteil dieser Anordnung besteht im wesentlichen darin, dass nur zwei Zustände bezüglich der Leistungsübertragung vom Eingang der Anfahreinheit bis zum
Ausgang unterschieden werden müssen, wobei die Leistungsübertragung entweder rein mechanisch über die Uberbrückungskupplung 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 anderen Fahrzuständen eine vollständige Überbrückung der schlupf behafteten hydrodynamischen Kupplung realisiert wird. Ab einem bestimmten Schlupfzustand, welcher abhängig von der Auslegung der hydrodynamischen Kupplung ist, erfolgt die Überbrückung durch eine Kopplung zwischen dem Pumpen- und dem Turbinenrad mittels mechanischer Uberbrückungskupplung. Die Antriebsleistung wird von einer mit der Multifunktionseinheit, insbesondere dem Eingang koppelbaren Antriebsmaschine mit nur geringen Verlusten, bedingt durch die mechanischen Übertragungssysteme und die notwendige Hilfsenergie, auf den Ausgang übertragen. Da für den Einsatz in Schaltgetrieben, insbesondere synchronisierten Schaltgetrieben beim Wechsel zwischen zwei Gangstufen die Verbindung zwischen der Antriebsmaschine und dem Abtrieb in der Regel getrennt werden sollte, wird diese Aufgabe der Uberbrückungskupplung zugeordnet.
Die drehfeste Verbindung zwischen den Abtriebsseiten des hydrodynamischen Bauelementes, insbesondere der hydrodynamischen Kupplung vor dem Freilauf und der Uberbrückungskupplung kann dabei lösbar oder unlösbar bezüglich der Montage erfolgen. Die Verbindung selbst kann im erstgenannten Fall form- und/oder kraftschlüssig erfolgen. Im zweiten Fall kann die Verbindung beispielsweise durch Stoffschluss oder durch Ausführung als integrale Baueinheit von Turbinenrad der Turbokupplung und Abtrieb der Uberbrückungskupplung - bei
Ausführung als mechanische Kupplung in Lamellenbauweise in Form der Kupplungsausgangsscheibe der Uberbrückungskupplung - realisiert werden. Die konkrete Auswahl der Verbindungsart erfolgt entsprechend den Erfordernissen des Einsatzfalles.
Die Uberbrückungskupplung ist als mechanische Reibkupplung, vorzugsweise in Lamellenbauart und vorzugsweise nass laufend ausgeführt.
Vorzugsweise erfolgt die Integration der Komponenten hydrodynamische Kupplung, Uberbrückungskupplung sowie des Freilaufes in einem gemeinsamen
Gehäuse, wobei die Uberbrückungskupplung vorzugsweise im Betriebsmittel der hydrodynamischen Kupplung mit umläuft. Das gemeinsam nutzbare Gehäuse kann dabei
1. vom Gehäuse des hydrodynamischen Bauelementes, insbesondere der hydrodynamischen Kupplung oder des hydrodynamischen Wandlers oder 2. einem separaten Gehäuse oder
3. dem Gehäuse von Anschlusselementen, beispielsweise einer Antriebsmaschine oder des Getriebes gebildet werden.
Denkbar ist im letzten Fall beispielsweise die Ausbildung des Gehäuses entweder allein von der mit der Anfahreinheit koppelbaren Antriebsmaschine oder der mit der Anfahreinheit koppelbaren Getriebebaueinheit oder von beiden an die Anfahreinheit anschließenden Elementen.
Die erfindungsgemäß gestaltete Anfahreinheit baut sehr klein und hat somit bei Integration in einer Getriebebaueinheit, insbesondere einem manuellen
Schaltgetriebe, einem automatisierten Schaltgetriebe oder Automatgetriebe, wobei letzteres sowohl Schaltstufen als auch stufenlose Getriebe umfassen kann, nur geringen Einfluss auf die Baulänge. Die bauliche Einheit aus hydrodynamischer Kupplung, Uberbrückungskupplung und Freilauf kann als modulare Baueinheit vormontiert im Handel angeboten und geliefert werden. Die Integration in einer
Anschlusseinheit erfolgt dann kraftschlüssig und/oder formschlüssig, beispielsweise durch Aufstecken der modularen Baueinheit auf eine Eingangswelle des Anschlusselementes, insbesondere einer Getriebebaueinheit oder die Realisierung einer Welle-Nabe-Verbindung 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.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt: Figur 1 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung anhand eines
Ausschnittes aus einer Getriebebaueinheit den Grundaufbau einer erfindungsgemäß gestalteten Anfahreinheit; Figur 2 verdeutlicht anhand einer Ausführung einer Anfahreinheit gemäß Figur 1 eine erste Ausführung der schaltbaren Kupplung und deren
Ansteuerung; Figur 3 verdeutlicht eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung einer schaltbaren Kupplung mit selbsttätiger Rückstellmöglichkeit. Figur 4 verdeutlicht anhand einer Ausführung einer Anfahreinheit gemäß Figur 1 eine weitere Ausführung der schaltbaren Kupplung;
Figur 5a verdeutlichen in Perspektivansichten eine ungleiche Ausführung und 5b eines Kupplungselementes und Gehäuseteiles.
Die Figur 1 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung anhand eines Ausschnittes aus einer Getriebebaueinheit 1 den Grundaufbau einer erfindungsgemäß gestalteten Anfahreinheit 2, umfassend ein Anfahrelement 3. Das Anfahrelement 3 ist als hydrodynamisches Bauelement 33, insbesondere hydrodynamische Kupplung 4 ausgebildet. Diese umfasst wenigstens ein als Pumpenrad 5 fungierendes Primärrad und ein als Turbinenrad 6 fungierendes Sekundärrad, welche miteinander einen mit Betriebsmittel befüllbaren torusförmigen Arbeitsraum 7 bilden. Die Anfahreinheit umfasst ferner einen mit einer hier nicht dargestellten Antriebsmaschine wenigstens mittelbar koppelbaren Antrieb bzw. Eingang E und einen, mit dem Abtrieb im Antriebssystem wenigstens mittelbar koppelbaren Abtrieb, welcher auch als Ausgang A bezeichnet wird. Die Bezeichnungen Eingang und Ausgang beziehen sich dabei auf die
Kraftübertragungsrichtung im Traktionsbetrieb von der Antriebsmaschine zum Abtrieb betrachtet. Die Ein- und Ausgänge E und A sind beispielsweise in Form von Voll- oder Hohlwellen ausgeführt, die jeweils mit den entsprechenden Anschlusselementen Antriebsmaschine oder Schaltstufen in bekannter Weise koppelbar sind. Eine andere bekannte Kopplung zwischen Eingang und Primärrad
5 erfolgt über in Umfangsrichtung drehsteife und in axialer Richtung biegeweiche Flexplates. Im Funktionszustand Anfahren fungiert das hydrodynamische Bauelement 33 als hydrodynamische Kupplung 4. Die Leistungsübertragung erfolgt dabei vom Primärrad 5 zum Sekundärrad 6 und damit zum Ausgang A. Die hydrodynamische Kupplung 4 als Anfahrelement 3 umfasst dabei in Leistungsübertragungsrichtung betrachtet ebenfalls einen Antrieb 8 und einen Abtrieb 9. Der Antrieb 8 wird dabei vom Primärrad 5 bzw. einem mit diesem drehfest gekoppelten Element gebildet, während der Abtrieb 9 vom Sekundärrad 6 gebildet wird. Neben der Funktionsweise des hydrodynamischen Bauelementes als hydrodynamische Kupplung 4 ist es durch entsprechende Funktionszuweisung zu den einzelnen Schaufelrädern auch möglich, dieses als hydrodynamischen Retarder 10 zu betreiben. Dazu ist dem hydrodynamischen Bauelement 33 eine
Bremseinrichtung 11 zugeordnet, welche vorzugsweise als Scheibenbremse in Lamellenbauart ausgeführt ist und die mit dem Abtrieb 9 des hydrodynamischen Bauelementes gekoppelt ist. Die Funktionsweise der Bremseinrichtung 11 basiert auf Kraftschluss. Dazu umfasst diese mindestens eine erste ortsfeste Scheibe 12, welche vorzugsweise am Gehäuse 13, welches hier nur schematisch angedeutet ist und das mehrteilig ausgeführt sein kann, angeordnet bzw. gelagert ist, und ein zweites Scheibenelement 14, welches wenigstens mittelbar, d.h. entweder direkt oder über weitere zwischengeschaltete Scheibenelemente mit der ortsfesten Scheibe 12 in Wirkverbindung bringbar ist. Das zweite Scheibenelement 14 ist dabei drehfest mit dem Abtrieb 9, insbesondere dem Sekundärrad 6, gekoppelt.
Mit dem hydrodynamischen Bauelement werden dabei wenigstens zwei Betriebszustände - ein erster Betriebszustand zur Leistungsübertragung, welche insbesondere während des Anfahrvorganges zum Tragen kommt und die Funktion einer hydrodynamischen Kupplung 4 beschreibt, und ein zweiter Betriebszustand zur Abbremsung - realisiert. Zur Realisierung der Funktion als hydrodynamischer
Retarder 10 erfolgt die Zuordnung der Funktion des Statorschaufelrades durch Festsetzung gegenüber einem ruhenden Getriebeteil, insbesondere dem Gehäuse 13 oder einem anderen ortsfesten Bauelement zum Sekundärrad 6, d.h. zu dem bei Funktion als hydrodynamische Kupplung 4 fungierenden Turbinenrad 6. Die Funktion des Rotorschaufelrades wird dabei vom Primärschaufelrad 5, welches bei Funktionsweise als hydrodynamische Kupplung auch als Pumpenrad fungiert, übernommen. Die Beaufschlagung der Bremseinrichtung 11 , insbesondere der Scheibenelemente 12 und 14, erfolgt dabei über ein im Gehäuse gelagertes Kolbenelement 15. Um die Bremseinrichtung 11 möglichst klein zu dimensionieren ist erfindungsgemäß eine synchron schaltbare formschlüssige Kupplung 16 vorgesehen, welche dem Sekundärrad 6, d.h. bei Funktion als hydrodynamische Kupplung 4, dem Turbinenrad zugeordnet ist und dieses mit dem Gehäuse 13 oder einem ortsfesten Bauteil 34 koppelt. Diese fungiert somit als Bremse 17 bzw. Festsetzeinrichtung für das Sekundärrad 6 und umfasst mindestens ein, am Gehäuse 13 oder einem anderen ruhenden Bauteil 34 gelagerten bzw. geführten Kolben 18 als Kupplungselement, welcher wenigstens in axialer Richtung verschiebbar ist, und weist dabei Mitnahmeelemente 19 auf, welche mit dazu komplementär ausgeführten Mitnahmeelementen 20 am Sekundärrad 6 bzw. einem, mit diesem drehfest gekoppelten Element und Mitnahmeelementen 35 am Gehäuse 13 oder einem ortsfesten Bauteil 34 in Wirkverbindung bringbar sind. Damit wird es möglich, die Bremseinrichtung 11 in Form einer Scheibenbremseinrichtung hinsichtlich ihrer Dimensionierung sehr klein zu halten, da die Abstützung des Momentes im Bremsbetrieb am Sekundärrad 6 primär über die synchron schaltbare formschlüssige Kupplung 16 erfolgt, indem die Bremseinrichtung 11 nur noch zum Absenken der Drehzahl des Sekundärrades 6 bis nahezu Null oder Null genutzt wird und in diesem Zustand die synchron schaltbare Kupplung 16 aktiviert wird, wobei nach erfolgtem Eingriff die
Bremseinrichtung 11 wieder gelöst werden kann. Das Sekundärrad 6 fungiert dann nach wie vor als Statorschaufelrad eines Retarders 10.
Die Anfahreinheit 2 umfasst ferner eine hier im Einzelnen nicht dargestellte schaltbare Kupplung 21 als Uberbrückungskupplung 22, die parallel zum hydrodynamischen Bauelement 33 angeordnet ist und parallel zu diesem schaltbar ist. Dies bedeutet, dass entweder die Leistungsübertragung allein über die hydrodynamische Kupplung 4 oder über die Uberbrückungskupplung 22 erfolgt. Die Uberbrückungskupplung 22 kann dabei vielgestaltig ausgeführt sein. Diese dient zur Realisierung der drehfesten Kopplung zwischen Primärrad 5 und
Sekundärrad 6 unter Umgehung der hydrodynamischen Leistungsübertragung durch den sich im torusförmigen Arbeitsraum 7 einstellenden Arbeitskreislauf 23. Die Uberbrückungskupplung ist dabei vorzugsweise in Form einer Scheiben-, insbesondere Lamellenkupplung, ausgebildet. Diese umfasst dann mindestens eine hier nicht dargestellte Kupplungseingangsscheibe 24 und eine Kupplungsausgangsscheibe 25, welche wenigstens mittelbar reibschlüssig miteinander in Wirkverbindung bringbar sind, d.h. entweder direkt oder über weitere scheibenförmige Zwischenelemente Reibpaarungen miteinander bilden. Ferner ist zwischen dem Sekundärrad 6 bzw. dem Abtrieb 9 der hydrodynamischen Kupplung 4 und dem Ausgang A ein Freilauf F vorgesehen. Damit wird es möglich, neben dem Anfahrvorgang auch bei Kupplungsvorgängen beim Einsatz in Schaltgetrieben positive Effekte zu erzielen, wobei während des
Gangstufenwechsels übermäßiger Verschleiß in den Synchronisiereinrichtungen in den der Anfahreinheit nachgeordneten Drehzahl-
/Drehmomentwandlungseinheiten vermindert oder vermieden werden kann und somit der Komfort erhalten bleibt bzw. gegenüber den bisherigen Lösungen verbessert wird.
Die Anfahreinheit 2 ist in Antriebssträngen mit mindestens einer Drehzahl- /Drehmomentwandlungseinrichtung, vorzugsweise mechanisch, gekoppelt und bildet dabei mit entsprechenden Schaltstufen die Getriebebaueinheit 1. Vorzugsweise ist die Anfahreinheit 2 dabei Bestandteil der Getriebebaueinheit 1 , so dass der Ausgang A mit dem Eingang weiterer Drehzahl- /Drehmomentwandlungseinheiten gekoppelt ist. Diese werden bei automatisierten Schaltgetrieben in der Regel von mechanischen Übersetzungsstufen gebildet. Das Gesamtgetriebe aus Anfahreinheit 1 und nachgeordneten Drehzahl- /Drehmomentwandlungseinheiten weist dabei als Eingangswelle den Eingang E der Anfahreinheit auf. Um einen Gangstufenwechsel in einer Schaltgetriebebaueinheit vornehmen zu können, muss die Getriebeeingangswelle, welche von dem Eingang E der Anfahreinheit 1 gebildet wird, momentenfrei sein und von zusätzlichen Massen entkoppelt werden. Andernfalls besteht die Gefahr, dass die Synchronelemente und/oder Klauen der Schaltelemente der Drehzahl-
/Drehmomentwandlungseinheiten, insbesondere der der Anfahreinheit 2 nachgeordneten Übersetzungsstufen, den Gangstufenwechsel nicht bewältigen können oder erheblich belastet werden und verschleißen. Zur Vornahme eines Gangstufenwechsel muss dabei sowohl die Antriebsmaschine als auch das Sekundärrad 6 der hydrodynamischen Kupplung 4 von der Getriebeeingangswelle, welche vom Eingang E gebildet wird oder mit diesem drehfest gekoppelt ist, abgekoppelt werden. Die Antriebsmaschine ist dabei bei geöffneter Uberbrückungskupplung 22 mechanisch abgekoppelt. Die Abkopplung des als Turbinenrad fungierenden Sekundärrades 6 der hydrodynamischen Kupplung 4 wird durch den Freilauf F erreicht, der für diese Aufgabe frei laufen muss. Zu diesem Zweck muss die Drehzahl nj des Sekundärrades 6 unter die Drehzahl des Ausganges A abgesenkt werden. Dies erfolgt dabei entweder durch das Absenken der Drehzahl ΠM der Antriebsmaschine, da die Drehzahl des Sekundärrades 6 bei befüllter hydrodynamischer Kupplung 4 durch das Primärrad 5 reduziert wird, welches dann mit reduzierter Drehzahl der Antriebsmaschine oder einer entsprechend proportional dazu am Eingang E des Anfahrelementes 3 anliegenden Drehzahl läuft oder es wird durch die Bremseinrichtung 11 eine
Absenkung der Drehzahl nγ am als Turbinenrad fungierenden Sekundärrad 6 bewirkt. Bei Vornahme eines Gangstufenwechsels, welcher eine Hochschaltung charakterisiert, ist die Drehzahl am Eingang E nach der Hochschaltung um einen bestimmten Stufensprung verringert. Die Drehzahl des Sekundärrades 6 nγ muss in diesem Fall unter diese Anschlussdrehzahl, d.h. die Zieldrehzahl der
Antriebsmaschine im einzulegenden Gang und damit am Eingang E anliegenden Drehzahl oder einer proportional zu dieser am Eingang E anliegenden Drehzahl abgesenkt werden, damit der Freilauf F frei läuft und der Schaltvorgang ermöglicht werden kann.
Die Figur 2 verdeutlicht anhand eines Ausschnittes aus der Getriebebaueinheit 1 gemäß Figur 1 noch einmal den Grundaufbau der erfindungsgemäßen Anfahreinheit 2, insbesondere der synchron schaltbaren Kupplung 16 mit zugeordneter Betätigungseinrichtung 36. Der Grundaufbau entspricht dem in der Figur 1 beschriebenen, weshalb für gleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. Die synchron schaltbare Kupplung 16 umfasst ein Kolbenelement 18, welches Mitnahmeelemente 19 trägt. Dieses kann dabei mit den komplementär dazu ausgebildeten Mitnahmeelementen 20 am Sekundärrad 6 bzw. einem drehfest mit diesem gekoppelten Element, hier einer verlängerten Hülse, in Wirkverbindung treten. Der Kolben 18 ist dabei im Gehäuse 13 oder einem anderen ruhenden Bauteil, hier dem Bauteil 34 gelagert. Dabei wird der Kolben 18 über eine Federeinrichtung 26 im drucklosen Zustand in seiner
Ausgangslage gehalten. In dieser erfolgt kein Eingriff der Mitnahmeelemente 19 mit den Mitnahmeelementen 20 am Sekundärrad 6, jedoch mit den Mitnahmeelementen 35 am ortsfesten Bauteil 34. Zur Festsetzung des Sekundärrades 6 und damit Zuweisung der Funktion des Sekundärrades 6 zum Statorschaufelrad des hydrodynamischen Retarders 10 wird der Kolben 18 in axialer Richtung verschoben, so dass die Mitnahmeelemente 19 und die Mitnahmeelemente 20 unter Beibehaltung eines Formschlusses mit den Mitnahmeelementen 34 in Wirkverbindung gebracht werden und eine formschlüssige Verbindung in Umfangsrichtung ermöglichen. Aufgrund der Lagerung des Kolbens im Gehäuse 13 oder aber einem anderen ortsfesten bzw. ruhenden Bauteil 34 erfolgt dabei die Abstützung der am Statorschaufelrad eingeleiteten Kräfte am Gehäuse 13 oder dem ortsfesten Bauteil 34. Die erforderliche Kraft zur Verschiebung des Kolbens 18 wird dabei über eine Betätigungseinrichtung 36, umfassend eine Druckbereitstellungseinheit 27 realisiert, welche den Kolben 18 an seiner vom hydrodynamischen Bauelement abgewandten Stirnfläche 28 mit Druck beaufschlagt. Die Druckbereitstellungseinheit 27 ist dabei entweder in der Anfahreinheit 2 integriert oder aber außerhalb dieser angeordnet, wobei eine Kopplung mit dem Kolben 18 existiert. Zu diesem Zweck ist die Druckbereitstellungseinheit 27 über mindestens eine Verbindungsleitung 29 mit dem Druckraum 30, welcher dem Kolben 18 zugeordnet ist, verbunden. Der Druckraum 30 wird dabei vom Gehäuse 13 oder aber dem ruhenden bzw. ortsfesten Getriebeelement gebildet. Die Entlastung kann beispielsweise über einen zweiten Druckraum 31 erfolgen, über den dann der Kolben wieder in seine Ausgangslage in der in der Figur 2 dargestellten Stellung verbracht wird. Dieser Druckraum 31 kann dabei vom Kolben 18 sowie dem Gehäuse 13 begrenzt sein oder aber einen anderen ortsfest im Getriebe angeordneten Bauteil 34 gebildet werden. Der Druck beaufschlagt dabei die zum hydrodynamischen Bauelement gewandte Stirnfläche 32 des Kolbens 18 mit dem entsprechenden Druck, welcher zum Aufbringen der zur Verschiebung in axialer Richtung erforderlichen Kraft benötigt wird.
Eine andere hier nicht dargestellte Ausführungsmöglichkeit besteht darin, jeden der Druckräume 30, 31 über jeweils eine 3/2-Wegeventileinrichtung an die Druckquelle zu koppeln.
Die formschlüssigen Mitnahmeelemente 19, 20 und 35 sind dabei in axialer Richtung betrachtet gerade ausgeführt. Dies wird beispielhaft anhand eines
Ausschnittes einer Ansicht A auf das Sekundärrad 6 verdeutlicht. Verdeutlicht die Figur 2 eine erste Möglichkeit der Realisierung der formschlüssigen Verbindung, zeigt Figur 3 eine besonders vorteilhafte Weiterentwicklung einer Ausführung gemäß der Figuren 1 und 2, bei welcher eine selbsttätige Rückstellung des Kolbens 18 in seine Ausgangslage erfolgt, wobei diese allein aufgrund konstruktiver Maßnahmen erzielt wird. Hierzu werden gemäß Figur 3 die am Sekundärrad 6 angeordneten formschlüssigen Mitnahmeelemente 20 in schräger Richtung ausgerichtet, wobei die Ausrichtung in axialer Richtung betrachtet entgegen der Rotationsrichtung des Sekundärrades 6 im Traktionsbetrieb als Turbinenrad erfolgt. Dies gilt in Analogie für die am Kolben 18 angeordneten Mitnahmeelemente 19 und die im Gehäuse bzw. dem ortsfesten Bauteil 34 angeordneten Mitnahmeelemente 35. Die Mitnahmeelemente 19, 20,35 sind dabei als Klauen oder vorzugsweise Verzahnung ausgeführt. Die einzelne Verzahnungen, insbesondere die Flankenlinie, sind dabei durch einen Verlauf mit großer Steigung entgegen der mittels Pfeil in der Ansicht A verdeutlichten
Rotationsrichtung der Antriebsmaschine charakterisiert, d.h., dass bei dieser Drehrichtung der Kolben 18 zurückgedrückt bzw. zurückgeschraubt werden kann, d.h. der Eingriff aufgehoben wird. Die Federeinrichtung 26 fungiert als Rückholfeder und ist hinsichtlich ihrer Auslegung derart dimensioniert, dass die durch diese aufgebrachte Federkraft nur zur Überwindung der durch den Kolben
18 bedingten Reibung und der sicheren Positionierung des Kolbens 18 in der Ausgangsstellung ausreicht. Zur Aktivierung ist die Betätigungseinrichtung 36 vorgesehen, umfassend im dargestellten Fall eine Druckbereitstellungseinrichtung 27, die über wenigstens eine Verbindungsleitung 29 die Druckkammer 30 und damit die Stirnseite 28 des Kolbens 18 beaufschlagt. Für den Bremsbetrieb gestaltet sich dann die Funktionsweise wie folgt: Die Bremseinrichtung 11 in Form der Scheibenbremseinrichtung oder Lamellenbremse bringt das Sekundärrad 6 nahezu zum Stillstand. Der Kolben 18 wird über die Druckbereitstellungseinheit 27 in Einrückstellung gefahren und bei passender Konstellation der Mitnahmeelemente 19, 20 zueinander sofort eingefahren. Ab diesem Zustand, d.h. bereits bei teilweisem Einfahren, wird die Lamellenbremseinrichtung 11 gelöst und für den Fall, dass der Kolben 18 noch nicht eingefahren ist, die passende
Zahnkonstellation eingestellt und der Kolben 18 in die Eingriffsendstellung gedrückt. In dieser Einstellung, d.h. bei ortsfester Anbindung des Sekundärrades 6 an das Gehäuse 13 bzw. das ortsfeste Bauteil, in welchem der Kolben 18 gelagert bzw. geführt ist, wird dieser gehalten. Entsprechend der Wahl der Druckbereitstellungseinheit 27 erfolgt die Beaufschlagung des Kolbens mit dem erforderlichen Druck entweder pneumatisch oder hydraulisch oder durch eine andere Energiequelle, vorzugsweise wird jedoch eine pneumatische Lösung gewählt. Die mittels der Druckbereitstellungseinheit 27 auf den Kolben 18 aufgebrachte Kraft wird dabei derart ausgelegt, dass diese der maximal durch den Kolben 18 abzustützenden Axialkräfte im Bremsbetrieb entspricht.
Bei Deaktivierung bzw. Unterbrechung der Druckbeaufschlagung über die Druckbereitstellungseinheit 27 wird das Restmoment, welches im hydrodynamischen Bauelement noch vorhanden ist, ausgenutzt, um den Kolben 18 in seine Ausgangsposition zurückzubringen. Die Rückholfeder 26 stützt dabei den Kolben 18 in der Ausgangsstellung.
Das System basiert darauf, dass immer das Überschussmoment an der hydrodynamischen Baueinheit, insbesondere am Sekundärrad 6, ausgenutzt wird, um bei Unterbrechung der Druckbeaufschlagung am Kolben eine selbsttätige
Rückstellung des Kolbens 18 zu ermöglichen. Dieses muss jedoch größer als das Haltemoment des Kolbens sein. Beides ist abhängig von der Auslegung der formschlüssigen Mitnahmeelemente, insbesondere deren Steigung. Vorzugsweise wird dabei eine sehr große Steigung der Mitnahmeelemente gewählt.
Das Überschuss- oder Restmoment wird dabei bei mit Hydraulikfluid gefülltem torusförmigen Arbeitsraum 7 durch das durch die Strömungskräfte erzeugte
Moment bestimmt, während bei bereits entleertem Retarder und aktivierter Uberbrückungskupplung lediglich bei Reduzierung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs das Restmoment auch direkt von der Antriebsmaschine durch die starre Kopplung auf das Sekundärrad geleitet wird. Bezüglich der Vornahme der Deaktivierung bzw. Unterbrechung der Druckbereitstellung im zeitlichen
Zusammenhang zu einer erfolgenden Entleerung der hydrodynamischen Kupplung bestehen keine Restriktionen, dieses kann zeitgleich oder aber mit zeitlichem Versatz erfolgen, wobei jedoch immer darauf zu achten ist, dass ein Restmoment vorhanden ist.
Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die synchron schaltbare Kupplung 16 auch als Feststellbremse während eines Haltevorganges am Berg beim Einsatz in Fahrzeugen verwendet. Dabei kann bei Vorliegen eines größeren Gegenmomentes, bedingt durch das hängende Fahrzeug als das vom Motor aufgebrachte und am Sekundärrad wirksam werdende Überschussmoment auf die
Druckbeaufschlagung des Kupplungselementes, insbesondere Kolbens verzichtet werden, da das Gegenmoment ein selbsttätiges Eindrehen bzw. Einschieben des Kolbens in die Mitnahmeelemente des Sekundärrades bewirkt. Soll nach einem Haltevorgang am Berg ein Anfahren erfolgen, wird die Druckbereitstellung deaktiviert bzw. unterbrochen und die hydrodynamische Kupplung 4 mit
Betriebsmittel gefüllt, bis das Moment größer als das Haltemoment für das Fahrzeug am Berg ist. Das sich dann aus der Differenz ergebende Überschussmoment führt zu einer Verschiebung des Kolbens 18 in axialer Richtung. Dabei bringt die Rückholfeder 26 den Kolben 18 wieder in seine Ausgangsstellung. Der Ausschnitt A verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung am Beispiel des Sekundärrades 6 die Ausgestaltung der einzelnen Mitnahmeelemente 19, 20, 35. Daraus wird ersichtlich, dass bei Ausbildung mit Schrägverzahnung eine Art Steilgewinde an den Bauelementen - Sekundärrad 6 bzw. Kolben 18 und Bauteil 34 - erfolgt. Dargestellt ist dabei nur die Ausrichtung der Flanken, insbesondere der Verlauf der Flankenlinie am Sekundärrad 6. Der Kolben 18 trägt dabei eine Innenverzahnung, während das Sekundärrad 6 eine Außenverzahnung trägt. Es ist jedoch auch denkbar, die Funktionen Innenverzahnung und Außenverzahnung dem jeweils anderen Bauelement zuzuweisen. Dies hängt im einzelnen von der konkreten Einbausituation ab.
Die in Figur 3 dargestellte Ausführung der Mitnahmeelemente ist auch auf eine Situation gemäß Figur 2 übertragbar.
Bei den in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungen ist die synchron schaltbare Kupplung räumlich hinter dem Freilauf F angeordnet. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, bei geeigneter Ausgestaltung des Sekundärrades, diese räumlich vor dem Freilauf F am Sekundärrad 6 anzuordnen. Funktional muss diese jedoch dem Freilauf vorgeschaltet sein.
Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit einer erfindungsgemäß gestalteten formschlüssigen Bremseinrichtung in Form einer schaltbaren Kupplung 16 ist in der Figur 4 wiedergegeben. Der Grundaufbau der Anfahreinheit 2 entspricht dem in den Figuren 1 bis 3 wiedergegebenen Ausführungen. Das Anfahrelement 3 ist auch hier als hydrodynamische Kupplung 4, umfassend ein Primärrad 5 und ein
Sekundärrad 6, die miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum 7 bilden, ausgeführt. Auch hier ist die hydrodynamische Kupplung 4, insbesondere das Primärrad 5 und das Sekundärrad 6, von einem ortsfesten Gehäuse 13 sowohl in axialer als auch radialer Richtung umschlossen. Zwischen dem Sekundärrad 6 und dem Ausgang A der Anfahreinheit 2 ist dabei ein Freilauf F vorgesehen. Die synchron schaltbare formschlüssige Kupplung 16 umfasst hier ein Kupplungselement 37, welches Mitnahmeelemente 38 und 39 trägt, die jeweils mit dazu komplementär ausgeführten Mitnahmeelementen 40 am Sekundärrad und 41 am Gehäuse 13 oder einem anderen ortsfesten Bauteil formschlüssig in Wirkverbindung bringbar sind. Im dargestellten Fall ist das Kupplungselement 37 als Hülse 42 ausgeführt, wobei diese an ihrem Innenumfang 43 die Mitnahmeelemente 38 aufweist, die formschlüssig mit den an einem
Außenumfang 44 angeordneten Mitnahmeelementen 40 am Sekundärrad 6 in Wirkverbindung bringbar sind. Die zweite formschlüssige Verbindung zur Abstützung des Kupplungselementes 37 am Gehäuse 13 oder einem ortsfesten Bauteil ist zwischen dem Kupplungselement 37 und dem Gehäuse 13 bzw. dem ortsfesten Bauteil ausgeführt. Dazu umfasst das Kupplungselement 37 an seinem
Außenumfang 45 Mitnahmeelemente 39, die mit Mitnahmeelementen 41 an einem Innenumfang 46 am Gehäuse 13 bzw. einem ortsfesten Bauteil in Wirkverbindung bringbar sind. Bei den Außen- und Innenumfängen handelt es sich immer um Teilbereiche an diesen Bauelementen. Die Figur 5a verdeutlicht dabei die Ausgestaltung des Kupplungselementes 37 in Form einer Hülse 42. Zu erkennen ist der Innenumfang 43 und der Außenumfang 44, wobei beide Mitnahmeelemente 38 und 39 tragen. Zur Realisierung der formschlüssigen Verbindung sowohl zwischen Kupplungselement und Sekundärrad 6 sowie Kupplungselement 37 und Gehäuse 13 können die formschlüssigen Verbindungen gleichgestaltig ausgeführt sein. Insbesondere ist es denkbar, die einzelnen Mitnahmeelemente jeweils parallel zur Rotationsachse und zur Rotationsachse hin auszurichten. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung, wie in der Figur 5a auch dargestellt, wird jedoch eine Kombination aus zwei formschlüssigen Verbindungen gewählt, wobei eine durch eine Schrägausrichtung, d.h. mit Steigung, ausgebildet ist. In komplementärer Weise dazu wird gemäß Figur 5b die formschlüssige Verbindung mit dem Gehäuse 13 realisiert. Figur 5b verdeutlicht dabei die Ausgestaltung und Ausrichtung der Mitnahmeelemente 41 am Gehäuse 13 bzw. einem ortsfesten Bauelement. Die formschlüssige Verbindung zwischen Kupplungselement 37 und dem Sekundärrad 6 ist dabei gerade verzahnt ausgeführt, d.h. die Mitnahmeelemente 38 Kupplungselement 37, insbesondere am Innenumfang 43 sowie 40 am Außenumfang 44 des Sekundärrades 6, sind gerade verzahnt ausgeführt, d.h. die Flankenlinien verlaufen parallel zur Rotationsachse. Zusätzlich wird jedoch die zweite formschlüssige Verbindung zwischen dem Kupplungselement 37 und dem Gehäuse 13 mit schräger Verzahnung ausgeführt. Das Kupplungselement 37, insbesondere die an dessen Außenumfang 45 angeordneten Mitnahmeelemente 39 sind schräg verzahnt und mit einer Steigung nach rechts ausgeführt, so dass das zur Abstützung am Gehäuse wirkende
Drehmoment die Axialkraft bewirkt. Dabei drückt das bei rechts drehendem Antriebsmotor in die Anfahreinheit 2 eingeleitete Moment die Schaltklaue außer Eingriff, d.h. während des normalen Traktionsbetriebes bei Leistungsübertragung vom Eingang E zum Ausgang A. Im Stillstand am Berg bzw. im Schubbetrieb, bewirkt das in den Antriebsstrang eingeleitete Moment am Ausgang der
Anfahreinheit, welches dem bei Leistungsübertragung von der Antriebsmaschine entgegengerichtet ist, den Eingriff des Kupplungselementes 37 am Gehäuse 13 bzw. aufgrund der baulichen Kopplung auch am Sekundärrad 6. In Analogie wäre die Steigung in anderer Richtung auszurichten, wenn die Drehrichtung der Antriebsmaschine anders ausgerichtet wäre. Des weiteren ist es in Analogie möglich, die Zuordnung von schräger und gerader Ausrichtung der Mitnahmeelemente zwischen den formschlüssigen Verbindungen zwischen Kupplungselement 37 und Sekundärrad 6 sowie Kupplungselement 37 und Gehäuse 13 zu vertauschen. Dies bedeutet, dass die Schrägausrichtung d. h. geneigte Ausrichtung der Flankenlinien der Mitnahmeelemente für die Verbindung zwischen Kupplungselement 37 und Sekundärrad 6 möglich ist und ferner eine gerade Ausrichtung der Mitnahmeelemente, d.h. parallele Anordnung der Flankenlinien zur Rotationsachse für die Verbindung zwischen Gehäuse 13 und Kupplungselement 37 vorgesehen wird.
Gemäß einer weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsform ist es auch denkbar, die formschlüssige Verbindung zwischen dem Kupplungselement 37 und dem Sekundärrad 6 derart auszugestalten, dass die Mitnahmeelemente am Kupplungselement 37 an einem Außenumfang bzw. einem Teilbereich dessen angeordnet sind und die Mitnahmeelemente am Sekundärrad 6 an einem
Innenumfang, wobei in diesem Fall das Kupplungselement 37 als stufenförmige Hülse auszubilden wäre ist, während der entsprechende Bereich am Sekundärrad 6 als Hohlwelle ausgeführt ist. Bezüglich der Realisierung der formschlüssigen Verbindung zwischen Kupplungselement 37 und Gehäuse 13 ist es dabei denkbar, diese bezüglich der Anordnung an den Außen- und Innenumfängen von Gehäuse und Kupplungselement, wie in der Figur 5a dargestellt, auszugestalten oder aber hier eine Ausgestaltung zu wählen, die durch eine Anordnung der
Mitnahmeelemente am Kupplungselement 37 an einem Innenumfang charakterisiert ist, während die Ausgestaltung bzw. Anordnung der Mitnahmeelemente an einem Außenumfang am Gehäuse vorgesehen wird. Dabei können zur Realisierung der formschlüssigen Verbindungen zwischen Gehäuse und Kupplungselement sowie Kupplungselement und Sekundärrad die möglichen
Zuordnungen bzw. Anordnungen der Mitnahmeelemente an den jeweils in Wirkverbindung zu bringenden Elementen beliebig miteinander kombiniert werden. Dies hat lediglich Auswirkung auf die Ausgestaltung des Kupplungselementes 37, welches dann mit unterschiedlichen Durchmesserabschnitten auszubilden wäre. Die konkrete Ausgestaltung hängt dabei von den Erfordernissen des Einsatzfalles ab und liegt im Ermessen des zuständigen Fachmannes.
Bezugszeichenliste
Getriebebaueinheit Anfahreinheit Anfahrelement hydrodynamische Kupplung Primärrad Sekundärrad torusförmiger Arbeitsraum Antrieb der hydrodynamischen Kupplung Abtrieb der hydrodynamischen Kupplung hydrodynamischer Retarder Bremseinrichtung ortsfeste Scheibe Gehäuse zweites Scheibenelement Kolbenelement Synchron schaltbare formschlüssige Kupplung Bremseinrichtung Kolben Mitnahmeelement Mitnahmeelement schaltbare Kupplung Uberbrückungskupplung Arbeitskreislauf Kupplungseingangsscheibe Kupplungsausgangsscheibe Federeinrichtung Druckbereitstellungseinheit Stirnfläche Verbindungsleitung Druckraum 31 Druckraum
32 Stirnfläche
33 hydrodynamisches Bauelement
34 ortsfestes Bauteil
35 Mitnahmeelement
36 Betätigungseinrichtung
37 Kupplungselemente
38 Mitnahmeelemente
39 Mitnahmeelemente
40 Mitnahmeelemente
41 Mitnahmeelemente
42 Hülse
43 Innenumfang
44 Außenumfang
45 Außenumfang
46 Innenumfang
E Eingang
A Ausgang
F Freilauf

Claims

Patentansprüche
1. Anfahreinheit (2)
1.1 mit einem Eingang (E) und einem Ausgang (A); 1.2 mit einem hydrodynamischen Bauelement (33), umfassend ein mit dem
Eingang (E) koppelbares Primärrad (5) und ein mit dem Ausgang (A) koppelbares Sekundärrad (6), die miteinander einen mit Betriebsmittel befüllbaren torusförmigen Arbeitsraum (7) bilden; 1.3 das hydrodynamische Bauelement (33) ist frei von einem Leitrad; 1.4 mit einer, dem Sekundärrad (6) zugeordneten kraftschlüssigen
Bremseinrichtung (11); gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
1.5 mit einer dem Sekundärrad (6) oder dessen Verbindung mit dem Ausgang (A) zugeordneten synchron schaltbaren formschlüssigen Kupplung (16) zur Realisierung einer formschlüssigen Verbindung zwischen einem Gehäuse
(13) oder einem ortsfesten Bauteil (34) und dem Sekundärrad (6) oder der Verbindung dessen mit dem Ausgang (A);
1.6 mit einer, der synchron schaltbaren Kupplung (16) zugeordneten Betätigungseinrichtung (36).
2. Anfahreinheit (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare formschlüssige Kupplung (16) der Bremseinrichtung (11 ) in Leistungsübertragungsrichtung vom Eingang (E) zum Ausgang (A) der Anfahreinheit (2) betrachtet nachgeschaltet ist.
3. Anfahreinheit (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare formschlüssige Kupplung (16) der Bremseinrichtung (11) in Leistungsübertragungsrichtung vom Eingang (E) zum Ausgang (A) der Anfahreinheit (2) betrachtet vorgeschaltet ist.
4. Anfahreinheit (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (11) als Reibbremseinrichtung, umfassend ein am Gehäuse (13) wenigstens mittelbar ortsfest angeordnetes reibflächentragendes Element (12) und ein zweites, mit dem Sekundärrad (6) des hydrodynamischen Bauelementes (33) drehfest gekoppeltes reibflächentragendes Element (14), ausgeführt ist.
5. Anfahreinheit (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (36) als eine der nachfolgend genannten Betätigungseinrichtungen ausgeführt ist: mechanisch - elektrisch pneumatisch hydraulisch elektro-pneumatisch elektro-hydraulisch - mittels Memory-Metallen.
6. Anfahreinheit (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
6.1 die synchron schaltbare Kupplung (16) umfasst wenigstens ein axial verschiebbares formschlüssige Mitnahmeelemente (19) aufweisendes oder tragendes erstes Kupplungselement, welches bei Aktivierung der Kupplung (16) mit dazu komplementär ausgebildeten Mitnahmeelementen (20, 35, 40, 41) am Gehäuse (13) oder dem ortsfesten Bauteil (34) und dem Sekundärrad (6) in Eingriff steht und an welchem die Betätigungseinrichtung (36) wenigstens mittelbar wirksam wird;
6.2 mit Mitteln zur axialen Festsetzung des ersten Kupplungselementes (37).
7. Anfahreinheit (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur axialen Festsetzung des ersten Kupplungselementes von der Betätigungseinrichtung (36) gebildet werden.
8. Anfahreinheit (2) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungselement als Kolben (18) ausgebildet oder mit mindestens einem Kolben gekoppelt ist.
9. Anfahreinheit (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (18) druckmitteldicht im Gehäuse (13) oder dem ortsfesten Bauteil (34) oder an beiden geführt ist, wobei die zur Beaufschlagung des Kolbens (18) erforderlichen Druckkammern (30, 31) vom Gehäuse (13) oder dem ortsfesten Bauteil (34) oder beiden gebildet werden.
10. Anfahreinheit (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (36) ein Druckbereitstellungssystem (27) aufweist, umfassend eine Druckquelle, die den Kolben (18) oder einen ersten Kolben auf der der Verschiebungsrichtung zum Erreichen der Eingriffsstellung entgegengesetzt ausgerichteten Stirnseite (28) beaufschlagt.
11. Anfahreinheit (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Druckquelle den Kolben (18) oder einen zweiten Kolben auf einer in Verschiebungsrichtung zum Eingriff gerichteten Stirnseite (32) beaufschlagt.
12. Anfahreinheit (2) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Druckquelle von der Druckquelle, die den Kolben (18) oder einen ersten Kolben auf der der Verschiebungsrichtung zum Erreichen der
Eingriffsstellung entgegengesetzt ausgerichteten Stirnseite (28) beaufschlagt, gebildet wird und Mittel zur wahlweisen Beaufschlagung der einzelnen Kolbenstirnseiten (28, 32) oder Kolben vorgesehen sind.
13. Anfahreinheit (2) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die
Mittel 3/2-Wegeventile umfassen.
14. Anfahreinheit (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnahmeelemente (19, 20, 35, 38, 39, 40, 41 ) in axialer Richtung vom Eingang (E) zum Ausgang (A) betrachtet gerade ausgerichtet sind.
15. Anfahreinheit (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 13, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
15.1 die Mitnahmeelemente (19, 20, 35, 38, 39, 40, 41 ) sind in axialer Richtung vom Eingang (E) zum Ausgang (A) betrachtet schräg ausgerichtet; 15.2 die den Verlauf der einzelnen Mitnahmeelemente (19, 20, 35, 38, 39, 40,
41 ) beschreibenden Flankenlinien sind in axialer Richtung vom Eingang (E) zum Ausgang (A) in Umfangsrichtung betrachtet entgegen der Drehrichtung des Sekundärrades (6) ausgerichtet.
16. Anfahreinheit (2) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die
Anordnung und Ausrichtung zweier benachbart angeordneter Mitnahmeelemente (19, 20, 35, 38, 39, 40, 41) durch eine sehr große Steigung charakterisiert sind.
17. Anfahreinheit (2) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des Flankenwinkels der Mitnahmeelemente (19, 20, 35, 38, 39, 40, 41) in einem Bereich von einschließlich 20° bis einschließlich 45° beträgt.
18. Anfahreinheit (2) nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Kupplungselement (37) und dem Gehäuse (13) oder dem ortfesten Bauteil (34) eine Rückholfeder angeordnet ist.
19. Anfahreinheit (2) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die
Federkraft der Rückholfeder wenigstens entsprechend der Größenordnung der Gleitreibung des Kupplungselementes ausgelegt ist.
20. Anfahreinheit (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kupplungselement (37) wenigstens teilweise als Hülse (42) ausgebildet ist und die Mitnahmeelemente (19, 20, 35, 38) am Innenumfang (43) des als Hülse (42) ausgebildeten Teils angeordnet sind.
21. Anfahreinheit (2) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die zu den Mitnahmeelementen (19, 38) am ersten Kupplungselement (37) komplementär ausgebildeten Mitnahmeelemente (20, 35, 40) am
Sekundärrad (6) oder der Verbindung dessen mit dem Ausgang (A) an einem Außenumfang (44) bildenden Teilbereich angeordnet sind.
22. Anfahreinheit (2) nach Anspruch 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die zu den Mitnahmeelementen (19, 38) am ersten Kupplungselement (37) komplementär ausgebildeten Mitnahmeelemente (35) am ortsfesten Bauteil (34) oder am Gehäuse (13) an einem Außenumfang bildenden Teilbereich angeordnet sind.
23. Anfahreinheit (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Mitnahmeelemente (19, 39) am ersten Kupplungselement (37) an dessen Außenumfang (45) angeordnet sind.
24. Anfahreinheit (2) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die zu den Mitnahmeelementen (19) am ersten Kupplungselement (37) komplementär ausgebildeten Mitnahmeelemente (20) am Sekundärrad (6) oder dessen Verbindung mit dem Ausgang an dessen Innenumfang angeordnet sind.
25. Anfahreinheit (2) nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die zu den Mitnahmeelementen (19) am ersten Kupplungselement (37) komplementär ausgebildeten Mitnahmeelemente (35) am ortsfesten Bauteil (34) oder am Gehäuse (13) an einem Innenumfang (46) einen bildenden Teilbereich angeordnet sind.
26. Anfahreinheit (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 25, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
26.1 das erste Kupplungselement (37) ist als ringförmige Hülse (42) ausgeführt, umfassend Mitnahmeelemente (38, 39) an einem Außenumfang (45) des Kupplungselementes (37) und einem Innenumfang (43) des Kupplungselementes (37), welche jeweils mit dazu komplementär ausgestalteten Mitnahmeelementen (40, 41 ) an einem Innenumfang (46) des Gehäuses (13) oder einem Innenumfang (46) des Sekundärrades (6) und einem Außenumfang (44)des Sekundärrades (6) oder einem einen Außenumfang bildenden Teilbereich des Gehäuses (13) in Wirkverbindung bringbar sind;
26.2 wenigstens die Mitnahmeelemente (38, 39, 40, 41 ) einer der beiden formschlüssigen Verbindungen zwischen Kupplungselement (37) und Gehäuse (13) oder Kupplungselement (37) und Sekundärrad (6) sind in axialer Richtung vom Eingang (E) zum Ausgang (A) der Anfahreinheit (2) betrachtet schräg ausgerichtet, wobei die den Verlauf der einzelnen
Mitnahmeelemente (38, 39, 40, 41) beschreibenden Flankenlinien in axialer Richtung vom Eingang (E) zum Ausgang (A) in Umfangsrichtung betrachtet entgegen der Drehrichtung des Sekundärrades (6) ausgerichtet sind.
27. Anfahreinheit (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die synchronschaltbare Kupplung (16) als Klauenkupplung ausgebildet ist und die Mitnahmeelemente (19, 20, 35, 38, 39, 40, 41 ) als Klauen ausgeführt sind.
28. Anfahreinheit (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die synchronschaltbare Kupplung (16) als Zahnkupplung ausgebildet ist und die Mitnahmeelemente (19, 20, 35) mit Evolventenverzahnung ausgeführt sind.
29. Anfahreinheit (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Sekundärrad (6) und dem Ausgang
(A) ein Freilauf (F) angeordnet ist.
30. Anfahreinheit (2) nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (11 ) am Sekundärrad (6) oder Verbindung dessen zum Ausgang (A) zwischen Sekundärrad (6) und Freilauf (F) angeordnet ist.
31. Anfahreinheit (2) nach einem der Ansprüche 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass die synchron schaltbare Kupplung (16) räumlich vor oder nach dem Freilauf (F) angeordnet und funktional diesem vorgeschaltet ist.
32. Anfahreinheit (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 31 , gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
32.1 mit einer Uberbrückungskupplung (22); 32.2 das hydrodynamische Bauelement (33) und die Uberbrückungskupplung
(22) sind parallel geschaltet; 32.3 die Uberbrückungskupplung (22) ist zwischen dem Eingang (E) und dem Ausgang (A) angeordnet.
33. Anfahreinheit (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Primärrad (5) räumlich in axialer Richtung vom Eingang (E) zum Ausgang (A) zwischen der Uberbrückungskupplung (22) und dem Sekundärrad (6) angeordnet ist.
34. Anfahreinheit (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärrad (6) räumlich in axialer Richtung vom Eingang (E) zum Ausgang (A) zwischen der Uberbrückungskupplung (22) und dem Primärrad (5) angeordnet ist.
35. Schaltgetriebe, insbesondere automatisiertes Schaltgetriebe;
35.1 mit einem Getriebeeingang und einem Getriebeausgang;
35.2 mit einer zwischen Getriebeeingang und Getriebeausgang angeordneten Anfahreinheit (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 34.
36. Fahrzeug mit einem Schaltgetriebe nach Anspruch 35.
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