DE10104813A1 - Anfahreinheit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anfahreinheit für den Einsatz in Schaltgetrieben, insbesondere automatischen oder automatisierten Schaltgetrieben, DOLLAR A - mit einem Eingang und einem Ausgang; DOLLAR A - mit einem zwischen Eingang und Ausgang angeordneten Anfahrelement in Form einer hydrodynamischen Kupplung; DOLLAR A - mit einer Überbrückungskupplung. DOLLAR A Die Erfindung ist gekennzeichnet durch das folgend Merkmal: DOLLAR A - die Überbrückungskupplung ist als mechanisch übertragende synchronschaltbare Kupplung ausgeführt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anfahreinheit für den Einsatz in Schaltgetrieben, insbesondere automatisierten Schaltgetrieben oder Automatgetrieben in Antriebssystemen, insbesondere für den Einsatz in Fahrzeugen, im einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1; ferner eine Getriebebaueinheit.

Getriebe für den Einsatz in Nutzkraftwagen, insbesondere in Form von Schaltgetrieben oder automatisierten Schaltgetrieben sind in einer Vielzahl von Ausführungen bekannt. Diesen gemeinsam ist, daß der Anfahrvorgang über ein Kupplungselement - bei automatisierten Schaltgetrieben in der Regel eine Reibkupplung oder bei automatischen Getrieben ein hydrodynamischer Wandler - realisiert wird. Ausführungen mit einer hydrodynamischen Kupplung sind beispielsweise aus der Druckschrift WO 00/55527 bekannt. Bei Ausführungen mit Anfahrelementen in Form hydrodynamisch übertragender Baueinheiten wird aufgrund der Eigenschaft dieser Bauelemente, welche lediglich in einem bestimmten Betriebsbereich mit einem optimalen beziehungweise vertretbaren Wirkungsgrad arbeiten, eine mechanische Durchkupplung beziehungsweise Umgehung des hydrodynamischen Leistungszweiges angestrebt. Dies erfolgt in der Regel über sogenannte Überbrückungskupplungen, welche dabei eine Triebverbindung zwischen einem Eingang der Anfahreinheit und einem Ausgang unter Umgehung des hydrodynamischen Leistungszweiges vorsehen. Dabei kann die Überbrückungskupplung in Form von Lamellenkupplung parallel zum hydrodynamischen Bauelement geschaltet werden. Als Überbrückungskupplung finden dabei in der Regel reibschlüssig arbeitende Kupplungen in Form von Lamellenkupplungen Verwendung. Systembedingt arbeitet diese jedoch beim Übergang der Leistungsübertragung über das hydrodynamische Bauelement zur mechanischen Durchkupplung mit Schlupf. Dies bewirkt, daß beispielsweise bei vollständiger Entleerung des hydrodynamischen Bauelementes und der Kupplung zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Anfahrelementes zeitweise zu Bereichen, in denen eine Leistungsübertragung nur unbefriedigend erfolgt und die an der Leistungsübertragung beteiligten Elemente aufgrund der erhöhten Beanspruchung im Schlupfzustand einer erhöhten Belastung unterworfen sind.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit der Realisierung einer mechanischen Durchkupplung zwischen dem Eingang und dem Ausgang einer Anfahreinheit zur Umgehung der Leistungsübertragung über ein hydrodynamisches Bauelement derart weiterzuentwickeln, daß diese Lösung nahezu verschleißfrei arbeitet, wobei der konstruktive sowie steuerungstechnische Aufwand möglichst gering gehalten werden sollen.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Erfindungsgemäß umfaßt eine Anfahreinheit für den Einsatz in Schaltgetrieben, insbesondere automatischen oder automatisierten Schaltgetrieben ein Anfahrelement in Form einer hydrodynamischen Kupplung und eine Überbrückungskupplung, wobei die Überbrückungskupplung erfindungsgemäß als mechanisch übertragende synchronschaltbare Kupplung ausgeführt ist. Bei dieser handelt es sich systembedingt um eine mit Formschluß arbeitende Kupplung.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht bei Synchronisation zwischen den beiden miteinander zu koppelnden Elementen - Eingang und Ausgang der Anfahreinheit - welche jeweils mit dem Primärrad oder dem Sekundärrad einer hydrodynamischen Kupplung verbunden sind, eine absolut verschleißfreie Lösung, da Schlupfzustände beim Übergang von der hydrodynamischen Leistungsübertragung zur mechanischen Leistungsübertragung und während der mechanischen Leistungsübertragung sowie während aller Betriebsphasen des Gesamtbetriebes der Anfahreinheit lediglich durch Schlupfzustände im Bereich der hydrodynamischen Leistungsübertragung charakterisiert ist.

Bezüglich der Ausführung der synchronschaltbaren Kupplung sind mehrere Möglichkeiten denkbar. Diese kann dabei derart augeführt sein, daß der Formschluß entweder in radialer Richtung oder axialer Richtung oder eine Mischform von diesen erzeugt wird. Die Überbrückungskupplung kann dabei als Klauenkupplung oder Schubriegelkupplung ausgebildet sein.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung werden die, die entsprechende Profilverbindung bildenden Elemente teilweise, zumindest an den miteinander zu koppelnden Elementen von Eingang und Ausgang direkt gebildet, so daß zusätzliche Befestigungsmaßnahmen für die miteinander formschlüssig in Eingriff bringbaren Teile der mechanisch übertragenden synchronschaltbaren Kupplung vermieden werden können. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung in Form einer Klauenkupplung besteht dabei darin, daß diese ein klauentragendes Teil umfaßt, welches axial verschiebbar an einem der beiden miteinander zu koppelnden Elementen angeordnet ist und der Formschluß durch die axiale Verschiebbarkeit unter Erzeugung eines Eingriffs beziehungsweise einer Führung der am klauentragenden Teil angeordneten Vorsprünge und Ausnehmungen in dazu komplementären Vorsprüngen und Ausnehmungen an den miteinander zu koppelnden Elementen realisiert wird.

Die hydrodynamische Kupplung umfaßt dabei ein Primärrad und ein Sekundärrad, welche miteinander wenigstens einen torusförmigen Arbeitsraum bilden. Für bestimmte Anwendungen können auch Ausführungen mit zwei torusförmigen Arbeitsräumen in Form sogenannter Doppelkupplungen denkbar sein. Dabei bestehen für die räumliche Anordnung der Schaufelräder in axialer Richtung zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Anfahreinheit betrachtet folgende Möglichkeiten:

• a) das Primärrad ist in axialer Richtung räumlich hinter dem Sekundärrad angeordnet
• b) das Primärrad ist in axialer Richtung räumlich vor dem Sekundärrad angeordnet.

In beiden Fällen wird zur Erzeugung einer möglichst platzsparenden konstruktiven Ausführung das jeweils in axialer Richtung räumlich vordere Schaufelrad - Primärrad oder Sekundärrad - in dem räumlich in axialer Richtung hinteren Schaufelrad gelagert. Die Lagerung erfolgt dabei in der Regel in den drehfest mit den entsprechenden Schaufelrädern verbundenen Wellen beziehungsweise Hohlwellen. Bezüglich der Anordung der Überbrückungskupplung bestehen ebenfalls mehrere Möglichkeiten, wobei in axialer Richtung kaum Bauraum beanspruchende Lösung abgestellt wird. Vorzugsweise werden bei Lösungen zur Lagerung der einzelnen Schaufelräder ineinander die Überbrückungskupplungen ebenfalls in diesem Bereich angeordnet. Dies ermöglicht es, daß zum einen ohnehin vorhandene Bauelemente zur Führung und Lagerung der Überbrückungskupplung genutzt werden, wobei der zusätzlich erforderliche Bauraum in axialer Richtung minimal ist oder sich von anderen Lösungen auch nicht unterscheidet und eine leichte Zugänglichkeit für die Betätigung gegeben ist. Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung in Form einer Klauenkupplung wird zwischen der Hohlwelle und der Welle das klauentragende Element geführt, wobei diese Führung gleichzeitig die Leistungsübertragung aufgrund der dabei entstehenden Profilverbindung mit übernimmt.

Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung ist dem Ausgang der Anfahreinheit eine Bremseinrichtung zugeordnet. Diese dient dem Festhalten des Turbinenrades beim Einlegen einer Gangstufe. Die Bremseinrichtung ist vorzugsweise als Reibbremse in Form einer Lamellenbremse ausgeführt. Bezüglich der Betätigung zur Realisierung des Reibschlusses zwischen den Reibflächen tragenden Elementen ist der Bremseinrichtung mindestens eine Betätigungseinrichtung zugeordnet, wobei die Betätigung pneumatisch, hydraulisch, elektrisch oder auf eine andere Art und Weise erfolgen kann. Insbesondere bei Betätigung der Überbrückungskupplung über einen Druckmittelvorrat, beispielsweise pneumatisch oder hydraulisch, kann in diesem Fall beiden - Bremseinrichtung und Überbrückungskupplung - ein gemeinsamer Druckmittelvorrat am oder im Getriebe zugeordnet werden.

Die erfindungsgemäß gestaltete Anfahreinheit kann als komplett vormontierte Baueinheit angeboten und montiert werden. In diesem Fall ist dieser ein eigenes Gehäuse zugeordnet. Die Anbindung an Nachschaltstufen erfolgt dann in der Regel durch Anflanschen an ein, den Nachschaltstufen zugeordnetes Gehäuse. Das Gesamtgetriebegehäuse wird dann durch die einzelnen Gehäuse für die Anfahreinheit und die Nachschaltstufen bestimmt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, auch bei Ausführung der Anfahreinheit als komplett vormontierte modulare Baueinheit mit eigenem Gehäuse diese in einem Getriebegehäuse zu integrieren. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das hydrodynamische Bauelement über eine eigene Betriebsmittelversorgungseinrichtung verfügt. Denkbar ist jedoch auch eine Ausführung einer Anfahreinheit, welche bei Zusammenfassung mit Nachschaltstufen das für diese im Getriebegehäuse vorhandene Betriebsmittelversorgungssystem mit nutzt.

Da es sich bei der Überbrückungskupplung um eine mechanisch übertragende synchronschaltbare Kupplung handelt, ist zum Zwecke der Schaltung, die Synchronität zwischen den miteinander zu koppelnden Elementen - Eingang und Ausgang der Anfahreinheit, insbesondere Pumpenrad und Turbinenrad - zu erzeugen. Dies wird erfindungsgemäß durch die Reduzierung der Drehzahl des Primärrades erreicht, bis dieses sich im Gleichlaufzustand mit dem Sekundärrad befindet. Dazu ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, bei welcher es sich um eine der Anfahreinheit zugeordnete Steuervorrichtung, eine der Getriebebaueinheit zugeordnete Steuervorrichtung oder eine im Fahrzeug ohnehin vorhandene übergeordnete Steuervorrichtung handelt. Denkbar sind jedoch auch die Nutzung verschiedener Komponenten der einzelnen vorhergehend genannten Steuervorrichtungen. Der Begriff Steuervorrichtung bezieht sich dabei immer auf die Gesamtheit von Steuergerät, Erfassungseinrichtungen, der Kopplung der Erfassungseinrichtungen mit dem Steuergerät sowie den Stelleinrichtungen und den erforderlichen Verbindungen. Das Steuergerät beziehungsweise die Steuereinrichtung kann ebenfalls als separat der Anfahreinheit zugeordnete Steuereinrichtung, als Steuereinrichtung der Getriebebaueinheit oder aber als Steuereinrichtung zu einer übergeordneten Fahrsteuerung gehörig ausgeführt sein. Vorzugsweise wird dabei immer auf bereits ohnehin vorhandene Steuereinrichtungen zurückgegriffen. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Steuereinrichtung verwendet, welche die zur Reduzierung der Drehzahl des Primärschaufelrades ohnehin erforderlichen Größen verarbeitet. Der Steuereinrichtung sind dabei Erfassungseinrichtungen zur Erfassung mindestens einer, die Drehzahl des Primärschaufelrades wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe und/oder der Drehzahl der mit der Anfahreinheit verbundenen Antriebsmaschine wenigstens mittelbar beschreibenden Größe verbunden, wobei die Erfassungsmittel vorzugsweise derart ausgestaltet sind, daß diese Signale aus den erfaßten Größen generieren, die von Steuereinrichtungen verarbeitet werden können. Die Kopplung zwischen den Erfassungseinrichtungen und der Steuereinrichtung muß dabei nicht zwangsläufig direkt erfolgen. Denkbar sind neben der Verbindung über eine parallele oder serielle Leitung Ausführungen mit Einbindung in ein Datenkommunikationsnetz, wobei aus dem Datenkommunikationsnetz jederzeit die einzelnen erforderlichen Größen bezogen werden können. Des weiteren wird eine am Ausgang der Anfahreinheit insbesondere die Drehzahl des Turbinenrades wenigstens mittelbar charakterisierende Größe erfaßt und entsprechend der Abweichung ein Stellsignal zur Reduzierung der Drehzahl der Antriebsmaschine beziehungsweise der Drehzahl am Eingang der Anfahreinheit ausgegeben, wobei diese Reduzierung vorzugsweise im Rahmen einer Regelung erfolgt, um vollständige Synchronität zu gewährleisten. Als Stelleinrichtung fungiert in diesem Fall die Antriebsmaschine, deren Leistungsstellglied in entsprechender Weise angesteuert wird. Die zusätzliche Regelung bedeutet dabei keinen erhöhten steuerungstechnischen Aufwand, da hier ohnehin im Betrieb einer Getriebebaueinheit erfaßte Größen verarbeitet werden, aus denen die entsprechende Stellgröße gebildet wird. In der Regel sind auch die Ansteuermöglichkeiten zur Ansteuerung der Antriebsmaschine bereits vorgegeben, so daß auf diese problemlos zurückgegriffen werden kann.

Die erfindungsgemäß gestaltete Anfahreinheit umfaßt unter einem weiteren Aspekt der Erfindung, welche die Schaffung einer multifunktionalen und möglichst kompakten Baueinheit betrifft, einen Torsionsschwingungsdämpfer. Dieser ist dabei vorzugsweise in Reihe zum Anfahrelement geschaltet, d. h. zwischen Eingang und Primärrad. Eine andere Möglichkeit besteht in der Anordnung zwischen Primärrad und Überbrückungskupplung. Beide Anordnungsmöglichkeiten gewährleisten in vorteilhafter Weise, daß der Torsionsschwingungsdämpfer sich immer im Kraftfluß befindet.

Das Anfahrelement, welches als hydrodynamische Kupplung ausgeführt ist, ist unter einem weiteren Aspekt der Erfindung hinsichtlich seiner Leistungsaufnahme durch Steuerung, vorzugsweise Regelung des Füllungsgrades während des Betriebes regelbar.

Die erfindungsgemäße Lösung ist nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung den Grundaufbau einer erfindungsgemäß gestalteten Anfahreinheit mit Überbrückungskupplung in Form einer Klauenkupplung;

Fig. 2a u. 2b verdeutlichen eine erfindungsgemäß gestaltete Anfahreinheit gemäß Fig. 1 in zwei Funktionszuständen;

Fig. 3 verdeutlicht anhand eines Blockschaltbildes die Ansteuerung der einzelnen Elemente bei Realisierung des Umschaltvorganges zwischen hydrodynamischer Leistungsübertragung und mechanischer Leistungsübertragung;

Fig. 4 verdeutlicht in schematisch stark vereinfachter Darstellung eine Getriebebaueinheit mit Anfahreinheit;

Fig. 5 verdeutlicht in schematisch stark vereinfachter Darstellung die Möglichkeit der Integration einer erfindungsgemäß gestalteten Anfahreinheit in einer Getriebebaueinheit.

Die Fig. 1 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung den Grundaufbau einer erfindungsgemäß gestalteten Anfahreinheit 1, umfassend ein Anfahrelement 2. Das Anfahrelement 2 ist dabei als hydrodynamische Kupplung 3, umfassend ein als Pumpenrad im Traktionsbetrieb bei Leistungsübertragung zwischen einer Antriebsmaschine und einem Abtrieb fungierendes Primärrad 4 und ein Sekundärrad 5, die miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum 6 bilden, ausgeführt. Die Anfahreinheit 1 umfaßt des weiteren mindestens einen Eingang 7 und einen Ausgang 8. Die Begriffe Eingang und Ausgang sind dabei funktional zu sehen und beziehen sich auf die Kraftübertragungsrichtung im Traktionsbetrieb von einer Antriebsmaschine auf einen Abtrieb. Der Eingang 7 ist dabei mit dem Primärrad 4 der hydrodynamischen Kupplung 3 verbunden, während der Ausgang 8 drehfest mit dem Sekundärrad 5 gekoppelt ist. Die Anfahreinheit 1 umfaßt des weiteren eine Überbrückungskupplung 9, welche parallel zur hydrodynamischen Kupplung 3 geschaltet ist und eine Umgehung der hydrodynamischen Leistungsübertragung, die durch den im torusförmigen Arbeitsraum 6 umlaufenden Arbeitskreislauf gebildet wird, durch die mechanische Durchkopplung zwischen Primärrad 4 und Sekundärrad 5 ermöglicht. Die Überbrückungskupplung 9 ist dabei in Kraftflußrichtung bei Leistungsübertragung von einer mit dem Eingang 7 gekoppelten Antriebsmaschine zum Abtrieb hinter der hydrodynamischen Kupplung 3 angeordnet. Die Überbrückungskupplung 9 ist erfindungsgemäß als mechanisch übertragende und synchron schaltbare Kupplung vorzugsweise in Form einer Klauenkupplung 10 ausgeführt. Die mittels der Klauenkupplung 10 miteinander zu koppelnden Elemente werden dabei vom Primärrad 4 und vom Sekundärrad 5 gebildet. Um nicht die beiden Elemente Primärrad 4 und Sekundärrad 5 gegeneinander verschieben zu müssen, wird der mittels der Klauenkupplung 10 zwischen beiden in Umfangsrichtung wirkende Formschluß durch Verschiebung eines klauentragenden Teiles 11 in axialer Richtung realisiert. Zu diesem Zweck bezüglich der konkreten konstruktiven Ausgestaltung bestehen unterschiedliche Möglichkeiten, wobei dies auch immer von der konkreten Anordnung von Primärrad 4 und Sekundärrad 5 in der Anfahreinheit 1 in Einbaulage betrachtet, abhängt. Bei der Ausführung gemäß Fig. 1 ist das Primärrad 4, welches in der Regel als Pumpenrad fungiert, in Kraftflußrichtung bei Kraftübertragung zwischen einer Antriebsmaschine und dem Abtrieb betrachtet räumlich hinter dem Sekundärrad 5, welches als Turbinenrad fungiert, angeordnet. Zu diesem Zweck ist die das Primärrad 4 tragende Welle 12, welche auch als Primärradwelle bezeichnet werden kann, als Hohlwelle ausgeführt, während die Sekundärradwelle 13 als Vollwelle oder Hohlwelle ausgeführt sein kann, und sich in axialer Richtung durch die als Hohlwelle ausgeführte das Primärrad 4 auf der Abtriebsseite tragende Welle 12 erstreckt und den Ausgang 8 der Anfahreinheit 1 bildet. Die Klauenkupplung 10 umfaßt dabei den klauentragenden Teil 11, welchem am Sekundärrad 5, insbesondere der Sekundärradwelle 13 eine Führung 14 zur Realisierung einer Profilverbindung 15 zugeordnet ist, wobei die Profilverbindung 15 beispielsweise im extremsten Fall als Keilverbindung ausgeführt werden kann. Das klauentragende Teil 11 ist im dargestellten Fall als Hohlring ausgeführt, welcher zwischen der Welle 12 und der Sekundärradwelle 13 in axialer Richtung verschiebbar ist. Dieses umfaßt dabei am Innenumfang 16 ausgebildete Ausnehmungen und Vorsprünge, welche mit dazu komplementären Ausnehmungen und Vorsprüngen am Außenumfang 17 der Sekundärradwelle 13 in Wirkverbindung treten. Des weiteren sind am klauentragenden Teil 11 am Außenumfang 18 Ausnehmungen und Vorsprünge vorgesehen, welche mit dazu komplementär ausgeführten Ausnehmungen und Vorsprüngen am Innenumfang 19 der mit dem Primärrad 4 gekoppelten und sich am Gehäuse abstützenden Welle 12 eine Profilverbindung bilden. Bei dieser Ausführung wird der Formschluß jeweils in radialer Richtung erzeugt, denkbar sind jedoch auch Ausgestaltungen von Klauenschaltungen mittels Klauenkupplungen, bei denen der Formschluß in Einbaulage in axialer Richtung erzeugt wird. Dies bedingt jedoch eine entsprechende Ausgestaltung der Welle 12 und Sekundärradwelle 13. Die Betätigung des klauentragenden Teiles 11 zur Erzeugung des Formschlußes, insbesondere der formschlüssigen Verbindung zwischen der Welle 12 und der Sekundärradwelle 13 kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Im dargestellten Fall wird die Klauenkupplung 10 pneumatisch mittels einer Betätigungseinrichtung 37 betätigt, indem ein in axialer Richtung verschiebbares Kolbenelement 20 mit Druck beaufschlagt wird, wobei das Kolbenelement 20 einen in radialer Richtung ausgerichteten Vorsprung 21 in Form einer Schaltgabel aufweist, der in eine dazu komplementäre Ausnehmung 22 am klauentragenden Teil 11 eingreift und über diese formschlüssige Verbindung eine Verschiebung in axialer Richtung überträgt.

Wird die Anfahreinheit 1 wie in der Fig. 1 dargestellt als autarke vormontierbare Baueinheit gestaltet, welche durch Anflanschen oder Aufstecken mit in einer Getriebebaueinheit nachgeordneten Schaltsätzen verbindbar ist, umfaßt diese in der Regel ein Gehäuse 23. Im Gehäuse sind dabei das Anfahrelement 2 und die Überbrückungskupplung 9 gelagert. Bei der in der Fig. 1 dargestellten Ausführung wird der Eingang 7 der Anfahreinheit 1 von einem Anlasserzahnkranz beziehungsweise einem mit diesem koppelbaren Element 24 gebildet. In Kraftflußrichtung zwischen Eingang 7 und Ausgang 8 betrachtet ist der hydrodynamischen Kupplung 3 in einer vorteilhaften Ausgestaltung ein Torsionsschwingungsdämpfer 25 vorgeschaltet, der sich immer im Kraftfluß befindet. Dieser übernimmt dabei die Funktion einer drehelastischen Kupplung und überträgt die Leistung zum Primärrad 4, wobei zusätzlich Schwingungen von seiten des Antriebes gedämpft werden. Als weitere Einheit zusätzlich in der Anfahreinheit 1 integriert ist eine Bremseinrichtung 26, welche in Form einer Reibbremse 27 ausgeführt ist und die dem Festhalten des Ausganges 8, welcher beim Einbau in Getriebe mit einer Getriebeeingangswelle beziehungsweise den Eingangswellen für Nachschaltstufen gekoppelt ist, zum Einlegen des Ganges dienen. Die Bremseinrichtung 26 wird dabei vorzugsweise ebenfalls mittels Druckluft betätigt, wobei die Speisung der Betätigungseinrichtung 37 für das klauentragende Teil 11 und zur Betätigung der miteinander in Wirkverbindung bringbaren reibflächentragenden Elemente der Bremseinrichtung 26 in vorteilhafter Weise aus ein und demselben Vorrat erfolgen kann.

In den Fig. 2a und 2b werden die beiden grundsätzlichen Funktionszustände der Anfahreinheit 1 beim Einsatz in Antriebssystemen, insbesondere für Fahrzeuge dargestellt. Der Grundaufbau entspricht dabei dem in der Fig. 1 beschriebenen, das heißt das für gleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. In der Fig. 2a ist dabei die Anfahrphase dargestellt. In diesem Zustand wird die hydrodynamische Kupplung 3 befüllt, die Überbrückungskupplung 9 ist nicht betätigt und die Leistungsübertragung zwischen dem Eingang 7 und dem Ausgang 8, welcher mit der Getriebeeingangswelle, das heißt der Antriebswelle für Schaltstufen gekoppelt ist, rein hydrodynamisch. Die Betätigung der Klauenschaltung 10 als Überbrückungskupplung 9 zur Gewährleistung der Leistungsübertragung rein mechanisch, das heißt unter Ausschaltung oder Umgehung des hydrodynamischen Kreislaufes in der hydrodynamischen Kupplung 3 werden die beiden Elemente Primärrad und Sekundärrad 4 und 5 miteinander drehfest verbunden. Um den Schaltvorgang zur mechanischen Durchkopplung verschleißfrei zu gestalten, ist es erforderlich, beide Elemente, Primärrad 4 und Sekundärrad 5 miteinander zu synchronisieren. Dies wird erfindungsgemäß dadurch realisiert, daß mindestens eine, die Drehzahl des Sekundärrades 5 wenigstens indirekt charakterisierende Größe erfaßt wird und aus dieser eine Stellgröße zur Ansteuerung einer mit dem Eingang 7 der Anfahreinheit 1 gekoppelten Antriebsmaschine gebildet wird. Dabei wird die Drehzahl der Antriebsmaschine derart reduziert, daß das Primärrad 4 synchron mit dem Sekundärrad 5 umläuft. In diesem Fall erfolgt dann eine Verschiebung des klauentragenden Teiles 11 gemäß der Darstellung in Fig. 2b dahingehend, daß die beiden Elemente - Primärradwelle 12 und Sekundärradwelle 13 miteinander drehfest verbunden sind.

Das Steuerschema ist in der Fig. 3 wiedergegeben. Demnach ist der Anfahreinheit 1 eine Steuervorrichtung 28 zugeordnet, welche eine Steuereinrichtung in Form eines Steuergerätes 29 umfaßt, welcher mindestens eine, die Drehzahl am Sekundärrad 5 wenigstens mittelbar charakterisierende Größe zugeführt und verarbeitet wird. Unter Steuervorrichtung wird dabei die Gesamtheit aus Steuereinrichtung sowie den Erfassungsmitteln zur Erfassung der zu verarbeitenden Größen und der Stelleinrichtung zur Änderung der Regelgröße, das heißt der Drehzahl des Primärrades verstanden. Der Begriff Steuereinrichtung bezieht sich dabei im wesentlichen auf die Funktion des Steuergerätes, welche beispielsweise von einem Mikrorechner übernommen werden kann. Unter der, die Drehzahl des Sekundärrades 5 wenigstens mittelbar beschreibenden Größe kann dabei direkt die Drehzahl entweder am Ausgang 8 oder am Sekundärrad 5 erfaßt werden oder aber eine, diese zumindest indirekt beschreibende Größe, beispielsweise bei Einbau der Anfahreinheit in eine Getriebebaueinheit eine am Ausgang der Getriebebaueinheit anliegende Drehzahl, welche über die Übersetzungsstufen zurückgerechnet die Drehzahl des Sekundärrades 5 charakterisiert, beziehungsweise zu dieser proportional ist. Bei der Steuereinrichtung 29 kann es sich dabei um die ohnehin vorhandene Steuereinheit der Getriebebaueinheit oder bei Einbau in einem Antriebsstrang in Fahrzeugen die sogenannte Fahrsteuerung handeln. Zur Ermittlung der Drehzahl des Sekundärrades 5 oder einer, diese wenigstens mittelbar charakterisierende Größe sind entsprechende Erfassungseinrichtungen 30 vorgesehen, welche neben der Erfassung der entsprechenden Größen Signale generieren, die der Steuereinrichtung 29 zugeführt werden. Die Zufuhr kann dabei direkt über die Kopplung der einzelnen Erfassungseinrichtung 30 mit der Steuereinrichtung 29 oder aber über ein Datenkommunikationsnetzwerk der Steuereinrichtung 29 zur Verarbeitung zur Verfügung gestellt werden, wobei diese Information dann in der Regel auch für andere Applikationen im Antriebsstrang abrufbar ist.

In der Steuereinrichtung 29 erfolgt eine Verarbeitung der die Drehzahl des Sekundärrades 5 wenigstens mittelbar beschreibenden Größe derart, daß mindestens eine Stellgröße Y zur Ansteuerung einer mit der Anfahreinheit 1 koppelbaren Antriebsmaschine gebildet wird und beispielsweise eine Stelleinrichtung 31 angesteuert wird. Dabei erfolgt nicht nur eine einfache Ansteuerung der Antriebsmaschine, sondern es wird vorzugsweise die Drehzahl der Antriebsmaschine entsprechend der Drehzahl am Sekundärrad 5 geregelt. Bei Synchronität zwischen der Drehzahl des Primärrades 4 und dem Sekundärrad 5 wird die Klauenkupplung 10 betätigt. Dazu ist es erforderlich, neben der, die Drehzahl am Sekundärrad 5 wenigstens mittelbar beschreibenden Größe auch mindestens eine, die Drehzahl des Primärrades 4 und/oder der Antriebsmaschine wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe zu ermitteln und mit der Drehzahl am Sekundärrad 5 zu vergleichen. Der Vergleich kann dabei ebenfalls in der Steuereinrichtung 29 vorgenommen werden, wobei jeweils bei Abweichung eine Stellgröße zur Ansteuerung der Stelleinrichtung 31 der Antriebsmaschine gebildet wird. Die Steuereinrichtung 29 umfaßt dazu mindestens eine Vergleichseinrichtung 32, welche in dieser integriert ist. Des weiteren umfaßt die Steuereinrichtung 29 neben einem Stellgrößenbildner 33 für die Ansteuerung der Antriebsmaschine einen Stellgrößenbildner 34, welcher der Ansteuerung einer Stelleinrichtung 35 zur Verschiebung des klauentragenden Teiles 11 der Klauenkupplung 10 dient. Im dargestellten Fall wird diese Stelleinrichtung 35 von einer Druckmittelbereitstellungseinheit 36 gebildet.

Die Funktionen der Stellgrößenbildner 33, 34 sowie der Vergleichseinrichtung werden vorzugsweise von einer Komponente übernommen. Denkbar ist jedoch auch, die Funktionen einzelnen miteinander elektronisch verbundenen Bauteilen zuzuordnen. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, in optimaler Weise eine verschleißfreie Schaltung der Überbrückungskupplung vorzunehmen, insbesondere hinter dem Hintergrund, daß für hydrodynamische Bauelemente generell das Trennverhalten im Vergleich zu konventionellen Übertragungskupplungen, welche auf Reibschluß basieren, als besonders problematisch zu bewerten ist. Die verschleißfreie Schaltung ermöglicht dabei neben einer verlängerten Lebensdauer der einzelnen miteinander zu koppelnden Elemente aufgrund der geringeren Beanspruchung auch ein optimales Übertragungsverhalten frei von Schlupf während des Überganges von der Anfahrphase zur mechanischen Durchkopplung.

Die Fig. 4 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung eine Ausführung einer Getriebebaueinheit 38 mit einer erfindungsgemäß gestalteten Anfahreinheit 1.4. Die Anfahreinheit 1.4 ist in diesem Fall vollständig in der Getriebebaueinheit integriert. Der Ausgang 8.4 bildet dabei gleichzeitig die Antriebswelle für nachgeordnete Schaltstufen.

Fig. 5 verdeutlicht in schematisch stark vereinfachter Darstellung eine Zusammenfassung einer erfindungsgemäß gestalteten Anfahreinheit 1.5 mit Schaltstufen zu einer Getriebebaueinheit 39, wobei die Zusammenfassung durch Anflanschen der Anfahreinheit 1.5 in Form einer modularen Baueinheit auf einer Antriebswelle 40 für die Schaltstufen erfolgt.

Bezugszeichenliste

1

,

1.4

,

1.5

Anfahreinheit

2

,

2.4

,

2.5

Anfahrelement

3

hydrodynamische Kupplung

4

Primärrad

5

Sekundärrad

6

torusförmiger Arbeitsraum

7

Eingang

8

Ausgang

9

Überbrückungskupplung

10

Klauenkupplung

11

klauentragender Teil

12

Primärradwelle

13

Sekundärradwelle

14

Führung

15

Profilverbindung

16

Innenumfang

17

Außenumfang

18

Außenumfang

19

Innenumfang

20

Kolbenelement

21

Vorsprung

22

Ausnehmung

23

Gehäuse

24

Anlasserzahnkranz

25

Torsionsschwingungsdämpfer

26

Bremseinrichtung

27

Reibbremse

28

Steuervorrichtung

29

Steuereinrichtung

30

Erfassungseinrichtung

31

Stelleinrichtung

32

Vergleichseinrichtung

33

Stellgrößenbildner

34

Stellgrößenbildner

35

Stelleinrichtung

36

Druckmittelbereitstellungseinheit

37

Betätigungseinrichtung

38

Getriebebaueinheit

39

Getriebebaueinheit

40

Antriebswelle für die Schaltstufen

Claims (26)

1. Anfahreinheit (1; 1.4; 1.5) für den Einsatz in Schaltgetrieben, insbesondere automatischen oder automatisierten Schaltgetrieben;

• 1. 1.1 mit einem Eingang (7) und einem Ausgang (8);
• 2. 1.2 mit einem zwischen Eingang (7) und Ausgang (8) angeordneten Anfahrelement (2; 2.4; 2.5) in Form einer hydrodynamischen Kupplung (3), umfassend mindstens ein Primärrad (4) und ein Sekundärrad (5);
• 3. 1.3 mit einer Überbrückungskupplung (9) zur mechanischen Durchkoppelung zwischen Eingang (7) und Ausgang (8); gekennzeichnet durch das folgende Merkmal:
• 4. 1.4 die Überbrückungskupplung (9) ist als mechanisch übertragende synchronschaltbare Kupplung ausgeführt.

2. Anfahreinheit (1; 1.4; 1.5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanisch übertragende synchronschaltbare Kupplung einen in Umfangsrichtung wirkenden Formschluß zwischen dem Eingang (7) oder dem mit diesem direkt oder indirekt drehfest verbundenen Primärrad (4) und dem Augang (8) erzeugt.

3. Anfahreinheit (1; 1.4; 1.5) nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanisch übertragende synchronschaltbare Kupplung einen Formschluß zwischen dem Primärrad (4) und dem Sekundärrad (5) der hydrodynamischen Kupplung (3) erzeugt.

4. Anfahreinheit (1; 1.4; 1.5) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überbrückungskupplung (9) als Klauenkupplung (10) ausgeführt ist.

5. Anfahreinheit (1; 1.4; 1.5) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überbrückungskupplung (9) als Schubriegelkupplung ausgeführt ist.

6. Anfahreinheit (1; 1.4; 1.5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• 1. 6.1 die hydrodynamische Kupplung (3) umfaßt ein Primärrad (4) und ein Sekundärrad (5);
• 2. 6.2 das Primärrad (4) ist in axialer Richtung zwischen Eingang (7) und Ausgang (8) betrachtet räumlich hinter dem Sekundärrad (5) angeordnet.

7. Anfahreinheit (1; 1.4; 1.5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• 1. 7.1 die hydrodynamische Kupplung (3) umfaßt ein Primärrad (4) und ein Sekundärrad (5);
• 2. 7.2 das Primärrad (4) ist in axialer Richtung räumlich vor dem Sekundärrad (5) angeordnet.

8. Anfahreinheit (1; 1.4; 1.5) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils das in axialer Richtung räumlich zwischen Eingang (7) und Ausgang (8) betrachtete vordere Schaufelrad - Primärrad (4) oder Sekundärrad (5) - oder die diese tragende Welle (12) in dem in axialer Richtung räumlich hinteren Schaufelrad - Sekundärrad (5) und Primärrad (4) - gelagert ist.

9. Anfahreinheit (1; 1.4; 1.5) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das räumlich in axialer Richtung vordere Schaufelrad - Sekundärrad (5) und Primärrad (4) - mit einer Welle (13) drehfest verbunden ist, welche sich durch eine, das räumlich in axialer Richtung hintere Schaufelrad - Primärrad (4) oder Sekundärrad (5) - tragende Hohlwelle (12) erstreckt und in dieser gelagert ist.

10. Anfahreinheit (1; 1.4; 1.5) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Überbrückungskupplung (9) zwischen der Welle (13) und der Hohlwelle (12) angeordnet ist.

11. Anfahreinheit (1; 1.4; 1.5) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Überbrückungskupplung (9) eine pneumatische Betätigungseinheit (37) zugeordnet ist.

12. Anfahreinheit (1; 1.4; 1.5) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Überbrückungskupplung (9) eine hydraulische Betätigungseinheit zugeordnet ist.

13. Anfahreinheit (1; 1.4; 1.5) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgang (8) eine Bremseinrichtung (26) zugeordnet ist.

14. Anfahreinheit (1; 1.4; 1.5) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtung (26) eine Reibbremse ist.

15. Anfahreinheit (1; 1.4; 1.5) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremseinrichtung (26) eine pneumatische Betätigungseinrichtung zugeordnet ist.

16. Anfahreinheit (1; 1.4; 1.5) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremseinrichtung (26) eine hydraulische Betätigungseinrichtung zugeordnet ist.

17. Anfahreinheit (1; 1.4; 1.5) nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungseinrichtung (37) der Überbrückungskupplung (9) und der Betätigungseinrichtung der Bremseinrichtung (26) ein gemeinsam nutzbarer Druckmittelvorrat zugeordnet sind.

18. Anfahreinheit (1; 1.4; 1.5) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremseinrichtung (26) eine elektrische Betätigungseinrichtung zugeordnet ist.

19. Anfahreinheit (1; 1.4; 1.5) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß diese ein Gehäuse (23) umfaßt.

20. Anfahreinheit (1; 1.4; 1.5) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadruch gekennzeichnet, daß ein Torsionsschwingungsdämpfer (25) zwischen dem Eingang (E) und der hydrodynamischen Kupplung (3) geschaltet ist.

21. Anfahreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein Torsionsschwingungsdämpfer zwischen hydrodynamischer Kupplung (3) und Ausgang (A) geschaltet ist.

22. Getriebebaueinheit (37, 38) mit einer Anfahreinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19.

23. Getriebebaueinheit (37) gemäß Anspruch 22, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• 1. 23.1 mit einem Getriebegehäuse;
• 2. 23.2 mit der Anfahreinheit (1.4) nachgeordneten Schaltstufen;
• 3. 23.3 die Anfahreinheit (1.4) ist im Getriebegehäuse (38) integriert.

24. Getriebebaueinheit (38) gemäß Anspruch 22, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• 1. 24.1 mit der Anfahreinheit (1.5) nachgeordneten Schaltstufen und einem den Schaltstufen zugeordnete Gehäuseteil;
• 2. 24.2 die Anfahreinheit (1.5) weist ein eigenes Gehäuse (23) auf und ist am die Nachschaltstufen umschließenden Gehäuseteil angeflanscht;
• 3. 24.3 der Ausgang (8) der Anfahreinheit (1.5) ist drehfest mit dem Antrieb der Nachschaltstufen verbunden.

25. Getriebebaueinheit, nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß diese ein automatisiertes Schaltgetriebe ist.

26. Getriebebaueinheit, nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß diese ein automatisiertes Automatgetriebe ist.