DE102004009261A1

DE102004009261A1 - Verfahren zum Betreiben einer Kupplung und einer Bremse an einem hydrodynamischen Drehmomentwandler und Antriebseinrichtung dazu

Info

Publication number: DE102004009261A1
Application number: DE102004009261A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl.-Ing. Legner; Wolfgang Dipl.-Ing. Rebholz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2005-09-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Kupplung und einer Bremse an einem hydrodynamischen Drehmomentwandler zur Durchführung eines Wechsels von Vorwärts- und Rückwärtsfahrt eines Kraftfahrzeuges, welches durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:
a) Feststellen, ob der Wunsch zur Fahrtrichtungsumkehr vorliegt.
b) Wenn dieser Wunsch vorliegt, Festellen, ob die Fahrgeschwindigkeit gleich oder niedriger ist als eine vorbestimmte Reversiergeschwindigkeit.
c) Wenn Frage (b) positiv beantwortet wird, Schließen einer Pumpenradbremse und Öffnen einer Primärkupplung zwischen einem Pumpenrad und einer Antriebswelle eines Antriebsmotors sowie Abbremsen des Fahrzeugs mit Hilfe der Pumpenradbremse.
d) Absenken der Drehzahl des Antriebsmotors zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs.
e) Kurz bevor das Fahrzeug stillsteht, Anheben der Drehzahl des Antriebsmotors derart, dass ein vergleichsweise geringes Turbinendrehmoment erzeugbar ist.
f) Öffnen der Pumpenradbremse und Schließen der Primärkupplung.
g) Weiteres Abbremsen des Fahrzeugs über ein vom Antriebsmotor aufgebrachtes Bremsmoment, bis das Fahrzeug stillsteht.
h) Anheben der Drehzahl des Antriebsmotors zur Realisierung der Fahrt in entgegengesetzter Fahrtrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Kupplung und einer Bremse an einem hydrodynamischen Drehmomentwandler zur Durchführung eines Wechsels von Vorwärts- und Rückwärtsfahrt (Reversiervorgang) eines Kraftfahrzeuges.

Es ist bekannt, dass in einem Kraftfahrzeug zwischen dem Antriebsmotor und dem Getriebe ein hydrodynamischer Drehmomentwandler angeordnet sein kann. Dabei treibt der Antriebsmotor das Pumpenrad des Wandlers an, welches die aufgenommene kinetische Energie an die im Wandlerkreislauf befindliche Flüssigkeit abgibt. Das Turbinenrad des Wandlers nimmt diese Energie zum Teil auf und ist dann in der Lage, daraus ein Drehmoment sowie eine Drehzahl zu generieren. Ein solcher hydrodynamischer Drehmomentwandler ist beispielsweise aus der DE 199 25 830 A1 bekannt. Dieses weist ein Turbinenrad, ein Pumpenrad und ein Leitrad in einem gemeinsamen Getriebegehäuse auf, das mit der Antriebswelle eines Antriebsmotors eines Kraftfahrzeugs verbunden ist. Zum Abbremsen des Fahrzeugs ist das Pumpenrad über eine in dem Gehäuse angeordnete Bremse mit diesem Getriebegehäuse sowie das Turbinenrad über eine Kupplung mit der Antriebswelle drehfest verbindbar.

Zudem kann bei diesem bekanten Getriebe die Verbindung zwischen dem Antriebsmotor und dem Pumpenrad des Wandlers mittels einer weiteren Kupplung, hier als Primärkupplung bezeichnet, getrennt werden. Die Verwendung einer Primärkupplung ist besonders bei Radladern vorteilhaft, da damit die Wandleraufnahmeleistung in solchen Betriebsphasen verringert werden kann, in denen das Fahrzeug steht. Bei derart geöffneter Primärkupplung steht demnach mehr Leistung für die Arbeitshydraulik des Radladers zur Verfügung.

Beim Reversieren unter Last, wie dies häufig bei Radladern auftritt, wird das Fahrzeug bei einer vorgegebenen Maximalgeschwindigkeit erst in den Stillstand abgebremst, um dann anschleißend in der anderen Fahrtrichtung wieder beschleunigt zu werden. Der Abbremsvorgang erfolgt üblicherweise so, dass beispielsweise beim Umschalten aus dem Vorwärtsgang in den Rückwartsgang die Vorwärtsgangkupplung geöffnet und unmittelbar danach die Rückwärtsgangkupplung geschlossen wird. Dadurch wird das Turbinenrad im Drehmomentwandler stark abgebremst oder gar für kurze Zeit in seiner Drehrichtung umgekehrt. Der größte Teil der freiwerdenden kinetischen Fahrzeugenergie wird dabei durch das Turbinenrad in das den Wandler durchströmende Wandleröl abgegeben. Dabei wird das Bremsmoment am Turbinenrad jedoch durch das Pumpenrad abgestützt, welches über die geschlossene Primärkupplung fest mit der Antriebswelle eines Antriebsmotors verbunden ist. Um dieses Abstützmoment zu erhalten, muss der Antriebsmotor allerdings eine erhebliche Leistung an dem Pumpenrad des Drehmomentwandlers bereitstellen. Diese Energie gelangt dann zusätzlich in das Wandleröl des Drehmomentwandlers.

Nachteilig daran ist, dass dadurch nicht nur die kinetische Energie aus der Fahrzeuggeschwindigkeit verloren geht, sondern auch die Energie aus dem Antriebsmotor. Dies wirkt sich ungünstig auf den Kraftstoffverbrauch während des Reversierbetriebes aus, welches insbesondere bei Fahrzeugen mit hohem Reversierbetriebsanteil von Bedeutung ist.

Bei vielen Antriebsystemen mit Drehmomentwandlern ist zudem keine Wandlerüberbrückungskupplung eingebaut, mit deren Hilfe dessen Antriebswelle unter Überbrückung des Pumpen- und Turbinenrades mit der Getriebeeingangswelle verbindbar wäre. Bei derartigen Antrieben kann im Schubbetrieb des Fahrzeugs der Wandler zur Nutzung der Bremswirkung des Antriebsmotors daher nicht überbrückt werden, so dass über den Wandler nur ein relativ kleines Bremsmoment erzeugbar ist. Bei längeren Gefällestrecken muss also die Betriebsbremse des Fahrzeugs sehr viel Bremsarbeit aufnehmen. Dies führt häufig zu überhitzten Bremsen.

Um den Reversiervorgang von Nutzfahrzeugen insbesondere hinsichtlich des Kraftstoffverbrauches effizienter zu gestalten, könnte der Abbremsvorgang nicht wie üblich derart mittels Wandler realisiert werden, dass dabei Motorleistung benötigt wird. Eine Möglichkeit hierfür wäre die Benutzung der Fahrzeugbremsen, die dann elektronisch und zeitlich optimal in den Reversiervorgang betätigend angesteuert werden. Dieses kann mittels der Betriebsbremsen, der Park- oder Hilfsbremse bzw. über eine gesonderte Bremse des Fahrzeuges erfolgen. Da bei solchen Bremsen üblicherweise Reibelemente mit begrenzter Wärmeabfuhrmöglichkeit verwendet werden, ist für diese nachteilig eine aufwändige Kühlung notwendig.

Vor diesem Hintergrund ist aus der DE 2 222 351 A1 ein hydrodynamischer Drehmonatwandler bekannt, der beispielsweise für Baufahrzeuge, Gabelstapler und ähnliche Fahrzeuge vorteilhaft einsetzbar ist. Dieser Drehmomentwandler verfügt über ein Gehäuse, in dem dessen Pumpenrad, Turbinenrad sowie Leitrad aufgenommen sind. Dieses Gehäuse wird von einem Antriebsmotor angetrieben, dessen Antriebsleistung über eine in dem Gehäuse befindliche Eingangs- bzw. Primärkupplung an das Pumpenrad weiterleitbar ist. Das Turbinenrad ist dagegen mit einer Abtriebswelle verbunden, die innerhalb einer gehäusefest angeordneten und als Hohlwelle ausgebildeten Leitradstützwelle aus dem Gehäuse herausgeführt ist. Zudem ist diese Turbinenwelle mittels einer ebenfalls in dem gemeinsamen Gehäuse angeordneten Wandlerüberbrückungskupplung mit dem Gehäuse und damit mit der Eingangswelle verbindbar.

Außerdem verfügt das drehbar auf der Leitradstützwelle gelagerte Wandlergehäuse fern von der das Gehäuse antreibenden Antriebswelle über ein Abtriebszahnrad, mit dem auch Hilfseinrichtungen des Fahrzeuges, wie beispielsweise eine Getriebeölpumpe, antreibbar sind.

Von besonderer Bedeutung bei diesem Drehmomentwandler ist, dass dem Pumpenrad eine Bremse zugeordnet ist, bei dessen Betätigung das Pumpenrad gegen ein anderes, feststehendes Bauteil festlegbar ist. Gemäß einer ersten Variante befindet sich diese Wandlerbremse außerhalb, und bei einer zweiten Variante innerhalb des Wandlergehäuses.

Gemäß dieser Druckschrift ist der hydrodynamische Drehmomentwandler für die Realisierung eines Traktionsbetriebes so zu betreiben, dass bei geöffneter Wandlerüberbrückungskupplung und geöffneter Pumpenradbremse das Pumpenrad über die geschlossene Primärkupplung mit dem Wandlergehäuse und dadurch mit der Antriebswelle des Antriebsmotors verbunden ist.

Bei einer anderen aus dieser Druckschrift bekannten Betriebsweise ist die Pumpenradbremse geschlossen und die Primärkupplung geöffnet, so dass das Pumpenrad, beispielsweise im Fahrzeugschubbetrieb, als hydrodynamische Bremse wirkt. Während dieses Bremsbetriebes ist das Turbinenrad drehfest mit der Abtriebswelle verbunden, so dass es als Bremsrotor wirkt, der kinetische Energie von den Fahrzeugrädern über das Getriebe in das Wandleröl hineinleitet.

Der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Kupplung und einer Bremse an einem hydrodynamischen Drehmoment- wandler vorzustellen, durch welches der Reversierbetrieb eines Kraftfahrzeuges gegenüber bekannten Lösungen kraftstoffverbrauchsreduziert durchführbar ist. Zudem soll eine neue Antriebsanordnung angegeben werden, die zur Durchführung dieses Verfahrens geeignet ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich für das Verfahren aus den Merkmalen des Hauptanspruchs und für die Antriebseinrichtung aus dem unabhängigen Anspruch 7, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich der Kraftstoffverbrauch eines Nutzfahrzeuges, insbesondere eines Radladers oder eines Gabelstaplers reduzieren lässt, wenn zwar die kinetische Energie des abzubremsenden Fahrzeugs in den Drehmomentwandler geleitet und dort in Wärme umgewandelt wird, jedoch dazu kein Energieeintrag des Antriebsmotors notwenig ist.

Demnach betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Kupplung und einer Bremse an einem hydrodynamischen Drehmomentwandler eines Kraftfahrzeuges, bei dem zur schnellen und kraftstoffsparenden Durchführung eines Wechsels von Vorwärts- und Rückwärtsfahrt (Reversiervorgang) eine Pumpenradbremse, eine Primärkupplung und ein Fahrzeugantriebsmotor nach folgenden Verfahrensschritten betrieben werden:

a) Feststellen, ob der Wunsch zur Fahrtrichtungsumkehr vorliegt.
b) Wenn dieser Wunsch vorliegt, Feststellen, ob die Fahrgeschwindigkeit gleich oder niedriger ist als eine vorbestimmte Reversiergeschwindigkeit.
c) Wenn Frage b) positiv beantwortet wird, Schließen einer Pumpenradbremse und Öffnen einer Primärkupplung zwischen einem Pumpenrad und einer Antriebswelle eines Antriebsmotors sowie Abbremsen des Fahrzeugs mit Hilfe der Pumpenradbremse.
d) Absenken der Drehzahl des Antriebsmotors zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs.
e) Kurz bevor das Fahrzeug stillsteht, Anheben der Drehzahl des Antriebsmotors derart, dass ein vergleichsweise geringes Turbinendrehmoment erzeugbar ist.
f) Öffnen der Pumpenradbremse und Schließen der Primärkupplung.
g) Weiteres Abbremsen des Fahrzeugs über ein vom Antriebsmotor aufgebrachtes Bremsmoment, bis das Fahrzeug stillsteht.
h) Anheben der Drehzahl des Antriebsmotors zur Realisierung der Fahrt in entgegengesetzter Fahrtrichtung.

Die getriebeseitig notwendigen Maßnahmen zum Wechsel von einer Fahrtrichtung in die entgegengesetzte Fahrtrichtung finden vorzugsweise in einem Zeitraum statt, der zwischen oder zeitlich parallel zu den Verfahrenschritten d) und e) oder e) und f) liegt.

Durch die genannte Betriebsweise wird erreicht, dass während des Reversiervorgangs kein oder nur ein geringer Energieeintrag in den Wandler durch den Fahrzeugantriebsmotor erfolgt. Dadurch kann dieser kraftstoffsparender als bisher üblich betrieben werden, ohne dass dadurch die Reversiergeschwindigkeit des Fahrzeugs für den Fahrzeugführer merkbar verändert wird.

In vorteilhafter Ausgestaltung dieses Steuerungsverfahrens kann vorgesehen sein, dass im Schritt c) die Primärkupplung zeitlich versetzt zum Betätigungsbeginn der Pumpenradbremse geöffnet wird, wodurch in der Phase einer vergleichsweise hohen Fahrzeuggeschwindigkeit die Bremskraft des Motors kurzzeitig zur Abbremsung des Fahrzeugs nutzbar ist.

Sofern aus Bauraummangel im oder am Drehmomentwandler eine sinnvoll große Pumpenradbremse nicht platzierbar ist, kann gemäß einer anderen Variante der Erfindung während des Bremsbetriebes der Pumpenradbremse auch durch eine Betriebsbremse, eine Park- und Hilfsbremse oder eine gesondert dafür vorgesehene Reibbremse eine den Abbremsvorgang zusätzliche unterstützende Bremskraft erzeugt werden.

Gemäß einer anderen Variante kann die Pumpenradbremse und/oder eine der vorgenannten Unterstützungsbremsen derart gesteuert betrieben werden, dass diese hinsichtlich der Gesamtbremswirkung sowie der Verteilung der dabei anfallenden Wärmeenergie ohne zusätzliche Kühleinrichtungen auskommen.

Zudem kann es sinnvoll sein, dass während der Betriesphase mit geschlossener Pumpenradbremse und geöffneter Primärkupplung die Drehzahl des Antriebsmotors auf einen Wert deutlich oberhalb der Leerlaufdrehzahl desselben gehalten wird. Durch diese Maßnahme wird zwar auf ein wenig des Kraftstoffeinsparpotentials bewusst verzichtet, jedoch kann dadurch bei insgesamt reduziertem Kraftstoffeinsatz ein schnelles Anfahren des Fahrzeugs nach dem Ende dieser Betriebsphase ermöglicht werden.

Außerdem betrifft die Erfindung eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler, umfassend ein Pumpenrad, ein Turbinenrad und ein Leitrad, bei dem das Pumpenrad über eine Primärkupplung mit einer Eingangswelle und über eine Pumpenradbremse mit einem drehfesten Teil verbindbar ist, bei dem das Turbinenrad mit einer Abtriebswelle in Verbindung steht, und bei dem das Leitrad auf einer als Hohlwelle ausgebildeten und unverdrehbar angeordneten Leitradstützwelle abgestützt ist. Für einen kraftstoffsparenden Betrieb ist diese Antriebseinrichtung so aufgebaut, dass sowohl die Primärkupplung als auch die Pumpenradbremse außerhalb des Gehäuses des Drehmomentwandlers angeordnet sind.

Eine derart betriebene und ausgebildete Antriebseinrichtung ermöglicht einen geringeren Kraftstoffverbrauch als bei bekannten Lösungen, da der Antriebsmotor weniger Energie an den Drehmomentwandler abgeben muss. Dies ist insbesondere bei denjenigen Fahrzeugen vorteilhaft, bei denen häufig und unter Last reversiert wird. Zu solchen Fahrzeugen gehören Baufahrzeuge oder Baumaschinen wie Radlader, Baggerlader, Telehandler, Dumper, Zugmaschinen und auch Stapler. Aber auch bei landwirtschaftlichen oder forstwirtschaftlichen Maschinen ist die Nutzung der Erfindung aus dem genannten Grund vorteilhaft.

Zudem weist diese Antriebseinrichtung den Vorteil auf, dass wegen der Anordnung von Primärkupplung und Pumpenradbremse außerhalb des Drehmomentwandlers diese nicht im Wandleröl betrieben werden, wodurch sich insbesondere im geöffneten Zustand keine Antriebsenergie in Wärme umwandelnden Planschverluste ergeben.

Gemäß einer gesonderten Ausführungsform der Erfindung ist die Pumpenradbremse als ein gesonderter hydromechanischer Retarder ausgebildet, welche ggf. fern von dem Drehmomentwandler angeordnet ist, jedoch bremsend auf das Pumpenrad des Wandlers einwirken kann.

In weiterer Ausgestaltung dieser Antriebseinrichtung kann vorgesehen sein, dass an der Eingangswelle des Wandlers ein Abtrieb ausgebildet ist, mit dem eine Getriebeölpumpe sowie hydraulische Nebenaggregate des Fahrzeugs antreibbar sind. Es ist aber auch möglich, dass der Abtrieb für die Getriebeölpumpe über einen Wandlergehäusehals erfolgt, welcher fern von der Wandlereingaswelle am Wandlergehäuse ausgebildet ist.

Zudem ist es bei dieser Antriebsanordnung sinnvoll, wenn das Wandlergehäuse drehfest angeordnet und beispielsweise mit einem Getriebegehäuse verbunden ist.

Hinsichtlich der Betätigungsaktuatoren für die Primärkupplung und die Pumpenbremse wird es als vorteilhaft eingeschätzt, wenn der Betätigungskolben zur Betätigung der Primärkupplung auf der Eingangsseite derselben axialverschieblich gelagert ist. Zudem kann vorgesehen sein, dass ein Betätigungskolben zur Betätigung der Pumpenradbremse auf einem nicht drehenden Bauteil axialverschieblich gelagert ist.

Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt.
In dieser zeigt
1 eine schematische Darstellung eines Drehmomentwandlers, bei dem die Primärkupplung und die Pumpenradbremse außerhalb eines feststehenden Wandlergehäuses angeordnet sind, und
2 eine Darstellung wie in 1, bei der die Primärkupplung und die Pumpenradbremse innerhalb eines drehbaren Wandlergehäuses untergebracht sind.
Wie diesen beiden Figuren entnommen werden kann, ist ein hydrodynamischer Drehmomentwandler im Bereich eines Getriebegehäuses 1 angeordnet. Der Drehmomentwandler 2 umfasst im wesentlichen ein drehfest angeordnetes Wandlergehäuse 15 (1) bzw. ein drehbar gelagertes Wandlergehäuse 17 (2), in dem ein Pumpenrad 3, ein Turbinenrad 4 und ein Leitrad 5 untergebracht sind. Während das Pumpenrad 3 mit der Eingangswelle 13 über eine Primärkupplung 7 und über eine Pumpenradbremse 9 mit einem drehfesten Bauteil, hier das Getriebegehäuse 1, verbindbar ist, ist zum Abtrieb aus dem Drehmomentwandler 2 das Turbinenrad 4 mit einer Abtriebswelle 14 drehfest verbunden. Das Leitrad 5 stützt sich auf einer als Hohlwelle ausgebildeten und drehfest am Getriebegehäuse 1 befestigten Leitradstützwelle 6 ab, durch die die Abtriebswelle 14 koaxial geführt ist. In der Variante gemäß 1 ist das Pumpenrad 3 zudem mittels eines Lagerabschnittes 16 auf der Leitradstützwelle 6 drehbar gelagert, während im Ausführungsbeispiel gemäß 2 das Wandlergehäuse 17 auf dieser Leitradstützwelle 6 drehgelagert ist.
Zudem zeigt 1, dass an der Eingangsseite des Drehmomentwandlers 2 ein Abtrieb 11 zum Antrieb von Nebenaggregaten des Fahrzeugs sowie von einer Getriebeölpumpe vorgesehen ist. Dieser Abtrieb erfolgt hier koaxial innerhalb der Leitradstützwelle 6.
Gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsform der Antriebseinrichtung wird der Abtrieb für die Getriebeölpumpe durch einen antriebswellenfernen Hals 12 am Wandlergehäuse 17 gebildet, während der Abtrieb 11 im Bereich der Eingangswelle 13 zum Antrieb der beispielsweise hydraulischen Nebenaggregate vorgesehen ist.
Der zur Pumpenradbremse 9 gehörige Betätigungskolben 10 ist drehfest und axialverschiebbar an dem festliegenden Wandlergehäuse 15 gelagert (1) bzw. drehfest und axialverschiebbar an der Leitradstützwelle 6 angeordnet (2), während der Betätigungskolben 8 für die Primärkupplung 7 mit der Eingangsseite der Primärkupplung 7 axialbewegbar verbunden ist und demnach mit der Drehzahl der Antriebswelle 13 mitdreht.
Von besonderer Bedeutung für einen besonders günstigen Betrieb der Antriebseinrichtung gemäß 1 ist nun, dass sowohl die Primärkupplung 7 als auch die Pumpenradbremse 9 außerhalb des Gehäuses 15 des Drehmo mentwandlers 2 angeordnet sind. Zweckmäßigerweise befinden sich diese dabei im Bereich des Turbinenrades 4 bzw. im Bereich der Eingangswelle 13. Zudem sind dabei die Primärkupplung 7 und die Pumpenradbremse 9 zu einer Baueinheit zusammengefasst, so dass hierdurch eine insgesamt axial sehr kurz bauende Antriebseinrichtung geschaffen ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Antriebseinrichtung ist vorgesehen, dass die Pumpenradbremse als gesonderter hydromechanischer Retarder ausgebildet ist, der zwar bremsend auf das Pumpenrad 3 einwirken kann, jedoch nicht direkt an dem Wandlergehäuse 15 bzw. an der Primärkupplung 7 angeordnet ist.
Nachfolgend wird der Betrieb dieser Antriebseinrichtung mit Pumpenradbremse bzw. hydrodynamischen Retarder geschildert:
Ein mit dieser Antriebseinrichtung ausgestattetes Fahrzeug, beispielsweise ein Radlader, fährt zunächst in Vorwärtsrichtung mit einer Geschwindigkeit, die gleich oder niedriger ist als eine vorbestimmt maximal zulässigen Reversiergeschwindigkeit. Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs wird dazu von einer Steuerungseinrichtung mittels geeigneter Sensoren erfasst und mit der dort abgespeicherten maximal zulässigen Reversiergeschwindigkeit verglichen.
Sobald von einem beispielsweise an einem Getriebeschalthebel angeordneten Sensor dem Steuerungsgerät mitgeteilt wird, dass der Fahrzeugführer einen Wechsel in die andere Fahrtrichtung z. B. von Vorwärtsfahrt nach Rückwärtsfahrt wünscht, werden die Primärkupplung 7 und die Pumpenradbremse 9 von der Steuereinrichtung gezielt aktiviert.
Zur Durchführung des gewünschten Reversiervorgangs wird die Pumpenradbremse 9 geschlossen und gleichzeitig bzw. zeitlich in engem Rahmen versetzt die Primärkupplung 7 geöffnet. Dadurch kann der Antriebsmotor des Fahrzeugs keine Energie mehr in den Drehmomentwandler 2 bzw. in das Getriebe 1 einbringen und geht in einen kraftstoffsparenden Betriebszustand über.
Dabei kann die Motordrehzahl gemäß einer ersten Variante auf einem vergleichsweise hohen Wert gehalten werden, um beim Traktionsbeginn schnell wieder bereit zu sein, dem Drehmomentwandler 2 über das dann wieder gelöste Pumpenrad 3 ein Drehmoment zuzuführen.
In einer zweiten und hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs günstigen Variante ist dagegen vorgesehen, dass der Antriebsmotor auf eine niedrigere Drehzahl abgesenkt wird, die beispielsweise der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine sein kann.
Die Verzögerung des Fahrzeugs erfolgt in dieser Betriebsphase über das Pumpenbremsmoment. Wahlweise kann ein zusätzliches Bremsmoment mittels einer Fahrzeugbetriebsbremse, eine Park- und Hilfsbremse oder mit einer eigens hierfür vorgesehene Bremse erzeugt werden, welches abgestimmt mit dem Bremsmoment der Pumpenradbremse 9 zum Abbremsen des Fahrzeugs genutzt wird. Dieses Vorgehen ist besonders dann sinnvoll, wenn das zusätzliche Bremsmoment und damit die Bremsenergie unterhalb eines kritischen Grenzwertes eingeregelt werden kann, unterhalb dessen keine zusätzlichen Kühlmaßnahmen für die Bremsen notwendig sind.
Die nächste Betriebsphase kann bedarfsweise entfallen. In diesem Fall geht der Betriebszustand des Fahrzeuges direkt zum Traktionsbetrieb über.
Sofern dies nicht der Fall ist, beginnt die nächste Betriebsphase unmittelbar bevor das Fahrzeug zum Stillstand kommt. Diese Phase beginnt damit, dass der Antriebsmotor auf eine derart hohe Drehzahl gebracht wird, bei wel cher dieser ein gewisses Turbinendrehmoment erzeugen kann. Danach wird die Primärkupplung 7 geschlossen und die Pumpenradbremse 9 bzw. der Retarder abgeschaltet. Nun bremst das Fahrzeug weiter ab; allerdings wird dazu Motorleistung benötigt. Um dennoch eine möglichst hohe Kraftstoffeinsparung zu erzielen, ist es zweckmäßig, diesen Zustand erst möglichst kurz vor dem Fahrzeugstillstand einzuleiten und somit die erstgenannte Betriebsphase möglichst lange aufrecht zu erhalten.
Der Zweck der zweiten Betriebsphase besteht darin, beim Erreichen des Fahrzeugstillstandes bereits alle notwendigen Bedingungen für die Beschleunigungsphase in die andere Fahrtrichtung eingestellt zu haben. Der Fahrzeugführer wird daher den Reversiervorgang des Fahrzeugs kaum von einem Reversiervorgang mit einem heute üblichen Fahrzeug unterscheiden können und dennoch Kraftstoff einsparen.
Alternativ zur Nutzung der eigens hierfür vorgesehenen Pumpenradbremse 9 kann der Drehmomentwandler 2, wie nachfolgend beschrieben und in 2 gezeigt, gleichzeitig auch als Retarder verwendet werden. Der Ablauf des Reversierens läuft in gleicher Weise wie vorstehend beschrieben ab.
Während des Abbremsvorganges wird das Pumpenrad 3 von der Antriebswelle 13 mittels der Primärkupplung 7 entkoppelt. Der Antriebsmotor gibt daher keine Leistung mehr an den Drehmomentwandler 2 ab. Das Pumpenrad 3 wird gleichzeitig über die Pumpenradbremse 9 abgebremst. Diese Pumpenradbremse 9 kann das Pumpenrad 3 dabei verschieden stark abbremsen. Mit der Drehzahldifferenz zum Turbinenrad 4 lässt sich das Bremsmoment einstellen. Bei maximaler Bremsung steht das Pumpenrad 3 still.
Das Turbinenrad 4, das über das Getriebe 1 sowie die Fahrzeugachsen mit den Rädern des Fahrzeugs verbunden ist, dreht weiter solange das Fahr zeug noch fährt. In diesem Betriebszustand wirkt das Turbinenrad 4 wie ein Pumpenrad. Der Ölstrom im Drehmomentwandler 2 wird nun seine Drehrichtung ändern, wobei das gebremste Pumpenrad 3 das Drehmoment abstützt. Der Drehmomentwandler 2 funktioniert in diesem Zustand als hydrodynamische Bremse.
Das Getriebe 1 kann auch in einen höheren Gang geschaltet werden, wodurch sich die Drehzahl des Turbinenrades 4 erhöht. Dies ist dann zweckmäßig, wenn bei der kleineren Übersetzung im höheren Gang aber erhöhter Turbinendrehzahl am Getriebeabtrieb ein größeres Bremsmoment erzeugt werden soll.
Ebenfalls von Vorteil ist, wenn dieser Zustand nicht bis zum Fahrzeugstillstand beibehalten wird. Wenn die Pumpenradbremse 9 kurz vor dem Stillstand des Fahrzeugs wieder gelöst und die Primärkupplung 7 geschlossen wird, kann der kritische Übergang durch den Nullpunkt der Fahrzeugbewegung wie bisher ablaufen, d.h. die Pumpenradbremse 9 stützt sich am Antriebsmotor ab. Dazu kann die Motordrehzahl während des gesamten Abbremsvorgangs hoch gehalten werden, wenngleich dabei auch das Motordrehmoment durch die geöffnete Primärkupplung 7 niedrig bleibt. Dadurch wird wertvolle Zeit gespart, die ansonsten nötig wäre, um den Antriebsmotor wieder in den notwendigen Betriebsablauf zu bringen.
Mit der erhöhten Motordrehzahl ergibt sich zudem eine erhöhte Fördermenge der Getriebeölpumpe und damit ein erhöhter Ölfluss durch den Drehmomentwandler. Damit kann die im Bremsbetrieb des Drehmomentwandlers auftretende Wärmeenergie gut abgeführt werden.
Bei Fahrzeugen, die heute mit einem Drehmomentwandler und einer Retarder ausgerüstet sind, kann dieser Retarder eingespart werden, da ein erfin dungsgemäß ausgerüsteter und betriebener Drehmomentwandler gleichzeitig auch als Retarder verwendet werden kann. Dadurch können Herstellkosten ebenso wie Bauraum und Gewicht eingespart werden.
Bei Fahrzeugen mit sehr hohem Fahranteil bei hohen Geschwindigkeiten wird heutzutage bevorzugt eine Wandlerüberbrückungskupplung am Drehmomentwandler genutzt, während für den Bremsbetrieb dann ein separater hydrodynamischer Retarder notwendig ist. Mit der hier gezeigten technischen Lösung könnte auf den genannten Retarder verzichtet werden, wenn im bzw. am Drehmomentwandler eine Primärkupplung, eine Wandlerüberbrückungskupplung und eine Bremse für das Pumpenrad angeordnet ist.

1: Getriebegehäuse
2: Drehmomentwandler
3: Pumpenrad
4: Turbinenrad
5: Leitrad
6: Leitradstützwelle
7: Primärkupplung
8: Betätigungskolben
9: Pumpenradbremse; Retarder
10: Betätigungskolben
11: Abgriffstelle
12: Wandlergehäusehals
13: Eingangswelle
14: Ausgangswelle
15: Wandlergehäuse, drehfest
16: Lagerabschnitt des Pumpenrades
17: Wandlergehäuse, drehbar

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Kupplung und einer Bremse an einem hydrodynamischen Drehmomentwandler zur Durchführung eines Wechsels von Vorwärts- und Rückwärtsfahrt (Reversiervorgang) eines Kraftfahrzeuges, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) Feststellen, ob der Wunsch zur Fahrtrichtungsumkehr vorliegt. b) Wenn dieser Wunsch vorliegt, Feststellen, ob die Fahrgeschwindigkeit gleich oder niedriger ist als eine vorbestimmte Reversiergeschwindigkeit. c) Wenn Frage (b) positiv beantwortet wird, Schließen einer Pumpenradbremse und Öffnen einer Primärkupplung zwischen einem Pumpenrad und einer Antriebswelle eines Antriebsmotors sowie Abbremsen des Fahrzeugs mit Hilfe der Pumpenradbremse. d) Absenken der Drehzahl des Antriebsmotors zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs. e) Kurz bevor das Fahrzeug stillsteht, Anheben der Drehzahl des Antriebsmotors derart, dass ein vergleichsweise geringes Turbinendrehmoment erzeugbar ist. f) Öffnen der Pumpenradbremse und Schließen der Primärkupplung. g) Weiteres Abbremsen des Fahrzeugs über ein vom Antriebsmotor aufgebrachtes Bremsmoment, bis das Fahrzeug stillsteht. h) Anheben der Drehzahl des Antriebsmotors zur Realisierung der Fahrt in entgegengesetzter Fahrtrichtung.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die getriebeseitig notwendigen Maßnahmen zum Wechsel von einer Fahrtrichtung in die entgegengesetzte Fahrtrichtung in einem Zeitraum stattfinden, der zwischen oder zeitlich parallel zu den Verfahrenschritten (d) und (e) oder (e) und (f) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (c) die Primärkupplung zeitlich versetzt zur Betätigung der Pumpenradbremse geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Betriebsbremse, eine Park- und Hilfsbremse oder eine gesondert dafür vorgesehene Reibbremse (Unterstützungsbremsen) eine zusätzliche Bremskraft erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenradbremse und/oder eine der Unterstützungsbremsen derart hinsichtlich der Gesamtbremswirkung sowie der Verteilung der dabei anfallenden Wärmeenergie gesteuert betrieben, dass keine zusätzlichen Kühleinrichtungen benötigt werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Betriesphase mit geschlossener Pumpenradbremse und geöffneter Primärkupplung die Drehzahl des Antriebsmotors auf einen Wert gehalten wird, der eines schnelles Anfahren des Fahrzeugs nach dem Ende dieser Betriebsphase ermöglicht.
Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler (2), umfassend ein Pumpenrad (3), ein Turbinenrad (4) und ein Leitrad (5), bei dem das Pumpenrad (3) über eine Primärkupplung (7) mit einer Eingangswelle (13) und über eine Pumpenradbremse (9) mit einem nicht drehbaren Bauteil (1) verbindbar ist, bei dem das Turbinenrad (4) mit einer Abtriebswelle (14) in Verbindung steht, und bei dem das Leitrad (5) auf einer als Hohlwelle ausgebildeten sowie drehfest angeordneten Leitradstützwelle (6) abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Primärkupplung (7) als auch die Pumpenradbremse (9) außerhalb des Gehäuses (15) des Drehmomentwandlers (2) angeordnet sind.
Antriebsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärkupplung (7) und die Pumpenradbremse (9) als eine Baueinheit ausgebildet sind.
Antriebsanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenradbremse (9) als gesonderter hydromechanischer Retarder ausgebildet ist.
Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Eingangswelle (13) ein Abtrieb (11) ausgebildet ist, mit dem eine Getriebeölpumpe sowie hydraulische Nebenaggregate des Fahrzeugs antreibbar sind.
Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandlergehäuse (15) drehfest mit einem Getriebegehäuse (1) verbunden ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass für den Antrieb der Getriebeölpumpe ein gesonderter Abtrieb an einem antriebswellenfernen Wandlergehäusehals (12) ausgebildet ist.
Antriebsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betätigungskolben (8) zur Betätigung der Primärkupplung (7) auf der Eingangsseite derselben axialverschieblich gelagert ist.
Antriebsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betätigungskolben (10) zur Betätigung der Pumpenradbremse (8) drehfest und axialverschieblich gelagert ist.