DE102006019782A1

DE102006019782A1 - Hydrodynamisches Anfahrelement für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102006019782A1
Application number: DE102006019782A
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Ing. Koppitz (Ba); Jürgen Dipl.-Ing. Lang (FH); Klaus Dr.-Ing. Riedl; Heinz Schultz
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2007-10-31
Also published as: WO2007124844A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydrodynamisches Anfahrelement für ein Kraftfahrzeug. Bei herkömmlichen hydrodynamischen Kupplungen oder Wandlern besteht das Problem, dass bei zu geringer Momentübertragung zwischen Pumpen- und Turbinenrad über das Hydrauliköl das Turbinenrad eine entgegengesetzte Drehrichtung zum Pumpenrad aufweisen kann. Dies ist gleichbedeutend mit einem Rollen des Fahrzeugs entgegen der bestimmungsgemäßen Fahrtrichtung. Erfindungsgemäß wird das Problem dadurch gelöst, dass das Turbinenrad über einen Freilauf mit dem Getriebegehäuse koppelbar ist, so dass nur eine Drehrichtung des Turbinenrades in Bezug auf das Getriebegehäuse möglich ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydrodynamisches Anfahrelement für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie einen Antriebstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem derartigen hydrodynamischen Anfahrelement.
Gattungsgemäße hydrodynamische Anfahrelemente für Kraftfahrzeuge sind hinlänglich beispielsweise aus der DE 10 2004 024 004 A1 bekannt. Diese weisen ein Pumpenrad auf, welches mit einem Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs antriebsverbindbar ist und ein Turbinenrad, welches mit einer Eingangswelle eines Getriebes des Kraftfahrzeugs antriebsverbindbar ist.
Der Raum zwischen Pumpen- und Turbinenrad ist mit einer hydraulischen Flüssigkeit, in der Regel Hydrauliköl gefüllt. Bei Rotation des Pumpenrades wird das Hydrauliköl von Schaufeln des Pumpenrades bewegt und von der Zentrifugalkraft nach radial außen gedrückt. Dabei bewirkt die Form des Pumpenrades sowie die der Schaufeln, dass der Strom des Hydrauliköls auf Schaufeln des Turbinenrades gerichtet ist, wodurch dieses ebenfalls in Rotation versetzt wird.
Im Leerlaufbetrieb oder Stillstand des Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs ist das vom Pumpenrad auf das Turbinenrad übertragene Moment gering oder sogar Null. In besonderen Situationen kann das Moment sogar negativ sein. In dem Fall, dass das Kraftfahrzeug unerwünscht rückwärts rollt, reicht das vom Antriebsmotor über das Pumpenrad und das Hydrauliköl auf das Turbinerad abgegebene Moment nicht aus, um das Fahrzeug im Stillstand zu halten. Derartige Situationen treten insbesondere dann auf, wenn das Fahrzeug an einem Hang steht und während des Leerlaufs des Antriebsmotors eine Betriebs- oder Feststellbremse gelöst wird.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein hydrodynamisches Anfahrelement für ein Kraftfahrzeug anzugeben, welches ein verbessertes Anfahrverhalten bei Berganfahrt aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein hydrodynamisches Anfahrelement für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungemäße hydrodynamische Anfahrelement weist einen ersten Freilauf auf, mit dem das Turbinenrad derart mit einem Gehäuse des Getriebes koppelbar ist, dass nur eine Drehrichtung des Turbinenrades in Bezug auf das Getriebegehäuse möglich ist.
Dadurch wird erreicht, dass ein mit diesem erfindungemäßen hydrodynamischen Anfahrelement ausgestattetes Fahrzeug nicht entgegen seiner bestimmungsgemäßen Fahrtrichtung rollen kann. So wird etwa das Zurückrollen am Hang bei eingelegtem Vorwärtsgang dadurch verhindert, dass ein Zurückrollen in Form eines Rotierens der Getriebeeingangswelle entgegengesetzt zur bestimmungsgemäßen Rotationsrichtung verhindert wird, da das mit der Getriebeeingangswelle verbundene Turbinenrad entgegen der bestimmungsgemäßen Rotationsrichtung blockiert wird. Über diese Blockiereinrichtung wird eine so genannte Hill-holder-Funktion erreicht.
In einer Ausgestaltung der Erfindung entspricht die mögliche Drehrichtung des Turbinenrades derjenigen Drehrichtung des Pumpenrades, die das Pumpenrad aufweist, wenn es vom Antriebsmotor angetrieben wird. Dadurch wird gewährleistet, dass das Turbinenrad nur in die Drehrichtung rotieren kann, in der auch das mit dem Antriebsmotor verbundene Pumpenrad rotiert. Diese Drehrichtung ist – unabhängig ob ein Vorwärts- oder Rückwärtsgang im Getriebe eingelegt ist – stets dieselbe und ist konstruktiv durch die Drehrichtung des Antriebsmotors vorgegeben.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Rutschkupplung zwischen dem Turbinenrad und dem Freilauf angeordnet. Diese Rutschkupplung sichert das hydrodynamische Anfahrelement gegen mechanische Zerstörung und wird derart ausgelegt, dass eine Krafteinwirkung auf den Freilauf, die über das normale, durch das Fahrzeuggewicht hervorgerufene Maß an Hangabtriebskraft, hinausgeht, durch ein Durchrutschen der Rutschkupplung vom Freilauf zerstörungsfrei überstanden wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Turbinenrad über den Freilauf mit einer Statorwelle verbindbar, die an einem Gehäuse des Getriebes abgestützt ist. Eine derartige Statorwelle ist bei bekannten hydrodynamischen Anfahrelementen in Form von hydrodynamischen Wandlern bereits vorhanden, auf der, zwischen dem Pumpenrad und dem Turbinenrad angeordnet, ein Leitrad drehbar gelagert ist. Die Statorwelle ihrerseits ist am Gehäuse des Getriebes abgestützt. Somit ist es möglich, im Fall von Wandlern auf der vorhandenen Statorwelle neben einem zweiten Freilauf des Leitrades ebenfalls den ersten Freilauf des Turbinenrads abzustützen. Dabei ermöglicht der zweite Freilauf eine Drehrichtung des Leitrades entgegengesetzt der möglichen Drehrichtung des Freilaufs des Turbinenrades.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung weist das hydrodynamische Anfahrelement eine Kupplungseinrichtung auf, über die das Pumpenrad mit dem Turbinenrad koppelbar ist. Eine derartige Kupplungseinrichtung kann beispielsweise eine schaltbare oder automatisch arbeitende Kraftüberbrückungskupplung (KÜB) sein, mit der die Funktion des hydrodynamischen Anfahrelements überbrückt werden kann. Dadurch kann dessen Wirkungsgradnachteil gegenüber mechanischen Kupplungen verringert werden.
Das erfindungsgemäße hydrodynamische Anfahrelement kann zudem Anwendung in einem Antriebstrang eines Kraftfahrzeuges. Bei derart ausgestatteten Fahrzeugen lässt sich somit einfach und kostengünstig eine Hill-Holder-Funktion zur Vermeidung von ungewollten Rollbewegungen des Fahrzeugs entgegen der bestimmungsgemäßen Fahrtrichtung realisieren, wodurch komplexe Hill-Holder-Funktionen mittels aufwendiger Bremseingriffe und entsprechender Regelungslogik vermieden werden können.
Anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung werden zwei Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 einen Ausschnitt eines Querschnitts durch ein erfindungsgemäßes hydrodynamisches Anfahrelement in Form eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers und
2 einen Ausschnitt eines Querschnitts durch ein erfindungsgemäßes hydrodynamisches Anfahrelement in Form einer hydrodynamischen Kupplung.
In den Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Bauteile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Die 1 zeigt eine schematische Querschnittansicht eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers 1. Zur Bildung eines hydraulischen Arbeitskreises in einem Arbeitsraum mit einem hydraulischen Arbeitsmedium, beispielsweise einem Hydrauliköl, weist der Drehmomentwandler 1 ein Pumpenrad 2, ein Turbinenrad 3, ein Leitrad 4 und ein Gehäuse 5 auf.
Das Pumpenrad 2 wird über eine mit einem nicht dargestellten Antriebsmotor verbundene Antriebsverbindung 6 angetrieben, wobei das Gehäuse 5 antriebsfest sowohl mit der Antriebsverbindung 6 als auch mit dem Pumpenrad 2 verbunden ist.
Das Leitrad 4 ist über einen Leitradträger 41 mit einer auf einer Statorwelle 18 sitzenden ersten Freilaufkupplung 42 verbunden. Dazu ist der Leitradträger 41 über eine Innenverzahnung mit einem Außenring 43 der Freilaufkupplung 42 antriebsverbunden. Ein Innenring 44 der Freilaufkupplung 42 ist mittels einer Verzahnung mit der Statorwelle 18 verbunden. Zwischen Innenring 44 und Außenring 43 sind Klemmkörper, beispielsweise Kugeln oder Zylinderrollen angeordnet, die eine Relativdrehung von Innenring zu Außenring in einer Drehrichtung zulassen und in der entgegengesetzten Drehrichtung verhindern.
Das Turbinenrad 3 ist über einen Turbinenradträger 31 einerseits mittels einer Verzahnung antriebsfest mit der Abtriebswelle 19 verbunden, die mit einer nicht dargestellten Getrie beeingangswelle verbunden ist bzw. selbst ein Teil dieser Getriebeeingangswelle darstellt. Andererseits ist das Turbinenrad 3 über den Turbinenradträger 31 mit einer auf der Statorwelle 18 sitzenden zweiten Freilaufkupplung 32 verbunden. Dazu ist der Turbinenradträger 31 über eine Innenverzahnung mit einem Außenring 33 der Freilaufkupplung 32 antriebsverbunden. Ein Innenring 34 der Freilaufkupplung 32 ist mittels einer Verzahnung mit der Statorwelle 18 verbunden. Zwischen Innenring 34 und Außenring 33 befinden sich ebenfalls Klemmkörper wie in der ersten Freilaufkupplung 42 des Leitrades 4.
Der hydraulische Arbeitskreis kann durch eine das Pumpenrad 2 bzw. das Gehäuse 5 und das Turbinenrad 3 koppelnde schaltbare Wandlerüberbrückungskupplung 7 mit zugehörigen Befestigungselementen 8, 9 (Innenlamellenträger 8 mit zugehörigem Befestigungsflansch und Außenlamellenträger 9 mit zugehörigem Befestigungsflansch) überbrückt werden, indem eine Druckkammer 10 mit Hydrauliköl befüllt wird, dadurch ein auf einer Nabe 36 sitzender Radialkolben 11 mit Druck beaufschlagt wird und demzufolge Innenlamellen 12 und Außenlamellen 13 der Wandlerüberbrückungskupplung reibschlüssig zusammen gepresst werden.
Die beiden Freilaufkupplungen 32 und 42 sind derart ausgebildet, dass sich das Turbinenrad 3 und das Leitrad 4 in entgegengesetzter Richtung drehen können.
Die 2 zeigt eine schematische Querschnittansicht einer hydrodynamischen Kupplung 101. Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Drehmomentwandler 1 weist die hydrodynamischen Kupplung 101 kein Leitrad 4 und somit auch keinen Leitradträger 41 sowie die dazu gehörende Freilaufkupplung 42 auf. Sowohl die Schaufeln des Pumpenrades 2 als auch die Schaufeln des Turbinenrades 3 sind gegenüber der in 1 dargestellten Wandlerausführungsform größer.
Der Turbinenradträger 31 ist über eine Verzahnung mit einem Außenring der Freilaufkupplung 32 verbunden, der Innenring der Freilaufkupplung 32 ist über eine Verzahnung mit der Statorwelle 18 verbunden, die am nicht weiter dargestellten Gehäuse eines Getriebes abgestützt ist.

Claims

Hydrodynamisches Anfahrelement für ein Kraftfahrzeug mit: – einem Pumpenrad (2), welches mit einem Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs antriebsverbindbar ist und – einem Turbinenrad (3), welches mit einer Eingangswelle eines Getriebes des Kraftfahrzeugs antriebsverbindbar ist, gekennzeichnet durch einen ersten Freilauf (32), mit dem das Turbinenrad (3) derart mit einem Gehäuse des Getriebes koppelbar ist, dass nur eine Drehrichtung des Turbinenrades (3) in Bezug auf das Getriebegehäuse möglich ist.
Hydrodynamisches Anfahrelement nach Anspruch 1, wobei die mögliche Drehrichtung des Turbinenrades (3) derjenigen Drehrichtung des Pumpenrades (2) entspricht, die das Pumpenrad (2) aufweist, wenn es vom Antriebsmotor angetrieben wird.
Hydrodynamisches Anfahrelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Rutschkupplung zwischen Turbinenrad (3) und erstem Freilauf (32) angeordnet ist.
Hydrodynamisches Anfahrelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Turbinenrad (3) mittels des Freilaufs (32) mit einer Statorwelle (18) verbindbar ist, die an einem Gehäuse des Getriebes abgestützt ist.
Hydrodynamisches Anfahrelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein zwischen dem Pumpenrad (2) und dem Turbinenrad (3) angeordnetes Leitrad (4), das auf einer Statorwelle (18) drehbar lagerbar ist, die am einem Gehäuse des Getriebes abgestützt ist.
Hydrodynamisches Anfahrelement nach Anspruch 5, wobei das Leitrad (4) mittels eines zweiten Freilaufs (42) mit der Statorwelle (18) koppelbar ist.
Hydrodynamisches Anfahrelement nach Anspruch 6, wobei der zweite Freilauf (42) eine Drehrichtung des Leitrades (4) entgegengesetzt der möglichen Drehrichtung des Freilaufs (32) des Turbinenrades (3) ermöglicht.
Hydrodynamisches Anfahrelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kupplungseinrichtung (7), über die das Pumpenrad (2) mit dem Turbinenrad (3) koppelbar ist.
Antriebstrang eines Kraftfahrzeuges mit einem hydrodynamischen Anfahrelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche.