DE102007053970A1

DE102007053970A1 - Kraftübertragungsvorrichtung, Antriebsstrang mit Kraftübertragungsvorrichtung und Verfahren zur Steuerung der Betriebsweise einer Kraftübertragungsvorrichtung in einem Antriebsstrang

Info

Publication number: DE102007053970A1
Application number: DE102007053970A
Authority: DE
Inventors: Gregory Wooster Heeke
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-11-29
Filing date: 2007-11-13
Publication date: 2008-06-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftübertragungsvorrichtung mit einem Eingang und einem Ausgang, einer zwischen Eingang und Ausgang angeordneten hydrodynamischen Komponente, umfassend zumindest ein Primärrad und ein Sekundärrad, und eine Einrichtung zur Überbrückung der Leistungsübertragung über die hydrodynamische Komponente sowie eine Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen. Die Erfindung betrifft ferner einen Antriebsstrang mit einer derartigen Kraftübertragungsvorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung der Betriebsweise einer Kraftübertragungsvorrichtung in einem Antriebsstrang, umfassend eine erste Antriebsmaschine und eine zumindest als Generator betreibbare elektrische Maschine. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Turbinenrad und dem Ausgang eine schaltbare Kupplungseinrichtung zur Entkoppelung des Turbinenrades vom Ausgang vorgesehen ist und diese parallel zur Überbrückungskupplung angeordnet ist. Beim Bremsen mittels der elektrischen Maschine werden die Überbrückungskupplung und die Turbinenkupplung deaktiviert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftübertragungsvorrichtung mit einem Eingang und einem Ausgang, einer zwischen Eingang und Ausgang angeordneten hydrodynamischen Komponente, umfassend zumindest ein Primärrad und ein Sekundärrad, und eine Einrichtung zur Überbrückung der Leistungsübertragung über die hydrodynamische Komponente sowie eine Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen. Die Erfindung betrifft ferner einen Antriebsstrang mit einer derartigen Kraftübertragungsvorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung der Betriebsweise einer Kraftübertragungsvorrichtung in einem Antriebsstrang, umfassend eine erste Antriebsmaschine und eine zumindest als Generator betreibbare elektrischen Maschine.
Kraftübertragungsvorrichtungen, welche zwischen einer Antriebsmaschine und einer Getriebebaueinheit angeordnet sind, sind in einer Vielzahl von Ausführungen aus dem Stand der Technik bekannt. Diese umfassen in der Regel einen Eingang und zumindest einen Ausgang, wobei der Eingang wenigstens mittelbar, das heißt direkt oder über weitere Übertragungselemente mit einer Antriebsmaschine, in der Regel einer Verbrennungskraftmaschine koppelbar ist und mindestens einen Ausgang, der mit einer der Kraftübertragungsvorrichtung nachgeordneten Getriebebaueinheit, in der Regel einem Wechselgetriebe, gekoppelt ist. Zwischen dem Eingang und dem Ausgang ist eine hydrodynamische Komponente, vorzugsweise in Form eines hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandlers angeordnet. Dieser umfasst zumindest ein Pumpenrad und ein Turbinenrad sowie mindestens ein Leitrad. Zur Umgehung der hydrodynamischen Leistungsübertragung ist eine Einrichtung vorgesehen, welche auch als Überbrückungskupplung bezeichnet wird. Diese umfasst einen ersten Kupplungsteil und einen zweiten Kupplungsteil, die wenigstens mittelbar miteinander in Wirkverbindung bringbar sind. Die Überbrückungskupplung dient dabei der Kopplung zwischen dem Eingang oder der Verbindung zwischen dem Eingang und dem Pumpenrad und dem Turbinenrad. Die Aktivierung oder Deaktivierung erfolgt über eine Stelleinrichtung, welche im einfachsten Fall in Form eines mittels Druckmittel betätigbaren Kolbenelementes ausgeführt ist. Je nach Ausführung ist der hydrodynamische Drehzahl-/Drehmomentwandler beziehungsweise die gesamte Kraftübertragungsvorrichtung als Zweikanal- oder Dreikanaleinheit ausgeführt. Bei Ausbildung in Dreikanalbauweise wird dabei die Stelleinrichtung für die Überbrückungskupplung mit einem separat einstellbaren Druck beaufschlagt. Der hydrodynamische Drehzahl-/Drehmomentwandler wird je nach Vorliegen der Verhältnisse an den einzelnen, dem Arbeitsraum sowie dem vom Gehäuse und dem hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler umschlossenen Innenraum zugeordneten Anschlüssen entweder zentripetal oder zentrifugal durchflossen.
In Abhängigkeit der Kopplung der Anschlüsse mit einem Druckmittelversorgungssystem kann ein Kreislauf, der jedoch extern zum sich einstellenden Strömungskreislauf im hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler bei Betrieb ist, erzeugt werden. Dabei wird die Leistung in einem Betriebsbereich rein hydrodynamisch übertragen, indem der Kraftfluss zwischen dem Eingang und dem Ausgang über die hydrodynamische Komponente erfolgt. Das als Pumpenrad fungierende Primärrad ist direkt mit der Antriebsmaschine gekoppelt und das Turbinenrad mit dem Ausgang beziehungsweise dem Eingang eines nachgeordneten Wechselgetriebes. Um insbesondere beim Einsatz in Fahrzeugen die Nachteile hydrodynamischer Leistungsübertragung, die sich bei geforderten höheren Drehzahl-/Momenteinstellungen im Betriebskennfeld der Antriebsmaschine ergeben, prinzipbedingt 2–3% Schlupf und Kennungsschluss zu vermeiden, wird die Überbrückungskupplung aktiviert und die Leistung zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Kraftübertragungsvorrichtung mechanisch unter Umgehung des hydrodynamischen Leistungszweiges übertragen.
In Kombination mit Hybridantrieben, in welchen der Bremsvorgang vorzugsweise elektrisch erfolgt und bei Nutzung einer als Generator betreibbaren elektrischen Maschine die Bremsleistung gespeichert wird, wird bei Anordnung der elektrischen Maschine im Getriebe oder vor diesem, jedoch der Kraftübertragungsvorrichtung nachgeordnet, im Bremsbetrieb bei geöffneter Überbrückungskupplung immer noch ein Restmoment in das Getriebe eingetragen beziehungsweise die Antriebsmaschine geschleppt, so dass nicht die volle Bremsleistung als elektrische Leistung speicherbar ist.
Ferner kann im Leerlauf der Antriebsmaschine durch Öffnen der Überbrückungskupplung die Antriebsmaschine vom Ausgang getrennt werden, jedoch wird nach wie vor Drehmoment in die hydrodynamische Komponente eingeleitet, das aufgrund der Kopplung mit dem nachgeordneten Getriebe wiederum in dieses eingeleitet wird. Andererseits werden Drehmomentstöße von Seiten des Abtriebes in die hydrodynamische Komponente eingeleitet. Zur Entkopplung der Antriebsmaschine vom Getriebe ist daher entweder eine Leerlaufabschaltung im Getriebe vorgesehen, d.h. Unterbrechung des Kraftflusses im Leerlauf im Getriebe oder es ist eine Kupplungseinrichtung vorgesehen, die zur Entkopplung des Pumpenrades und damit zum Abkoppeln der Antriebsmaschine von einer der Kraftübertragungsvorrichtung nachgeordneten Getriebebaueinheit, wie in US 5,020,646 beschrieben, dient. Die Pumpenradkupplung wird dabei nur für diesen Betriebsbereich benötigt. Diese ist häufig auch in einem Bereich angeordnet, der dann zur Vergrößerung des erforderlichen Bauraumes in radialer oder axialer Richtung führt. Aufgrund der Trennmöglichkeit zwischen Pumpenrad und Antriebsmaschine, in der Regel zwischen Pumpenrad und Eingang der Kraftübertragungsvorrichtung, ist ein Gehäuse vorzusehen, dass die gesamte Einheit, insbesondere auch die Pumpenradschale um schließt. Die hydrodynamische Komponente bleibt jedoch bei Pumpenradabkoppelung der Getriebebaueinheit funktional zugeordnet, d.h. ist mit dieser gekoppelt, was insbesondere bei Trennung im Schubbetrieb zu Schleppverlusten führt. Eine Leerlaufabschaltung im Getriebe unterbricht zwar den Kraftfluss, jedoch ist die hydrodynamische Komponente nach wie vor mit der Antriebsmaschine gekoppelt, so dass zumindest bis zur Trennstelle ein Moment ins Getriebe eingeleitet wird, was sich in Schleppverlusten äußert.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kraftübertragungsvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die genannten Nachteile vermieden werden, insbesondere eine möglichst bauraumsparende Ausführung mit der Möglichkeit der Optimierung regenerativer Bremsvorgänge beim Einsatz in Antriebssträngen, insbesondere Hybridantrieben mit einer zumindest als Generator betreibbaren elektrischen Maschine sowie der Minimierung der Leerverluste bereitgestellt wird. Die erfindungsgemäße Lösung soll sich durch eine kurze Bauweise und geringe Bauteilanzahl auszeichnen.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 21 charakterisiert. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung eines Bremsvorganges in einem Antriebsstrang mit einer derartigen Kraftübertragungsvorrichtung ist in Anspruch 23 beschrieben. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Eine Kraftübertragungsvorrichtung umfasst einen Eingang und wenigstens einen Ausgang, wobei der Eingang wenigstens mittelbar mit einer Antriebsmaschine koppelbar ist und der wenigstens eine Ausgang mit einem Eingang einer nachgeordneten Übertragungseinheit, beispielsweise eines nachgeordneten Getriebes. Der Ausgang wird daher häufig auch direkt von der Getriebeeingangswelle gebildet. Zwischen Eingang und Ausgang ist eine hydrodynamische Komponente, umfassend zumindest ein als Pumpenrad fungierendes Primärrad und ein als Turbinenrad fungierendes Sekundärrad angeordnet, die einen mit Betriebsmittel befüllbaren beziehungsweise befüllten Arbeitsraum bilden, in welchem sich bei Leistungsübertragung über die hydrodynamische Komponente ein entsprechender Strömungskreislauf einstellt. Bei Ausbildung als hydrodynamischer Drehzahl-/Drehmomentwandler ist zumindest noch ein Leitrad vorgesehen, welches sich über einen Freilauf an einem ortsfesten Element oder einem rotierenden Element abstützt. Zur Umgehung der hydrodynamischen Leistungsübertragung ist der hydrodynamischen Komponente eine Einrichtung zur Umgehung der Leistungsübertragung über die hydrodynamische Komponente zugeordnet. Diese ist in der Regel als Überbrückungskupplung ausgeführt und umfasst zumindest einen ersten Kupplungsteil und einen zweiten Kupplungsteil, die miteinander in Wirkverbindung bringbar sind. Erfindungsgemäß ist eine Kupplungseinrichtung vorgesehen, die in Kraftflussrichtung, vom Eingang zum Ausgang betrachtet, dem Turbinenrad nachgeordnet ist und parallel zur Überbrückungskupplung. Diese Kupplungseinrichtung, welche auch als Turbinenradkupplung bezeichnet werden kann, dient dabei der Abkopplung der hydrodynamischen Komponente vom Ausgang beziehungsweise dem mit diesem koppelbaren restlichen Antriebsstrang von einer Antriebsmaschine. Bei gleichzeitiger Deaktivierung der Überbrückungskupplung kann die Kraftübertragungsvorrichtung vollständig aus dem Kraftfluss herausgenommen werden. Dadurch wird es möglich, dass Leerlaufverluste, bedingt durch das Mitschleppen von Elementen der hydrodynamischen Komponente und das Umwälzen von Strömungsmedium im Arbeitsraum, vermieden werden. Die Kupplungseinrichtung ist schaltbar. Aufgrund der Möglichkeit der wahlweisen Unterbrechung der Leistungsübertragung durch Schalten der Kupplungseinrichtung treibt das Pumpenrad noch die Turbine an, wobei das Leitrad mit umläuft, da Pumpenrad und Turbinenrad eine annähernd gleiche Drehzahl besitzen. Das Moment wird jedoch wegen der in diesem Betriebszustand geöffneten Kupplungseinrichtung nicht in das nachgeordnete Getriebe weitergeleitet. Ferner kann auch im Falle eines Bremsens kein Schleppmoment in die Antriebsmaschine mehr eingetragen werden.
Vorzugsweise ist die Kraftübertragungsvorrichtung frei von einer so genannten Pumpenradkupplung, das heißt einer Kupplung zwischen dem Eingang und dem Pumpenrad zur wahlweisen Kopplung oder Entkoppelung des Pumpenrades mit dem Eingang.
Vorteilhaft ist die Abschaltung der hydrodynamischen Komponente, welche dann aufgrund des Fehlens einer Abstützung kein Moment mehr überträgt. Je nach Anordnung und Betätigung kann die Kupplungseinrichtung die Funktion einer reinen Trennkupplung zum Trennen von Antriebsmaschine und Getriebe übernehmen. Die Kopplungsmöglichkeiten und das Fehlen einer Trennstelle in der Verbindung Pumpenrad und Eingang ermöglicht die Nutzung der Pumpenradschale als mitrotierendes Gehäuseteil, so dass auf ein separates Gehäuse, welches die Gesamteinheit umschließt, verzichtet werden kann.
Bei der hydrodynamischen Komponente handelt sich vorzugsweise um einen hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler, der in der Regel immer befüllt ist und somit auch bei nicht erfolgender hydrodynamischer Leistungsübertragung das Betriebsmittel über einen externen Kreislauf aus dem hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler und wieder zurück in den Arbeitsraum des hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandlers gefördert werden kann. Aufgrund der ständig vorliegenden Füllung, in der Regel Vollfüllung, wobei jedoch auch entsprechende Teilfüllungszustände denkbar sind, wird im Leerlaufbetrieb immer Betriebsmittel mit umgewälzt und führt zu entsprechenden Verlustleistungsanteilen. Durch die erfindungsgemäße Möglichkeit der Abkopplung der hydrodynamischen Komponente vollstän dig von einem der Kraftübertragungsvorrichtung nachgeordneten Abtrieb aufgrund der Anordnung hinter dem Turbinenrad können beim Abbremsen in Antriebssträngen mit Hybridantrieb, d.h. zusätzlicher elektrischer Maschine als alternative oder zusätzliche Antriebseinheit und Nutzung dieser im Generatorbetrieb als Bremseinrichtung Schleppverluste durch die Antriebsmaschine vermieden werden und die gesamte Bremsleistung vollständig über die als Generator betreibbare elektrische Maschine erzeugt und in elektrische Energie umgewandelt in einer Energiespeichereinrichtung gespeichert werden. Ferner können mit dieser Ausführung im Leerlauf Momenteneinträge in der, der Kraftübertragungsvorrichtung nachgeordneten Getriebeeinheit vermieden werden.
Beide Kupplungseinrichtungen – Einrichtung zur Überbrückung und Turbinenradkupplung – sind in Reihe schaltbar oder parallel. Die Betätigung dieser kann separat steuerbar oder für zumindest wenigstens einen Betriebszustand zwangsgekoppelt erfolgen. Je nach Anordnung, Ankoppelung und Betätigung der einzelnen Kupplungseinrichtungen kann die Kraftübertragungsvorrichtung unterschiedliche Funktionen ausführen. Der Vorteil besteht darin, dass im Traktionsbetrieb bei geschlossener Überbrückungskupplung die Kupplungseinrichtung nicht betätigt sein muss. Diese ist daher nur auf das maximal über die hydrodynamische Komponente zu übertragende Moment auszulegen und kann entsprechend dimensioniert werden. Die erforderliche Kühlleistung für die Kupplungseinrichtung ist geringer.
Im Leerlauf- und Bremsbetrieb sind Überbrückungskupplung und die Kupplungseinrichtung geöffnet, wodurch eine Abschaltung der hydrodynamischen Komponente und vollständige Trennung einer mit dem Eingang der Kraftübertragungsvorrichtung gekoppelten Antriebsmaschine von einer dieser nachgeordneten Getriebeeinheit möglich ist.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung ist die Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen parallel zur Kupplungseinrichtung angeordnet und in Reihe mit der Überbrückungskupplung, wobei hier eine Anordnung entweder der Überbrückungskupplung vor oder nachgeordnet in Kraftflussrichtung betrachtet zwischen Eingang und Ausgang erfolgen kann. Diese Ausführung bietet den Vorteil, dass zumindest in den Betriebsbereichen, welche in der Regel dem Hauptarbeitsbereich des jeweiligen Anwendungsgebietes entsprechen und die frei von einer hydrodynamischen Leistungsübertragung sind, eine Schwingungsdämpfung in gewünschtem Maße gewährleistet ist, während bei Leistungsübertragung über die hydrodynamische Komponente die Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen zumindest noch als Tilger wirkt.
Bezüglich der konstruktiven Ausführung ist die erfindungsgemäße Lösung durch einen hohen Grad an Funktionskonzentration charakterisiert. Dabei umfasst gemäß einer ersten Ausführung die Einrichtung zur Umgehung des Leistungsflusses im hydrodynamischen Leistungszweig zumindest einen ersten Kupplungsteil und einen zweiten Kupplungsteil, die wenigstens mittelbar, d.h. direkt oder über weitere Übertragungselemente miteinander in Wirkverbindung bringbar sind. Erster Kupplungsteil und zweiter Kupplungsteil sind vorzugsweise als Scheibenelemente ausgeführt, wobei die Wirkverbindung über eine ansteuerbare Stelleinrichtung erzielt wird. Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsform wird zumindest einer der Kupplungsteile, vorzugsweise der erste Kupplungsteil, direkt vom Gehäuse gebildet. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird zusätzlich oder alternativ der zweite Kupplungsteil von der Stelleinrichtung, insbesondere dem Kolbenelement selbst ausgebildet. Dadurch ist eine in axialer Richtung sehr kurz bauende Überbrückungskupplung möglich. Ferner können aufgrund der möglichen Größen der zur Verfügung stehenden Flächenbereiche am Gehäuse die erforderlichen übertragbaren Momente lediglich mittels einer Reibflächenpaarung übertragen werden. Dazu werden die im Wesentlichen in axialer Richtung ausgerichteten Flächenbereiche am Gehäuse und Kolbenelement genutzt.
Eine weitere theoretisch mögliche Funktionskonzentration ist zwischen der Kupplungseinrichtung, insbesondere Überbrückungskupplung und der Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen möglich. Die Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen umfasst einen als Eingangsteil fungierenden Primärteil und einen als Ausgangsteil fungierenden Sekundärteil, die relativ zueinander begrenzt in Umfangsrichtung verdrehbar sind und koaxial zueinander angeordnet sind. Primärteil und Sekundärteil sind über Mittel zur Drehmomentübertragung und Mittel zur Dämpfungskopplung miteinander gekoppelt. Vorzugsweise werden die Mittel zur Drehmomentübertragung von den Mitteln zur Dämpfungskopplung gebildet. Im einfachsten Fall sind diese in Form von Federeinheiten ausgebildet.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung fungiert das Stellelement, insbesondere das Kolbenelement der Einrichtung zur Überbrückung des hydrodynamischen Leistungszweiges gleichzeitig als Primärteil. In diesem Fall ist der zweite Kupplungsteil der Überbrückungskupplung gleichzeitig Bestandteil des Primärteiles der Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen oder bildet diesen.
Die bisher genannten Kombinationsmöglichkeiten und Funktionskonzentrationen in den einzelnen Bauelementen können separat oder aber in Kombination miteinander angewandt werden.
Die schaltbare Kupplungseinrichtung ist zwischen dem Turbinenrad und dem Ausgang der Kraftübertragungsvorrichtung, insbesondere dem Sekundärteil angeordnet. Dabei erfolgt die Anbindung vorzugsweise derart, dass diese in räumlicher Hinsicht betrachtet in axialer Richtung im Bereich der Erstreckung der Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen angeordnet ist und ferner in radialer Richtung innerhalb dieser. Der Sekundärteil der Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen ist dabei entsprechend in radialer Richtung geformt, so dass dieser in axialer Richtung quasi eine topfförmige Aussparung aufweist, in der die schaltbare Kupplungseinrichtung integrierbar ist. Um die Stelleinrichtung der schaltbaren Kupplungseinrichtung mit Druckmittel beaufschlagen zu können, ist dieser ein Druckraum zugeordnet. Dieser wird vom Kolbenelement und dem Turbinenrad begrenzt. Dabei sind die einzelnen Kupplungsteile, vorzugsweise der erste Kupplungsteil, der mit dem Turbinenrad drehfest verbunden ist, stoffschlüssig mit dem Turbinenrad verbunden, so dass hier eine druck- und flüssigkeitsdichte Ausbildung des Druckraumes möglich ist.
Zur Betriebsmittelversorgung ist ein Betriebsmittelversorgungs- und/oder Führungssystem vorgesehen. Dieses kann verschiedenartig ausgeführt sein und umfasst im einfachsten Fall eine Betriebsmittelversorgungsquelle, die mit den in den einzelnen Druckräumen zur Betätigung der schaltbaren Kupplungseinrichtung, der Überbrückungskupplung und der hydrodynamischen Komponente vorgesehenen Anschlüssen verbunden ist.
Die Versorgung erfolgt vorzugsweise über die Ausbildung der Anschlusselemente als Hohlwellen, so dass hier die einzelnen Leitungen koaxial zueinander geführt werden können.
Bei allen Ausführungen sind der Überbrückungskupplung und der Kupplungseinrichtung entsprechende Stelleinrichtungen zugeordnet. Die Stelleinrichtungen sind im einfachsten Fall als Kolbenelemente ausgeführt. Diese werden bei Ausführung in Scheiben- beziehungsweise Lamellenbauweise an den miteinander in Wirkverbindung bringbaren Elementen wirksam. Dabei ist jede einzelne Stelleinrichtung vorzugsweise separat ansteuerbar. Die Ansteuerbarkeit wird durch die Ausgestaltung der Kraftübertragungsvorrichtung in Mehrkanalbauweise gewährleistet. Dazu ist zumindest ein erster Anschlusskanal vorgesehen, der wenigstens mittelbar mit dem mit Betriebsmittel befüllten Arbeitsraum gekoppelt ist, ein zweiter Anschluss, der mit dem Innenraum zwischen dem Außenumfang der hydrodynamischen Komponente und dem Innenumfang eines Gehäuses oder vorzugsweise einer so genannten Pumpenradschale, die drehfest mit dem Pumpenrad verbunden ist, gekoppelt ist. Der Druck in diesem Zwischenraum beaufschlagt die Stelleinrichtungen der Überbrückungskupplung und der Kupplungseinrichtung, insbesondere zum Schließen. Zum Lösen ist jeder der Stelleinrichtungen eine weitere mit Druckmittel beaufschlagbare Kammer zugeordnet, wobei die Anpresskraft der Stelleinrichtungen über die Druckdifferenz zwischen der jeweiligen mit Druckmittel beaufschlagbaren Kammer und dem Innenraum einstellbar ist. Die den Stelleinrichtungen zugeordneten mit Druckmittel beaufschlagbaren Kammern werden dabei von der Stelleinrichtung und der Wandung eines Anschlusselementes, insbesondere Ausgang der Kraftübertragungsvorrichtung und einem Element der Überbrückungskupplung, vorzugsweise dem ersten Kupplungsteil beziehungsweise Stelleinrichtung und Turbinenrad gebildet. Dazu ist die Stelleinrichtung, insbesondere das Kolbenelement, druck- und flüssigkeitsdicht an den Anschlusselementen geführt. Bei den Anschlusselementen für die mit Druckmittel beaufschlagbare Kammer der Überbrückungskupplung handelt es sich in der Regel um den Ausgang der Kraftübertragungsvorrichtung, insbesondere ein drehfest mit diesem gekoppeltes Element und einem anderen mit Relativdrehzahl zum Ausgang rotierbaren Element, in der Regel das Gehäuse. Dies gilt in Analogie für die Kupplungseinrichtung. Das Kolbenelement stützt sich vorzugsweise am Turbinenrad und einem Element der Kupplungseinrichtung in axialer Richtung verschiebbar und druck- und flüssigkeitsdicht ab. Die Kolbenelemente und die Anordnung der anderen Elemente der Kraftübertragungsvorrichtung können derart erfolgen, dass entweder die Betätigungsrichtung einander entgegengesetzt ist oder aber in der gleichen Richtung ausgerichtet ist. Die dadurch gebildeten Zwischenräume können mit einem Druckmittel beliebig beaufschlagt werden, vorzugsweise erfolgt die Beaufschlagung gesteuert.
Die Anordnung der Überbrückungskupplung, der Kupplungseinrichtung und der Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen erfolgt koaxial zueinander bzw. zu einer Rotationsachse der Kraftübertragungsvorrichtung und in axialer Richtung für zwei der Elemente vorzugsweise in einer Ebene oder geringfügig zueinander versetzt, wobei die Kupplungseinrichtung vorzugsweise auf einem geringeren Durchmesser angeordnet wird, wie die Überbrückungskupplung und beide Kupplungseinrichtungen in axialer Richtung mit Versatz zueinander angeordnet werden. Die Anordnung der Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen erfolgt vorzugsweise zwischen beiden Kupplungseinrichtungen, wobei die Kupplungseinrichtung zur Entkoppelung des Turbinenrades vorzugsweise innerhalb der axialen Erstreckung der Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:
1 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung den Grundaufbau und das Grundprinzip einer erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftübertragungsvorrichtung in einem Antriebsstrang mit regenerativer Bremsmöglichkeit;
2 verdeutlicht eine besonders vorteilhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Kraftübertragungsvorrichtung im Axialschnitt;
3 verdeutlicht anhand einer Explosionsdarstellung den Aufbau einer Kupplungseinrichtung zur Turbinenradabkopplung,
4 verdeutlicht anhand eines Signalflussbildes den Grundablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung einer derartigen Kraftübertragungsvorrichtung im Bremsbetrieb in einem Antriebsstrang mit Hybridantrieb.
Die 1 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung den Grundaufbau und das Grundprinzip einer erfindungsgemäß ausgeführten Kraftübertragungsvorrichtung 1 mit Turbinenradabkopplung für den Einsatz in Antriebssträngen 41, insbesondere Antriebssträngen von Fahrzeugen mit Hybridantrieb. Die Kraftübertragungsvorrichtung 1 weist zumindest einen Eingang 2 und einen Ausgang 3 auf. Der Eingang 2 ist dabei mit einer Antriebsmaschine 11 koppelbar, vorzugsweise in Form einer Verbrennungskraftmaschine. Der Ausgang 3 ist drehfest mit einer Getriebeeingangswelle 43 eines der Kraftübertragungsvorrichtung 1 nachgeordneten Getriebes 42 verbunden oder bildet die Getriebeeingangswelle. Zwischen Eingang 2 und Ausgang 3 ist eine hydrodynamische Komponente 4, vorzugsweise in Form eines hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandlers 5, angeordnet. Der hydrodynamische Drehzahl-/Drehmomentwandler 5 umfasst ein, im Traktionsbetrieb bei Leistungsübertragung beim Einsatz in Fahrzeugen vom Eingang 2 zur Getriebeeingangswelle beziehungsweise Ausgang 3 betrachtet, über die Kopplung mit dem Eingang 2 mit einer Antriebsmaschine 11 drehfest verbindbares und als Pumpenrad P fungierendes Primärschaufelrad und ein mit dem Ausgang 3 wenigstens mittelbar koppelbares und als Turbinenrad T fungierendes weiteres zweites Schaufelrad sowie mindestens ein Leitrad L. Der hydrodynamische Drehzahl-/Drehmomentwandler 5 dient dabei der gleichzeitigen Wandlung von Drehmoment und Drehzahl und ist in der Regel in allen Betriebszuständen mit Betriebsmittel befüllt. Die Leistungsübertragung über die hydrodynamische Komponente 4 erfolgt damit in einem ersten Betriebszustand über einen ersten Leistungszweig 6. Dieser wird auch als hydrodynamischer Leistungszweig bezeichnet. Zur Umgehung der Leistungsübertragung über die hydrodynamische Komponente 4 ist eine Einrichtung 7 zur Überbrückung der hydrodynamischen Komponente 4 vorgesehen. Diese ist als so genannte Überbrückungskupplung 8 ausgeführt und vorzugsweise als schaltbare reibschlüssige Kupplung in Scheibenbauweise, insbesondere Lamellenbauweise, ausgebildet. Diese dient der Umgehung des Leistungsflusses über die hydrodynamische Komponente 4 in einem zweiten Leistungszweig 9. Dazu ist die Überbrückungskupplung 8 zwischen dem Eingang 2 und dem Ausgang 3 angeordnet und koppelt diese wenigstens mittelbar miteinander.
Die Kraftübertragungsvorrichtung 1 ist in einem Antriebsstrang 41 zwischen einer Antriebsmaschine 11 und einem Getriebe 42, hier Getriebeeingangswelle 43, integrierbar. Diese ist dem Getriebe 42 vorgeschaltet, welches beispielsweise als Wechselgetriebe, insbesondere Schaltgetriebe, ausgeführt ist. Der Ausgang 3 der Kraftübertragungsvorrichtung 1 ist dazu mit dem Eingang 43 des Getriebes 42 verbindbar, vorzugsweise verbunden oder bildet diesen und damit die Getriebeeingangswelle. Um im Fall einer Anwendung in einem Hybridantrieb mit einer zumindest als Generator betreibbaren elektrischen Maschine EM, die vorzugsweise im Getriebe 42 oder auch zwischen Getriebe 42 und Kraftübertragungsvorrichtung 1 oder aber in der Kraftübertragungseinrichtung 1 an den Antriebsstrang 41 angekoppelt ist, wobei die elektrische Maschine EM koaxial oder exzentrisch, d.h. parallel angeordnet werden kann, eine Überlagerung des Bremsvorganges über die dann als Generator betreibbare elektrische Maschine EM durch ein von der Antriebsmaschine 11 abgegebenes Drehmoment oder aber ein Schleppen der Antriebsmaschine 11 zu vermeiden und die gesamte Bremsleistung über die elektrische Maschine EM zu erzeugen, ist eine Einrichtung zur Entkopplung des Turbinenrades T vom Antriebsstrang 41, insbesondere eine schaltbare Kupplungseinrichtung 10, zwischen der hydrodynamischen Komponente 4 und der Getriebeeingangswelle 43, insbesondere dem Ausgang 3, vorgesehen, insbesondere zwischen dem Turbinenrad T und dem Ausgang 3. Die Anordnung erfolgt dabei in Kraftflussrichtung vom Eingang 2 zum Ausgang 3 betrachtet dem Turbinenrad T nachgeordnet. Mit dieser Einrichtung beziehungsweise Ausführung der Kraftübertragungsvorrichtung 1 können unterschiedliche Funktionen realisiert werden, insbesondere je nach Schaltbarkeit der Überbrückungskupplung 8 und der schaltbaren Kupplungseinrichtung 10 in Form der Einrichtung zur Entkopplung des Turbinenrades T vom Antriebsstrang 41. Eine erste Funktion besteht darin, die Leistung vom Eingang 2 zu einem mit dem Ausgang 3 wenigstens mittelbar gekoppelten Abtrieb entweder auf hydrodynamischem Weg über den ersten Leistungszweig 6 oder aber unter Umgehung der hydrodynamischen Komponente 4, insbesondere des hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandlers 5 durch Schaltung der Überbrückungskupplung 8 über den zweiten Leistungszweig 9 zu übertragen oder aber durch Entkopplung des Turbinenrades T vom Abtrieb, insbesondere dem Ausgang 3, und damit den mit diesem wenigstens mittelbar gekoppelten weiteren Übertragungselementen und bei geöffneter Überbrückungskupplung 8 eine Entkopplung der Antriebsmaschine 11 von den der Kraftübertragungsvorrichtung 1 nachgeordneten Übertragungseinheiten, insbesondere dem Getriebe 42, zu ermöglichen. Die Kraftübertragungsvorrichtung 1 umfasst ferner vorzugsweise eine Vorrichtung 14 zur Dämpfung von Schwingungen, insbesondere in Form eines Torsions- beziehungsweise Drehschwingungsdämpfers. Die Anordnung kann dabei verschiedenartig erfolgen. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung ist die Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen der Überbrückungskupplung 8 im Leistungsfluss betrachtet nachgeordnet und ferner lediglich mit ihrem Ausgang mit der schaltbaren Kupplungseinrichtung 10 zur Turbinenabkopplung koppelbar. Die Vorrichtung 14 zur Dämpfung von Schwingungen ist parallel zur Kupplungseinrichtung 10 und in Reihe zur Überbrückungskupplung 8 angeordnet. In diesem Fall ist die Vorrichtung 14 zur Dämpfung von Schwingungen lediglich im überbrückten Betrieb, das heißt bei mechanischer Leistungsübertragung von der Antriebsmaschine 11 zum Ausgang 3 wirksam. Bei Leistungsübertragung im hydrodynamischen Betrieb ist die Vorrichtung 14 zur Dämpfung von Schwingungen lediglich als Tilger wirksam.
Bezüglich der konkreten Ausführung der Vorrichtung 14 zur Dämpfung von Schwingungen bestehen eine Vielzahl von Möglichkeiten, die sich insbesondere hinsichtlich der Art der verwendeten Dämpfungskopplung und der Kopplung zur Drehmomentübertragung unterscheiden. Die Vorrichtung 14 zur Dämpfung von Schwingungen fungiert im Leistungsfluss zwischen dem Eingang 2 über die Überbrückungskupplung 8 zum Ausgang 3 als elastische Kupplung, das heißt überträgt Drehmoment. Diese umfasst in dieser Leistungsflussrichtung betrachtet einen als Eingangsteil bezeichneten Primärteil 15 und einen als Ausgangsteil bezeichneten Sekundärteil 16, wobei Primärteil 15 und Sekundärteil 16 koaxial zueinander angeordnet sind und in Umfangsrichtung zueinander relativ begrenzt verdrehbar. Die Kopplung zwischen dem Primärteil 15 und dem Sekundärteil 16 erfolgt über Mittel 17 zur Drehmomentübertragung und Mittel 18 zur Dämpfungskopplung, wobei die Mittel 17 zur Drehmomentübertragung die Mittel 18 zur Dämpfungskopplung auch von ein und denselben Bauelementen gebildet werden können. Vorzugsweise wird die Drehmomentübertragung über Energiespeichereinheiten 19 in Form von Federeinheiten 20 realisiert. Diese fungieren gleichzeitig als Mittel 18 zur Dämpfungskopplung. Andere Ausführungen sind denkbar, insbesondere wenn eine Dämpfungswirkung beispielsweise über zusätzliche Reibstellen oder andere Dämpfungskonzepte, beispielsweise hydraulische Dämpfung, realisiert wird.
Bei der Ausführung gemäß 1 ist im Antriebsstrang beispielhaft noch eine Vorrichtung 47 zur Dämpfung von Schwingungen zwischen Antriebsmaschine 11 und Kraftübertragungsvorrichtung 1 vorgesehen.
Das in der 1 beschriebene Grundkonzept ermöglicht es zum einen, durch gleichzeitiges oder geringfügig zeitlich versetztes Lösen der Überbrückungskupplung 8 und der schaltbaren Kupplungseinrichtung 10 zur Entkopplung des Turbinenrades T die Antriebsmaschine 11 von einer der Kraftübertragungsvorrichtung 1 nachgeordneten Getriebebaueinheit 42 beziehungsweise dem restlichen Antriebsstrang zu entkoppeln und somit gerade im Falle eines Hybridantriebes mit regenerativer Bremseinrichtung über eine als zumindest Generator betreibbare elektrische Maschine EM, in diesem Fall die über den Antriebsstrang 41, insbesondere beim Einsatz in Fahrzeugen über die Räder eingebrachte Leistung beim Bremsen in elektrische Energie umzuwandeln und in einem Energiespeicher 44 zwischenzuspeichern und/oder als Antriebsenergie für Nebenaggregate zu nutzen. Beide Kupplungseinrichtungen 8 und 10 bleiben während des Bremsvorganges deaktiviert.
Die 2 verdeutlicht anhand eines Axialschnittes aus einer Kraftübertragungsvorrichtung 1 eine besonders vorteilhafte konstruktive Ausführung einer in 1 beschriebenen Koppelstruktur mit einer Reihenschaltung der Vorrichtung 14 zur Dämpfung von Schwingungen und schaltbaren Überbrückungskupplung 8 sowie Parallelschaltung zur schaltbaren Kupplungseinrichtung 10 zum Zwecke der Turbinenradabkopplung. Diese Ausführung ist durch eine besonders bauraumsparende Anordnung charakterisiert, die in axialer Richtung sehr kurz baut. Dabei sind in Kraftflussrichtung zwischen dem Eingang 2 und dem Ausgang 3 betrachtet, die Überbrückungskupplung 8, die Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen 14, die schaltbare Kupplungseinrichtung 10 zur Turbinenradabkopplung und die hydrodynamische Komponente 4 angeordnet. Vorzugsweise wird hier zur Erzielung einer besonders kompakten Bauform die Überbrückungskupplung 8 in die Vorrichtung 14 zur Dämpfung von Schwingungen mit integriert und ferner die schaltbare Kupplungseinrichtung 11 in radialer Richtung innerhalb der Erstreckung der Vorrichtung 14 zur Dämpfung von Schwingungen zwischen dieser und dem Turbinenrad T angeordnet. Das Pumpenrad P der hydrodynamischen Komponente 4, insbesondere des hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandlers 5, weist eine Pumpenradschale 12 auf, die drehfest mit dem Pumpenrad P gekoppelt ist oder eine integrale Baueinheit mit diesem bildet und das Turbinenrad T in axialer Richtung wenigstens teilweise in Umfangsrichtung unter Bildung eines Zwischenraumes umschließt. Die Pumpenradschale 12 ist entweder direkt mit dem Eingang E gekoppelt oder bildet diesen. Vorzugsweise erfolgt die Kopplung über einen Gehäuseteil 45.2, der glockenförmig ausgebildet ist und mit der Pumpenradschale 12 als weiteren Gehäuseteil 45.1 zusammen als Gehäuse 45 einen Innenraum 21 unter Aufnahme des hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandlers 5, der schaltbaren Kupplungseinrichtung 10, der Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen 14 und der Überbrückungskupplung 8 bildet.
Die in der 2 dargestellte konkrete konstruktive Ausführung ist durch eine hohe Funktionskonzentration charakterisiert. Diese wird dadurch erreicht, dass einzelne Komponenten und Bauteile mehrfach genutzt werden, das heißt, diese Funktionen in unterschiedlichen Baueinheiten haben. Die Überbrückungskupplung 8 ist hier vorzugsweise als Scheibenkupplung ausgebildet, umfassend einen ersten Kupplungsteil 8.1 in Form eines Scheibenelementes 22.1 und einen zweiten Kupplungsteil 8.2, ebenfalls in Form eines Scheibenelementes 22.2. Beide Kupplungsteile 8.1 und 8.2 beziehungsweise die Scheibenelemente 22.1 und 22.2 sind über eine Stelleinrichtung 23 miteinander in Wirkverbindung bringbar, insbesondere die an den Scheibenelementen 22.1 und 22.2 ausgebildeten Reibflächenbereiche 24.1 und 24.2. Die Stelleinrichtung 23 ist hier als Kolbenelement 25 ausgebildet. Dieses ist in axialer Richtung verschiebbar geführt, vorzugsweise am Ausgang 3 in Form der Dämpfernabe 26. Der erste Kupplungsteil 8.1 der Überbrückungskupplung 8 wird vorzugsweise von einem Scheibenelement 22.1 gebildet, welches vom Gehäuseteil 45.2 gebildet wird. Damit sind keine speziellen Einrichtungen vorzusehen, die die reibflächentragenden Elemente der Überbrückungskupplung 8 am Gehäuse beziehungsweise einem mit dem Eingang 2 gekoppelten Teil tragen und ferner ebenfalls an einem drehfest mit dem Ausgang 3 gekoppelten Teil, sondern hier wird die Funktion der Überbrückungskupplung 8 vom Gehäuse und der Stelleinrichtung 23 übernommen. Die Ausbildung der Überbrückungskupplung 8 ist durch eine geringe Bauteilanzahl charakterisiert. Die Leistungsübertragung erfolgt lediglich über einen Reibflächenkontakt.
Vorzugsweise ist zur Realisierung einer besonders bauraumsparenden Ausführung das Kolbenelement 25 gleichzeitig als zweiter Kupplungsteil 8.2 ausgeführt. In diesem Fall fungiert das Kolbenelement 25 als Scheibenelement 22.2, welches die Reibfläche 24.2 trägt. Ferner ist das Kolbenelement 25 hier vorzugsweise Bestandteil der Vorrichtung 14 zur Dämpfung von Schwingungen, um somit eine Reihenschaltung in kompakter Bauweise zwischen der Überbrückungskupplung 8 und der Vorrichtung 14 zur Dämpfung von Schwingungen zu ermöglichen. Dabei bildet das Kolbenelement 25 gleichzeitig den Primärteil 15 der Vorrichtung 14 zur Dämpfung von Schwingungen. Dieses ist zu diesem Zweck derart ausgeführt, dass es im dargestellten Fall einen zylindrischen Bereich 27 aufweist, der im Bereich des Außenumfanges 28 des Kolbenelementes 25 angeordnet ist und sich in axialer Richtung, das heißt parallel zur Rotationsachse R, erstreckt, und Anschlagflächen 29 für die Mittel 17 zur Drehmomentübertragung beziehungsweise Mittel 18 zur Dämpfungskopplung, hier die Energiespeichereinheiten 19 in Form von Federeinheiten 20 in Umfangsrichtung bildet, die sich wechselweise am Primärteil 15 und dem Sekundärteil 16 abstützen. Der Sekundärteil 16 ist hier drehfest mit der Dämpfernabe 26 verbunden, die wiederum drehfest mit dem Ausgang 3 verbunden ist oder diesen bildet. Die Energiespeichereinheiten in Form der Federeinheiten 20 sind hier beispielsweise in Form von Bogenfedern ausgeführt. Andere Ausführungen sind denkbar. Diese Ausbildung der Vorrichtung 14 zur Dämpfung von Schwingungen ist durch eine entsprechende Gehäuseformgebung charakterisiert, die hier insbesondere vom Sekundärteil 16 bestimmt wird. Der Sekundärteil 16 ist dazu entsprechend bogenförmig im radial äußeren Bereich zur Aufnahme der Federeinheiten 19 und in den Anschlussbereichen an die Gegebenheiten hinsichtlich des Bauraumes und der Formgebung angepasst.
Die Ausbildung der schaltbaren Kupplungseinrichtung 10 zwischen dem Turbinenrad T und der Vorrichtung 14 zur Dämpfung von Schwingungen ist dadurch charakterisiert, dass die schaltbare Kupplungseinrichtung ebenfalls einen ersten Kupplungsteil 10.1 umfasst, der drehfest mit dem Turbinenrad T gekoppelt ist und einen zweiten Kupplungsteil 10.2, der drehfest mit dem Sekundärteil 16 der Vorrichtung 14 zur Dämpfung von Schwingungen verbunden ist, insbesondere über die drehfeste Kopplung des Sekundärteiles 16 mit der Dämpfernabe 26 und damit dem Ausgang 3 beziehungsweise der Getriebeeingangswelle 43. Die schaltbare Kupplungseinrichtung 10 ist in Lamellenbauweise ausgeführt. Diese umfasst im ersten Kupplungsteil 10.1 eine Mehrzahl von reibflächentragenden Elementen, die mit entsprechenden komplementären Elementen des zweiten Kupplungsteils 10.2 in Wirkverbindung bringbar sind. Dabei können die Reibflächen von einzelnen scheibenförmigen Elementen selbst gebildet werden oder aber durch Beläge erzeugt werden. Ferner ist der Kupplungseinrichtung 10 eine Stelleinrichtung 13 zugeordnet, über die die Kupplungsteile 10.1 und 10.2 miteinander in Wirkverbindung gebracht werden. Der erste Kupplungsteil 10.1 ist drehfest mit dem Turbinenrad T verbunden. Dazu umfasst dieses einen Lamellenträger 30, hier beispielsweise einen Innenlamellenträger, welcher erste Lamellen trägt, und der zweite Kupplungsteil 10.2 einen Lamellenträger 31, hier einen Außenlamellenträger, der drehfest mit dem Sekundärteil 16 der Vorrichtung 14 zur Dämpfung von Schwingungen verbunden ist. Die Stelleinrichtung 13 ist als Kolbenelement 32 ausgeführt. Dieses ist in axialer Richtung verschiebbar an der Dämpfernabe 26 geführt und erstreckt sich zwischen dem Außen- und Innenlamellenträger 30 und 31 in Axialrichtung betrachtet. Der Kolben 32 ist ferner vorzugsweise am Außenlamellenträger in radialer Richtung verschiebbar geführt. Dazu weist dieser in Analogie zu den einzelnen Lamellen entsprechende Aussparungen auf, die in die Führung eingreifen können. Die beiden Lamellenträger 30 und 31 sind ringförmig mit L-förmigen Querschnitt ausgeführt. Der Lamellenträger 30 ist dabei vorzugsweise stoffschlüssig mit dem Turbinenrad T verbunden. Dies gilt in Analogie auch für den Lamellenträger 31 mit dem Sekundärteil 16. Ferner ist es auch denkbar, diesen zu vernieten. In Analogie gilt dies auch für die Verbindung zwischen dem Sekundärteil 16 der Vorrichtung 14 zur Dämpfung von Schwingungen mit der Dämpfernabe 26 beziehungsweise dem Ausgang 3. Die Verbindung erfolgt vorzugsweise drehfest durch Vernietung.
Die schaltbare Kupplungseinrichtung 10 erstreckt sich in radialer Richtung betrachtet zwischen der Dämpfernabe 26 und dem äußeren Teilbereich der Vorrichtung 14 zur Dämpfung von Schwingungen, insbesondere dem Bereich, in welchem die Federeinheiten 20 angeordnet sind. Die Erstreckung in axialer Richtung ist hier derart ausgebildet, dass die Vorrichtung 14 zur Dämpfung von Schwingungen aufgrund der Ausgestaltung des Sekundärteils 16 als Blechformteil topfförmig eine in axialer Richtung weisende Ausnehmung 46 bildet, in der in axialer Richtung die schaltbare Kupplungseinrichtung 10 aufgenommen werden kann. Die Anordnung der schaltbaren Kupplungseinrichtung 10 erfolgt damit innerhalb des Erstreckungsbereiches der Vorrichtung 14 zur Dämpfung von Schwingungen in axialer Richtung.
Die Kraftübertragungseinheit 1 ist in Mehrkanalausführung ausgebildet. Dazu ist die Kraftübertragungsvorrichtung 1 durch mehrere Druckräume charakterisiert. Ein erster Druckraum wird vom Arbeitsraum A der hydrodynamischen Komponente 4 bestimmt. Der Druck aus diesem pflanzt sich auch im Innenraum 21, das heißt außerhalb der hydrodynamischen Komponente vom Austritt zwischen den Schaufelrädern in radialer Richtung am Außenumfang betrachtet, fort. Der Druck in diesem Raum 21 beaufschlagt die Stelleinrichtungen 13, 23 der Überbrückungskupplung 8 und der schaltbaren Kupplungseinrichtung 10. Ein weiterer mit Druckmittel beaufschlagbarer Raum ist hier mit 33 bezeichnet und fungiert als Stellraum zur Beaufschlagung der Stelleinrichtung 23 für die Überbrückungskupplung 8, hier dem Kolbenelement 23 zum Deaktivieren dieser. Ein weiterer mit Druckmittel beaufschlagbarer Raum 34 ist zur Beaufschlagung der Stelleinrichtung 23 der schaltbaren Kupplungseinrichtung 10 vorgesehen. Diese Druckräume sind je nach Funktionserfüllung der einzelnen Elemente gegeneinander abgedichtet. Diesen ist zumindest jeweils ein Anschluss 35 bis 37 zur Versorgung mit Druckmittel zugeordnet.
Die hydrodynamische Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinheit 5 ist hier als Zweikanaleinheit ausgeführt. Der Anschluss 35 ist dem Arbeitsraum A zugeordnet und der Anschluss 36 dem Innenraum 21, der gleichzeitig der Beaufschlagung der mit Druckmittel beaufschlagbaren Kammer 33 dient.
Die weitere mit Druckmittel beaufschlagbare Kammer 34 ist der schaltbaren Kupplungseinrichtung 10 zugeordnet. Der Anschluss 37 ist mit der Kammer 34 verbunden. Die Anschlüsse 35 bis 37 werden dabei durch die entsprechenden Verbindungselemente geführt. Im dargestellten Fall ist das Pumpenrad P mit einer so genannten Wandlernabe 38 drehfest verbunden. Diese ist drehbar gelagert. Ferner ist das Leitrad mit einer Leitradwelle 39 gekoppelt, wobei das Leitrad je nach Ausführung des Wandlers sich über einen Freilauf F an einem ortsfesten Element abstützen kann oder aber an einem rotierenden Bauteil einer nachfolgenden Leistungsübertragungseinheit. Ferner dargestellt ist hier die Kopplung der Dämpfernabe 26 mit der Getriebeeingangswelle. Die einzelnen Wellen sind dabei als Hohlwellen ausgeführt und koaxial zueinander angeordnet und damit ineinander geführt. Aufgrund dieser Führung können gegeneinander abdichtbare Kanäle gebildet werden, die zur Führung des Druckmittels genutzt werden können. Diese sind mit den jeweiligen Anschlüssen 35 bis 37 gekoppelt. Im einfachsten Fall erfolgt die Kopplung mit dem Arbeitsraum A über den ersten Anschluss 35 durch die Betriebs- beziehungsweise Steuermittelführung in einem Betriebsmittelversorgungs- und/oder Führungssystem 40 zwischen der Wandlernabe 38 und der Leitradwelle 39. Die Versorgung des mit Druckmittel beaufschlagbaren Raumes 34 erfolgt vorzugsweise über den Anschluss 37 über den zwischen der Getriebeeingangswelle 43 und der Leitradwelle 39 gebildeten Zwischenraum, während die Versorgung des Anschlusses 36 zur Betätigung der Stelleinrichtung 23 der Überbrückungskupplung 8 durch die Getriebeeingangswelle 43 zu dieser hin erfolgt. Im Betriebsmittelversorgungs- und/oder Führungssystem 40 können ferner entsprechende Ventileinrichtungen zur Steuerung vorgesehen werden, auf welche hier im Einzelnen nicht eingegangen werden soll, da die Ausführung dieser im Ermessen des zuständigen Fachmannes liegt.
Die 3 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung anhand einer Explosionsdarstellung den Grundaufbau einer Turbinenkupplung 10. Daraus ersichtlich sind der mit dem Turbinenrad T koppelbare Lamellenträger, der mit dem Sekundärteil 16 koppelbare Lamellenträger sowie das Kolbenelement und einzelne Lamellen der einzelnen Kupplungsteile. Diese sind quasi ineinander geschachtelt.
4 verdeutlicht anhand eines Signalflussbildes ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung einer Kraftübertragungsvorrichtung bei einem Bremsvorgang mit einem Antriebsstrang 41, insbesondere für Fahrzeuge in Form eines Hybridantriebes, insbesondere den Ablauf zur Entkopplung der Antriebsmaschine 11 beim regenerativen Bremsvorgang für den Einsatz in Hybridantrieben zur Umwandlung der Bremsenergie in elektrische Energie durch die als Generator betreibbare elektrische Maschine EM und Einspeicherung in eine Energiespeichereinheit 44. Dabei wird bei Vorliegen eines einen gewünschten Bremsvorgang charakterisierenden Signals, beispielsweise eine Sollwertvorgabe für ein bestimmtes Bremsmoment Mbrems-soll, eine Verzögerung asoll oder eine bestimmte Geschwindigkeit vsoll der Zustand der Betätigung der einzelnen Kupplungseinrichtungen – Überbrückungskupplung 8 und schaltbare Kupplungseinrichtung 10 – überprüft. Zuerst wird die Überbrückungskupplung 8 hinsichtlich ihres Betätigungszustandes überprüft. Befindet diese sich im Funktionszustand 1, das heißt betätigt, wird an die Stelleinrichtung 23 der Überbrückungskupplung ein Stellsignal Y8 ausgegeben, um den Funktionszustand 0, welcher der Nichtbetätigung entspricht und damit eine Entkopplung des Ausganges 3 beziehungsweise der Getriebeeingangswelle 43 von der Antriebsmaschine 11 erzeugt. In Analogie gilt dies in einem zweiten Vorgang bei Überprüfung der Funktionsstellung der schaltbaren Kupplungseinrichtung 10. Auch hier entspricht 1 dem Betätigungszustand und 0 der Nichtbetätigung. Bei Betätigung der schaltbaren Kupplungseinrichtung 10 wird ein Stellsignal Y10 ausgegeben, um den Funktionszustand 0, welcher der Nichtbetätigung entspricht und damit Entkopplung des Ausganges 3 beziehungswei se der Getriebeeingangswelle 43 von der Antriebsmaschine 11 über die Entkoppelung des Turbinenrades T erzeugt. Die Antriebsmaschine 11 ist damit komplett vom nachfolgenden Getriebe entkoppelt, so dass regenerativ gebremst werden kann ohne Verluste, indem die als Generator betreibbare elektrische Maschine EM angesteuert wird.

1: Kraftübertragungsvorrichtung
2: Eingang
3: Ausgang
4: hydrodynamische Komponente
5: hydrodynamischer Drehzahl-/Drehmomentwandler
6: erster Leistungszweig
7: Einrichtung zur Überbrückung der hydrodynamischen Komponente
8: Überbrückungskupplung
8.1: erster Kupplungsteil
8.2: zweiter Kupplungsteil
9: zweiter Leistungszweig
10: Kupplungseinrichtung
10.1: erster Kupplungsteil
10.2: zweiter Kupplungsteil
11: Antriebsmaschine
12: Pumpenradschale
13: Stelleinrichtung
14: Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen
15: Primärteil
16: Sekundärteil
17: Mittel zur Drehmomentübertragung
18: Mittel zur Dämpfungskopplung
19: Energiespeichereinheit
20: Federeinheit
21: Innenraum
22: Scheibenelement
22.1: Scheibenelement
22.2: Scheibenelement
23: Stelleinrichtung
24.1: Reibfläche
24.2: Reibfläche
25: Kolbenelement
26: Dämpfernabe
27: zylindrischer Bereich
28: Außenumfang
29: Anschlagfläche
30: Lamellenträger
31: Lamellenträger
32: Kolbenelement
33: mit Druckmittel beaufschlagbare Kammer
34: mit Druckmittel beaufschlagbare Kammer
35: Anschluss
36: Anschluss
37: Anschluss
38: Wandlernabe
39: Leitradwelle
40: Betriebsmittelführungs- und Versorgungssystem
41: Antriebsstrang
42: Getriebe
43: Getriebeeingangswelle
44: Energiespeichereinheit
45.1, 45.2: Gehäuseteil
45: Gehäuse
46: Ausnehmung
47: Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen
R: Rotationsachse
EM: elektrische Maschine
P: Pumpenrad
T: Turbinenrad
L: Leitrad
F: Freilauf
A: Arbeitsraum

Claims

Kraftübertragungsvorrichtung (1), insbesondere Multifunktionseinheit für den Einsatz in Antriebssträngen (41) mit Hybridantrieb, umfassend zumindest eine als Generator betreibbare elektrische Maschine (EM), mit wenigstens einem Eingang (2) und einem Ausgang (3), einer zwischen Eingang (2) und Ausgang (3) angeordneten hydrodynamischen Komponente (4), umfassend zumindest ein Pumpenrad (P) und ein Turbinenrad (T) und eine Einrichtung (7, 8) zur Umgehung der Leistungsübertragung über die hydrodynamische Komponente (4) und eine Vorrichtung (14) zur Dämpfung von Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungsvorrichtung (1) eine schaltbare Kupplungseinrichtung (10) zur Entkoppelung des Turbinenrades (T) vom Ausgang (3) umfasst, die in Kraftflussrichtung zwischen Eingang (2) und Ausgang (3) betrachtet in Reihe zum Turbinenrad (T) und parallel zur Einrichtung (7, 8) zur Umgehung der Leistungsübertragung über die hydrodynamischen Komponente (4) angeordnet ist, und die Vorrichtung (14) zur Dämpfung von Schwingungen und die Einrichtung (7, 8) zur Umgehung der Leistungsübertragung über die hydrodynamische Komponente (4) in Reihe angeordnet sind.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (14) zur Dämpfung von Schwingungen parallel zur Kupplungseinrichtung (10) angeordnet ist.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (14) zur Dämpfung von Schwingungen der Einrichtung (7, 8) zur Umgehung der Leistungsübertragung über die hydrodynamische Komponente (4) in Kraftflussrichtung vom Eingang (2) zum Ausgang (3) betrachtet nachgeordnet ist.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Element der Einrichtung (7, 8) zur Umgehung der Leistungsübertragung über die hydrodynamische Komponente (4) Bestandteil der Vorrichtung (14) zur Dämpfung von Schwingungen ist.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Element der Kupplungseinrichtung (10) Bestandteil der Vorrichtung (14) zur Dämpfung von Schwingungen ist.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (7, 8) zur Umgehung der Leistungsübertragung über die hydrodynamische Komponente (4) eine Überbrückungskupplung (8) umfasst, die als reibschlüssige Kupplung ausgeführt ist, umfassend zumindest einen ersten Kupplungsteil (8.1) und einen zweiten Kupplungsteil (8.2), die miteinander über eine Stelleinrichtung (23) in Wirkverbindung bringbar sind.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (23) und der zweite Kupplungsteil (8.2) von einem Bauelement gebildet werden.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem Eingang (2) und dem Pumpenrad (P) von einem mitrotierenden Gehäuse (45) gebildet wird und der erste Kupplungsteil (8.1) von einem Teilbereich des Gehäuses (45) gebildet wird.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Kupplungseinrichtung (10) zur Entkoppelung des Turbinenrades (T) als reibschlüssige Kupplung ausgebildet ist, umfassend einen ersten Kupplungsteil (10.1) und einen zweiten Kupplungsteil (10.2), die über eine Stelleinrichtung (13) miteinander in Wirkverbindung bringbar sind.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne Stelleinrichtung (23, 13) ein mit einem Druckmittel beaufschlagbares Kolbenelement (25, 32) umfasst, welches druck- und flüssigkeitsdicht am Eingang (2), Ausgang (3) oder dem Turbinenrad (T) und einem Element der Kupplungseinrichtung (10) unter Bildung einer mit Druck- oder Steuermittel beaufschlagbaren Kammer (33, 34) in axialer Richtung verschiebbar gelagert ist.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (14) zur Dämpfung von Schwingungen einen Primärteil (15) und mindestens einen Sekundärteil (16) umfasst, die koaxial zueinander angeordnet sind, in Umfangsrichtung begrenzt zueinander relativ verdrehbar sind und über Mittel zur Drehmomentübertragung (17) und Dämpfungskopplung (18) miteinander gekoppelt sind.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (17) zur Drehmomentübertragung und/oder Dämpfungskopplung (18) Federeinheiten (20) umfassen, die sich am Primärteil (15) und Sekundärteil (16) abstützen.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (14) zur Dämpfung von Schwingungen als hydraulischer Dämpfer ausgeführt ist, umfassend mit einer hydraulischen Flüssigkeit befüllbare Dämpfungskammern als Mittel zur Dämpfungskopplung.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärteil (15) der Vorrichtung (14) zur Dämpfung von Schwingungen vom Kolbenelement (23) der Einrichtung (7, 8) zur Umgehung der Leistungsübertragung über die hydrodynamische Komponente (4) gebildet wird.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärteil (16) als topfförmiges, eine in axialer Richtung ausgerichteten Ausnehmung (46) bildendes Formteil ausgeführt ist, in dessen axialer Erstreckung die schaltbare Kupplungseinrichtung (10) angeordnet ist.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kupplungsteil (10.1) der schaltbaren Kupplungseinrichtung (10) zur Entkoppelung des Turbinenrades (T) drehfest mit dem Turbinenrad (T) verbunden ist und der zweite Kupplungsteil (10.2) drehfest mit dem Sekundärteil (16) der Vorrichtung (14) zur Dämpfung von Schwingungen verbunden ist, beide Kupplungsteile eine Lamellenanordnung mit einem Lamellenträger umfassen, wobei die Lamellenträger drehfest mit den Anschlusselementen unter Ausbildung eines axialen Anschlages verbunden sind und die Stelleinrichtung (13) ein Kolbenelement umfasst, welches im Bereich seines Außenumfanges an einem der Lamellenträger geführt ist und einen mit Druckmittel beaufschlagbaren Druckraum (34) begrenzt.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrodynamische Komponente (4) als hydrodynamischer Drehzahl-/Drehmomentwandler, insbesondere Trilokwandler ausgeführt ist und mindestens ein Leitrad (L) umfasst, das sich über einen Freilauf (F) an einem ortsfesten oder rotierenden Element abstützt.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrodynamische Komponente (4) als hydrodynamische Kupplung ausgeführt ist.
Kraftübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenrad (P) mit einer Pumpenradschale (12) drehfest gekoppelt ist, die das Turbinenrad (T) in axialer und in radialer Richtung unter Bildung eines Zwischenraumes (21) zur Aufnahme der weiteren Elemente der Kraftübertragungsvorrichtung aufweist und die Pumpenradschale (12) Bestandteil des Gehäuses (45) der Kraftübertragungsvorrichtung (1) ist.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein Betriebsmittelversorgungs- und Führungssystem (40) zugeordnet ist, welches über einen ersten Anschluss (35) mit einem Arbeitsraum (A) der hydrodynamischen Komponente (4), einem zweiten Anschluss 36 mit dem Innenraum (21) im Bereich einer sich temporär ausbildenden mit Druckmittel beaufschlagbaren Kammer (33) und einem dritten Anschluss (37) mit einer mit Druckmittel beaufschlagbaren und der Stelleinrichtung (13) der schaltbaren Kupplungseinrichtung (10) zugeordneten Kammer (34) verbunden ist
Antriebsstrang (41), insbesondere für den Einsatz in Fahrzeugen mit einer ersten Antriebsmaschine (11), die über die Kraftübertragungsvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20 mit einer Leistungsübertragungseinheit (42) koppelbar ist und einer zumindest als Generator betreibbaren elektrischen Maschine (EM), die der schaltbaren Kupplungseinrichtung (10) nachgeordnet ist.
Antriebsstrang (41) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (EM) koaxial zum Antriebsstrang (41) angeordnet ist.
Verfahren zur Steuerung der Betriebsweise einer Kraftübertragungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20 in einem Antriebsstrang gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorgabe eines Sollwertes nach Änderung der Fahrgeschwindigkeit, einer Verzögerung und/oder eines bestimmten Bremsmomentes die Betätigung der Einrichtung (7, 8) zur Umgehung der Leistungsübertragung über die hydrodynamische Komponente und der schaltbaren Kupplungseinrichtung (10) überprüft wird und bei Betätigung diese gelöst werden und in Abhängigkeit des Sollwertes die elektrische Maschine (EM) zur Erzeugung eines Bremsmomentes angesteuert wird.