DE102008007047B4

DE102008007047B4 - Anfahreinheit

Info

Publication number: DE102008007047B4
Application number: DE200810007047
Authority: DE
Inventors: Rainer Schips; Daniel Flemmer; Achim Dr. Menne
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2008-01-31
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2028-02-01
Also published as: DE102008007047A1

Abstract

Anfahreinheit mit einer
1.1 hydrodynamischen Kupplung (1) mit einem Pumpenrad (4) und einem Turbinenrad (5), die miteinander einen torusförmigen, mit einem über einen Arbeitsmediumzu- (11) und einen Arbeitsmediumablauf (12) mit Arbeitsmedium befüllbaren und entleerbaren Arbeitsraum (6) ausbilden, in dem eine Kreislaufströmung (7) des Arbeitsmediums ausbildbar ist;
1.2 wobei ein Drosselbauteil (19) vorgesehen ist, das mittels eines druckbetätigbaren Verstellmechanismus (20) zur Beeinflussung der Kreislaufströmung (7) in die Kreislaufströmung (7) und aus dieser heraus verschiebbar ist;
1.3 und einer mechanischen Überbrückungskupplung (2) mit wenigstens zwei Kupplungselementen (14), die über eine druckbetätigbare Einkuppeleinrichtung (17) miteinander kraftschlüssig in Verbindung bringbar sind, derart, dass das Pumpenrad (4) und das Turbinenrad (5) drehfest koppelbar sind;
1.4 wobei der Verstellmechanismus (20) und die Einkuppeleinrichtung (17) zu deren Druckbetätigung über eine vom Arbeitsmediumzu- (11) und Arbeitsmediumablauf (12) separate, jedoch gemeinsame Steuerleitung (24) mit Arbeitsmediumdrücken beaufschlagbar sind;
dadurch gekennzeichnet, dass
1.5 der Verstellmechanismus...

Description

Die Erfindung betrifft eine Anfahreinheit mit einer hydrodynamischen Kupplung.
Hydrodynamische Kupplungen sind bekannt. Sie weisen ein Pumpenrad und ein Turbinenrad auf, welches in der Regel die beiden einzigen Schaufelräder der hydrodynamischen Kupplung sind. Demnach ist kein Leitrad vorgesehen. Häufig werden hydrodynamische Kupplungen in Anfahreinheiten, wie zum Beispiel in der DE 103 53 519 A1 beschrieben, eingesetzt, wobei eine mechanische Kupplung (Überbrückungskupplung) parallel zu der hydrodynamischen Kupplung angeordnet ist. Die hydrodynamische Kupplung wird zum verschleißfreien Anfahren verwendet.
Das Pumpenrad und das Turbinenrad bilden miteinander einen, in der Regel torusförmigen, über einen Arbeitsmediumzulauf und einen Arbeitsmediumablauf mit Arbeitsmedium befüllbaren und entleerbaren Arbeitsraum aus, wobei das Arbeitsmedium beispielsweise Öl, Wasser oder ein Wassergemisch ist. Im Pumpenrad wird das Arbeitsmedium radial nach außen beschleunigt, tritt in das Turbinenrad ein, wird dort radial nach innen verzögert und tritt wieder in das Pumpenrad ein. Mittels dieses Arbeitsmediumkreislaufs (Kreislaufströmung) wird Drehmoment beziehungsweise Antriebsleistung vom Pumpenrad auf das Turbinenrad verschleißfrei übertragen.
Es ist bekannt, in hydrodynamischen Kupplungen feststehende oder verschiebbare Drosselbauteile anzuordnen, um den Arbeitsmediumkreislauf und damit das Übertragungsverhalten der hydrodynamischen Kupplung zu beeinflussen, insbesondere gezielt einzustellen. Beispielsweise beschreibt die Offenlegungsschrift DE 103 53 519 A1 zwei alternative Möglichkeiten, Drosselbauteile vorzusehen. Gemäß der ersten Ausführung sind feststehende, in Axialrichtung, das heißt in Rotationsachsenrichtung, der hydrodynamischen Kupplung oder in Radialrichtung der hydrodynamischen Kupplung ausgerichtete Drosselbauteile vorgesehen, welche je nach Schlupf zwischen Pumpenrad und Turbinenrad eine mehr oder minder drosselnde Wirkung auf den Arbeitsmediumkreislauf ausüben. Gemäß der zweiten Ausführungsform sind in Axialrichtung der hydrodynamischen Kupplung verschiebbare Wandbereiche des Pumpenrads als Drosselbauteil vorgesehen, um den Arbeitsmediumkreislauf zu beeinflussen.
In den Druckschriften DE 103 53 519 A1 und DE 103 53 554 A1 sind jeweils Beispiele zur geregelten Betätigung des Drosselbauteils und der Überbrückungskupplung offenbart. Das Drosselbauteil ist mittels eines druckbetätigbaren Verstellmechanismus in Rotationsachsenrichtung der hydrodynamischen Kupplung zur Beeinflussung der Kreislaufströmung im und/oder am Arbeitsraum verschiebbar. Die mechanische Überbrückungskupplung weist mehrere Kupplungselemente auf, die über eine druckbetätigbare Einkuppeleinrichtung miteinander reibschlüssig in Verbindung bringbar sind, derart dass das Pumpenrad und das Turbinenrad drehfest gekoppelt sind. Die Einkuppeleinrichtung ist über einen Einkuppelsteuerdruckführungskanal an den Arbeitsmediumzulauf angeschlossen. Die Druckbetätigung der Einkuppeleinrichtung erfolgt über den Druck des durch diesen Arbeitsmediumzulauf geführten Arbeitsmediums. In der DE 103 53 519 A1 erfolgt die Druckbetätigung des Verstellmechanismus über eine separat angesteuerte Ventileinheit. Die DE 103 53 554 A1 schlägt dagegen vor, auch die Druckbetätigung des Verstellmechanismus über den Arbeitsmediumzulauf und den Einkuppelsteuerdruckführungskanal zu steuern. Die Betätigungszustände der Einkuppeleinrichtung und des Verstellmechanismus sind dabei eine Funktion eines Differenzdruckes zwischen dem Druck des durch den Arbeitsmediumzulauf geführten Arbeitsmediums und dem Druck, der im Innenraum (Innenraumdruck) eines Gehäuses der hydrodynamischen Kupplung herrscht.
Bei den gemäß des Standes der Technik ausgebildeten Ausführungsformen einer gattungsgemäßen Anfahreinheit ist der Aufwand zur Steuerung der Druckbetätigung der Einkuppeleinrichtung und des Verstellmechanismus jeweils relativ hoch. Bei der Ausführungsform der DE 103 53 519 A1 muss eine zusätzliche Steuerung für die separate Ventileinheit des Verstellmechanismus bereit gestellt werden. Die Ausführungsform der DE 103 53 554 A1 erfordert eine relativ aufwändige Steuerung des Differenzdruckes zwischen dem Druck des durch den Arbeitsmediumzulauf geführten Arbeitsmediums und dem Innenraumdruck. Diese Steuerung wird durch den Umstand verkompliziert, dass das Drehmomentübertragungsverhalten der hydrodynamischen Kupplung vom Innenraumdruck abhängt, der selbst über die Zuführung von Arbeitsmedium durch den Arbeitsmediumzulauf gesteuert wird.
In der DE 10 2007 008 814 B3 wird vorgeschlagen, die Betätigungszustände der Einkuppeleinrichtung und des Verstellmechanismus als eine Funktion eines Druckes in einer gemeinsamen Steuerleitung einzustellen. In einem ersten Druckbereich erfolgt die Betätigung des Verstellmechanismus, und in einem zweiten, höheren Druckbereich wird die Einkuppeleinrichtung aktiviert. Weil somit mehrere Druckbereiche nebeneinander vorgesehen sind, sind die einzelnen Bereiche klein, und es werden hohe Anforderungen an das druckabhängige Ansprechverhalten der Einkuppeleinrichtung und des Verstellmechanismus gestellt.
Weitere durch Druckmittelbeaufschlagung verschiebbare Drosseleinrichtungen beziehungsweise Teilbeschaufelungen sind auch aus den Dokumenten DE 10 2005 043 761 A1 , US 3 952 508 A und US 1 298 990 A bekannt, wobei in der letztgenannten Schrift auch eine Überbrückungskupplung offenbart wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anfahreinheit bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik vermeidet, wobei insbesondere eine Vereinfachung der Drucksteuerung der Einkuppeleinrichtung und des Verstellmechanismus erreicht wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Anfahreinheit und ein Verfahren nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar.
Eine erfindungsgemäße Anfahreinheit weist eine hydrodynamische Kupplung mit einem Pumpenrad und einem Turbinenrad auf, die miteinander einen torusförmigen, mit einem über einen Arbeitsmediumzu- und einen Arbeitsmediumablauf mit Arbeitsmedium befüllbaren und entleerbaren Arbeitsraum ausbilden, in dem eine Kreislaufströmung des Arbeitsmediums ausbildbar ist. Dabei ist ein Drosselbauteil vorgesehen, das mittels eines druckbetätigbaren Verstellmechanismus insbesondere in Rotationsachsenrichtung, also in Axialrichtung der hydrodynamischen Kupplung, zur Beeinflussung der Kreislaufströmung im und/oder am Arbeitsraum verschiebbar ist. Weiter ist eine mechanische Überbrückungskupplung mit wenigstens zwei Kupplungselementen vorgesehen, wobei die Kupplungselemente über eine druckbetätigbare Einkuppeleinrichtung miteinander kraftschlüssig, insbesondere reibschlüssig und/oder formschlüssig, in Verbindung bringbar sind, so dass das Pumpenrad und das Turbinenrad drehfest gekoppelt sind beziehungsweise werden.
Erfindungsgemäß sind der Verstellmechanismus und die Einkuppeleinrichtung zu deren Druckbetätigung über eine vom Arbeitsmediumzu- und Arbeitsmediumablauf separate Steuerleitung mit Arbeitsmediumdrücken beaufschlagbar. Es sind also wenigstens drei, insbesondere genau drei Arbeitsmediumleitungen vorhanden, nämlich die Steuerleitung, der Arbeitsmediumzu- und der Arbeitsmediumablauf.
Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal bildet der Verstellmechanismus teilweise ein Ventil in der Steuerleitung aus oder ist betätigend an einem solchen angeschlossen, welches den auf die Einkuppeleinrichtung wirkenden Arbeitsmediumdruck in der Steuerleitung in Abhängigkeit der Position des Drosselbauteils variiert.
Besonders bevorzugt ist bei einer erfindungsgemäßen Anfahreinheit ein zur Druckbetätigung des Verstellmechanismus verschiebliches Bauteil des Verstellmechanismus in einem mit Arbeitsmedium befüllbaren Raum durch Druckbetätigung verschiebbar angeordnet, wobei beim Verschieben verdrängbares Arbeitsmedium über eine einen Durchflusswiderstand ausbildende Öffnung des Raums aus dem Raum verdrängbar ist. Ein derartiger Durchflusswiderstand erleichtert die Feinregulierung der Position des Drosselbauteils bei dessen Verschiebung.
Von sehr großem Vorteil ist das Ventil beziehungsweise ein den Strömungsquerschnitt in der Steuerleitung variierender Ventilkörper des Ventils in der Steuerleitung angeordnet, das/der den Arbeitsmediumdruck in Strömungsrichtung hinter dem Ventil beziehungsweise dem Ventilkörper in Abhängigkeit der Position des Drosselbauteils, welches die Stellung des Ventils beziehungsweise des Ventilkörpers bestimmt, variiert. Die vorliegende Erfindung teilt somit den zur Verfügung stehenden Steuerdruckbereich nicht zwischen den beiden Elementen Verstellmechanismus und Einkuppeleinrichtung auf, und somit wird auch nicht der zum Regeln verfügbare Bereich pro Element verkleinert.
Zweckmäßig ist eine Welle vorgesehen, welche das Pumpenrad, das Turbinenrad sowie den Verstellmechanismus und die Einkuppeleinrichtung trägt und zwei voneinander getrennte axiale Bohrungen aufweist, die insbesondere fluchtend zueinander liegen, und die über mindestens je eine radiale Abzweigbohrung mit einem mit Arbeitsmedium befüllbaren Kolbenraum in Verbindung stehen. Eine solche Welle ist besonders einfach herzustellen.
Vorzugsweise ist ein Ventilkörper des Ventils in der Steuerleitung, welcher insbesondere in Form eines Kolbens ausgebildet ist, vorgesehen, welcher den Strömungsquerschnitt des Abschnitts der Steuerleitung, der zur Einkuppeleinrichtung führt, in Abhängigkeit des ihn beaufschlagenden Arbeitsmediumdrucks in der Steuerleitung variiert.
Dieser Ventilkörper ist besonders vorteilhaft, insbesondere mechanisch mit dem Drosselbauteil verbunden, so dass beide in Abhängigkeit des Arbeitsmediumdruckes in der Steuerleitung gemeinsam verschiebbar sind, und zugleich der Strömungsquerschnitt für Arbeitsmedium zur Einkuppeleinrichtung in Abhängigkeit der Position des Ventilkörpers bestimmt wird. Beispielsweise ist der Ventilkörper derart in dem Kolbenraum verschiebbar angeordnet, dass er in einer ersten Position den Strömungsquerschnitt für Arbeitsmedium zur Einkuppeleinrichtung versperrt, insbesondere vollständig versperrt, und in einer zweiten Position freigibt. Der Ventilkörper und das Drosselbauteil können dann derart mechanisch miteinander verbunden sein oder einteilig ausgeführt sein, dass in der ersten Position des Ventilkörpers das Drosselbauteil in der Kreislaufströmung des Arbeitsmediums im Arbeitsraum positioniert ist, und in der zweiten Position des Ventilkörpers das Drosselbauteil außerhalb der Kreislaufströmung des Arbeitsmediums im Arbeitsraum positioniert ist. Die Einkuppeleinrichtung ist dabei vorteilhaft derart ausgeführt, dass sie bei einer Druckbeaufschlagung über die Steuerleitung, weil der Ventilkörper sich in der zweiten Position befindet, die Überbrückungskupplung schließt, das heißt die beiden Kupplungselemente der Überbrückungskupplung kraftschlüssig in Verbindung bringt, und bei durch den Ventilkörper versperrter Steuerleitung in der ersten Position des Ventilkörpers mangels Druckbeaufschlagung die Überbrückungskupplung öffnet, das heißt die kraftschlüssige Verbindung zwischen den beiden Kupplungselementen aufhebt.
Selbstverständlich können die Position des Ventilkörpers, des Drosselbauteils und die Druckbeauschlagung der Einkuppeleinrichtung auch derart aufeinander abgestimmt sein, dass die Einkuppeleinrichtung bei Druckbeaufschlagung die Überbrückungskupplung öffnet und ohne Druckbeaufschlagung diese schließt. Dementsprechend würde dann der Ventilkörper in seiner Position, die einem in die Kreislaufströmung eingebrachten Drosselbauteil entspricht, den Strömungsquerschnitt in der Steuerleitung freigeben und in der anderen Position, wenn das Drosselbauteil außerhalb der Kreislaufströmung positioniert ist, den Strömungsquerschnitt in der Steuerleitung verschließen.
Der Ventilkörper und das Drosselbauteil sind bevorzugt als ein ringförmiges Element ausgeführt, das konzentrisch zur Drehachse der hydrodynamischen Kupplung angeordnet ist und wenigstens im Wesentlichen in radialer Richtung verlaufende Speichen aufweist, die den Ventilkörper und das Drosselbauteil miteinander verbinden.
Der Kolbenraum ist vorzugsweise ebenfalls als Ring ausgebildet, der konzentrisch zur Drehachse der hydrodynamischen Kupplung angeordnet ist. Dadurch, dass der Kolbenraum sowie der Ventilkörper und das Drosselbauteil als Ring ausgebildet sind, also eine rotationssymmetrische Kontur aufweisen, sind diese Bauteile trotz der komplizierten Geometrie kostengünstig herzustellen.
Bevorzugt ist die Steuerleitung die einzige vorgesehene Steuerleitung.
Vorteilhaft steht das Drosselbauteil radial außerhalb des Ventilkörpers, so dass eine in Axialrichtung kurze Bauform bei gleichzeitig geringem Durchmesser der Anfahreinheit beziehungsweise der hydrodynamischen Kupplung erzielt werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens eines der beiden Kupplungselemente, das Drosselbauteil und/oder der Ventilkörper durch ein elastisches Element, insbesondere eine Zug- oder Druckfeder vorgespannt. Dabei ist es denkbar, dass die kraftschlüssige Verbindung der Kupplungselemente der Überbrückungskupplung, insbesondere eine reibschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung durch das elastische Element geöffnet wird und erst infolge einer Druckbeaufschlagung durch das Arbeitsmedium aus der Steuerleitung geschlossen wird. Auf die gleiche Weise kann das Drosselbauteil, das entweder stets im Arbeitsraum positioniert ist oder wahlweise in diesen verschoben werden kann, durch die Kreislaufströmung im Arbeitsraum und/oder ebenfalls durch ein elastisches Element vorgespannt sein, so dass es durch diese Vorspannung in eine aktive, die Kreislaufströmung störende Position, gebracht wird, und infolge einer Druckbetätigung mit Arbeitsmedium aus der Steuerleitung entgegen der Vorspannung in eine inaktive Position, in welcher es die Kreislaufströmung nicht behindert, gebracht werden kann. Gemäß einer Ausführungsform wird das Drosselbauteil ausschließlich durch den Druck der Kreislaufströmung im Arbeitsraum vorgespannt.
Ebenso kann die Vorspannung des Drosselbauteils derart gewählt sein, dass das Drosselbauteil durch die Vorspannung in eine inaktive Position gebracht wird, und infolge einer Druckbeaufschlagung mit Arbeitsmedium aus der Steuerleitung in eine aktive Position verschoben werden kann. Eine solche Vorspannung ermöglicht es, Bauraum einzusparen beziehungsweise eine weitere Druckleitung für das Öffnen oder Schließen der Überbrückungskupplung beziehungsweise das Verschieben des Drosselbauteils aus einer aktiven in eine inaktive Position oder umgekehrt, einzusparen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Variieren der Leistungsübertragung in einer Anfahreinheit umfasst die folgenden Schritte:

– das Drosselbauteil wird durch Verändern des Arbeitsmediumdruckes in der Steuerleitung in die oder aus der Kreislaufströmung verschoben;
– die Einkuppeleinrichtung wird durch Änderung des Arbeitsmediumdruckes in der Steuerleitung zum Öffnen oder Schließen der Überbrückungskupplung betätigt;
– der auf die Einkuppeleinrichtung wirkende Arbeitsmediumdruck in der Steuerleitung wird durch Betätigen des Ventils in der Steuerleitung variiert;
– das Ventil in der Steuerleitung wird durch Verschieben des Drosselbauteils mittels des Drosselbauteils betätigt, um den auf die Einkuppeleinrichtung wirkenden Arbeitsmediumdruck zu variieren;

Vorteilhaft verschließt das Ventil in der Stellung des Drosselbauteils, in welcher das Drosselbauteil in der Kreislaufströmung positioniert ist, den Strömungsquerschnitt für Arbeitsmedium in der Steuerleitung derart, dass die Druckbeaufschlagung der Einkuppeleinrichtung mittels Arbeitsmedium aus der Steuerleitung unterbrochen wird, und gibt in der Stellung des Drosselbauteils außerhalb der Kreislaufströmung den Strömungsquerschnitt für Arbeitsmedium in der Steuerleitung frei, so dass die Einkuppeleinrichtung mit Arbeitsmediumdruck aus der Steuerleitung beaufschlagt wird. Gemäß einer Ausführungsform wird die Einkuppeleinrichtung, insbesondere beidseitig, immer dann, wenn die Druckbeaufschlagung mittels Arbeitsmedium aus der Steuerleitung unterbrochen wird, mit einem gegenüber dem Arbeitsmediumdruck aus der Steuerleitung verringerten Druck beaufschlagt, beispielsweise durch Verbindung mit einem Raum innerhalb der Kupplung außerhalb des Arbeitsraumes.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beigefügten Figur exemplarisch erläutert werden.
Es zeigt:
1 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Anfahreinheit
In der 1 ist ein schematischer Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Anfahreinheit mit einer hydrodynamischen Kupplung 1 und einer mechanischen Überbrückungskupplung 2 dargestellt. Dabei ist nur eine Seite oberhalb der Rotationsachse 3 der Anfahreinheit beziehungsweise der hydrodynamischen Kupplung 1, dargestellt. Man erkennt das Pumpenrad 4 und das Turbinenrad 5, welche miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum 6 ausbilden, in dem sich eine Kreislaufströmung 7 eines Arbeitsmediums ausbilden kann. Der Bereich des Arbeitsraums 6, in dem sich die Kreislaufströmung 7 ausbilden kann, ist durch einen Pfeil symbolisiert. Das Pumpenrad 4 ist derart ausgeformt, dass es einen Teil eines Gehäuses 8 ausbildet, das im Wesentlichen die gesamte Anfahreinheit umhüllt, so dass sich innerhalb dieses Gehäuses 8 ein Innenraumdruck P_I innerhalb des vom Gehäuse 8 ausgebildeten, vom Arbeitsraum 6 getrennten Innenraums ausbilden kann. Das Pumpenrad 4 und das Turbinenrad 5 sind radialsymmetrisch um eine Welle 9, die die Rotationsachse 3 der hydrodynamischen Kupplung 1 ausbildet, angeordnet. Eine ein Drehmoment erzeugende Antriebseinheit kann im Bereich der Rotationsachse 3 oder am Gehäuse 8 an das Pumpenrad 4 angekoppelt werden. Das Turbinenrad 5 kann verdrehungsstabil auf der Welle 9 montiert sein, so dass die Welle 9 an ein anzutreibendes Folgeelement (Abtrieb), zum Beispiel eine Antriebswelle eines Fahrzeuges, zu dessen Antrieb ankoppelbar ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Welle 9 als Hohlwelle beziehungsweise als Nabe auszuführen und das Pumpenrad 4 oder Turbinenrad 5 entweder einteilig mit der Welle 9 oder mehrteilig auszuführen.
Zwischen der Welle 9 und einem abtriebsseitigen zylindrischen Endbereich 10 des Pumprades 4 sind ein Arbeitsmediumzu- 11 und ein Arbeitsmediumablauf 12 ausgebildet, durch die der Arbeitsraum 6 und der gesamte Innenraum mit Arbeitsmedium befüllbar und entleerbar sind. Letzteres kann über einen am Arbeitsmediumzulauf 11 anliegenden Zulaufdruck p_zu und/oder einen am Arbeitsmediumablauf 12 anliegenden Ablaufdruck p_ab gesteuert werden, wodurch die durch die Pfeile am Arbeitsmediumszu- und Arbeitsmediumablauf symbolisierte Arbeitsmediumfließrichtung erzeugbar ist. Der Arbeitsmediumzulauf 11 ist durch eine Trennhülse 13 vom Arbeitsmediumablauf 12 getrennt. Die hydrodynamischen Kupplung 1 wird durch Befüllen des Arbeitsraums 6 mit Arbeitsmedium durch den Arbeitsmediumzulauf 11 aktiviert.
Die Überbrückungskupplung 2 ist zwischen dem am Pumpenrad 4 angeschlossenen antriebsseitigen Gehäusebereich und dem Turbinenrad 5 angeordnet. Sie umfasst mehrere um die Rotationsachse 3 rotierbare Kupplungsscheiben 14. Ein Teil der Kupplungsscheiben 14 ist verdrehungsstabil über ein Kopplungsteil 15 am Turbinenrad 5 angekoppelt. Die restlichen Kupplungsscheiben 14 sind über ein weiteres Kopplungsteil 16 am Pumpenrad 4 beziehungsweise dem Gehäuse 8 angekoppelt. Die Kupplungsscheiben 14 sind axial verschiebbar gelagert und können über eine druckbetätigbare Einkuppeleinrichtung 17 mittels einer Anpressscheibe 18 in reibschlüssige Verbindung gebracht werden, so dass das Pumpenrad 4 und das Turbinenrad 5 drehfest aneinander gekoppelt werden können.
Innerhalb des Arbeitsraums 6 ist ein Drosselbauteil 19 vorgesehen. Das Drosselbauteil 19 ist mittels eines druckbetätigbaren Verstellmechanismus 20 in Rotationsachsenrichtung der hydrodynamischen Kupplung 1 zur Beeinflussung der Kreislaufströmung 7 im Arbeitsraum 6 verschiebbar angeordnet. Das Drosselbauteil 19 ist als ein radialsymmetrisch um die Rotationsachse 3 der hydrodynamischen Kupplung 1 angeordneter Hohlzylinder 21, der über Speichen 22 an dem Verstellmechanismus 20 befestigt ist, ausgebildet.
Das Drosselbauteil 19 weist eine Anströmfläche für Arbeitsmedium auf, welche durch axiales Verschieben des Drosselbauteils derart in die Kreislaufströmung 7 im Arbeitsraum 6 einbringbar ist, dass sie in der ersten Position der Kreislaufströmung 7 entgegensteht und in einer in der zweiten Position außerhalb der Kreislaufströmung 7 angeordnet ist. Dabei erstreckt sich die Anströmfläche in Axialrichtung der hydrodynamischen Kupplung 1 und die Kolbenfläche des Kolbens in Radialrichtung der hydrodynamischen Kupplung 1.
Die dargestellte Position des Drosselbauteils 19 ist die aktive Position des Drosselbauteils 19. Das heißt in dieser aktiven Position wird eine im Arbeitsraum 6 ausgebildete Kreislaufströmung 7 unterbrochen beziehungsweise gestört, da sich der Hohlzylinder 21 im Strömungsbereich der Kreislaufströmung 7 befindet. Durch Verschieben des Drosselbauteils 19 in Richtung des Trennspaltes 23 zwischen dem Pumpenrad 4 und dem Turbinenrad 5 kann das Drosselbauteil 19 in eine inaktive Position verschoben werden, in der die Kreislaufströmung 7 im Wesentlichen nicht behindert wird. Das heißt lediglich die Speichen 22 stehen dann in der Kreislaufströmung 7. In dieser inaktiven Position verlaufen die Speichen 22 des Drosselbauteils 19 im Trennspalt 23 beziehungsweise im Bereich des Trennspaltes 23. Das Verschieben kann mittels des Verstellmechanismus 20 über einen Verstellsteuerdruck vorgenommen werden. Das Verschieben ist durch den in 1 eingezeichneten Doppelpfeil im Arbeitsraum 6 symbolisiert.
Der Verstellmechanismus 20 und die Einkuppeleinrichtung 17 sind zu deren Druckbetätigung über eine vom Arbeitsmediumzulauf 11 und Arbeitsmediumablauf 12 separate Steuerleitung 24 mit Arbeitsmediumdrücken p_St beaufschlagbar, die zu Arbeitsmediumflüssen in der Steuerleitung 24 führen können, deren Fließrichtung in der Figur durch einen Doppelpfeil an der Steuerleitung 24 symbolisiert ist. Diese Steuerleitung 24 wird von den axialen Bohrungen 28 und 29 sowie von den radialen Abzweigbohrungen 30 und 31, die miteinander arbeitsmediumleitend verbunden sind, und in einem Kolbenraum 26 münden, ausgebildet. Die radialen Abzweigbohrungen 30 und 31 der Welle 9 werden im Fuß des Turbinenrads 5 fortgeführt.
Der Steuerdruck ist in der Steuerleitung 24 anlegbar, so dass sowohl die Druckbetätigung des Verstellmechanismus 20 und damit des Drosselbauteils 19, als auch die Druckbetätigung der Einkuppeleinrichtung 17 und damit der Überbrückungskupplung 2 über eine gesteuerte Variation des in der einen Steuerleitung 24 anliegenden Steuerdruckes möglich ist.
Zur Druckbetätigung wirkt der Steuerdruck dabei auf jeweils eine Fläche jeweils eines insbesondere gegen den Betriebsmittelinnendruck verschieblichen Bauteils. Dieses Bauteil wird im Falle der Einkuppeleinrichtung 17 von deren Anpressscheibe 18 ausgebildet, wobei der in der Steuerleitung 24 anliegende Steuerdruck auf die gehäuseseitige Oberfläche der Anpressscheibe 18 wirkt, so dass die Anpressscheibe 18 bei deren Druckbetätigung zum Aneinanderpressen der Kupplungsscheiben 14 von der Innenoberfläche des Gehäuses weg in der Figur nach rechts verschoben wird.
Das zur Druckbetätigung des Verstellmechanismus 20 verschiebliche Bauteil 25 des Verstellmechanismus 20 ist in dem mit Arbeitsmedium befüllbaren Kolbenraum 26 zur Druckbetätigung verschiebbar angeordnet. Dieser Kolbenraum 26 wird vom Turbinenrad 5 ausgebildet. Der Kolbenraum 26 weist eine einen Durchflusswiderstand ausbildende Öffnung 27 auf, wobei beim Verschieben verdrängbares Arbeitsmedium durch diese Öffnung 27 aus dem Kolbenraum 26 verdrängbar ist. Die radial innen gelegenen Enden der Speichen 22 des Drosselbauteils 19 sind an einem außerhalb des Raums angeordneten Endbereich des verschieblichen Bauteils 25 des Verstellmechanismus 20 befestigt.
Das Arbeitsmedium strömt über die Steuerleitung 24 in den Kolbenraum 26 und bewirkt eine Druckbeaufschlagung des verschieblichen Bauteils 25, das insbesondere als Kolben, hier mit einer Kreisringfläche, ausgebildet ist und in Axialrichtung der hydrodynamischen Kupplung 1 verschiebbar ist, so dass der Kolben in einer ersten Position zwischen der wenigstens einen Abzweigbohrung 30 der ersten axialen Bohrung 28 und der wenigstens einen Abzweigbohrung 31 der zweiten axialen Bohrung 29, beide Abzweigbohrungen zueinander abdichtend angeordnet ist. Wird nun der Arbeitsmediumdruck in der Steuerleitung 24 vergrößert, so wird der Kolben in Richtung der Überbrückungskupplung 2 im Kolbenraum 26 verschoben. Der Kolben ist anschließend in einer zweiten Position einseitig außerhalb der Abzweigbohrungen 30 und 31 beider axialer Bohrungen 28 und 29 positioniert, so dass die Abzweigbohrungen 30 und 31 beider axialer Bohrungen 28 und 29 über den Kolbenraum 26 arbeitsmediumleitend miteinander verbunden sind. Damit bildet der Kolben 25 im Zusammenwirken mit den Bohrungen 30 und 31 ein Ventil aus.
Da der Kolben und das Drosselbauteil 19 miteinander verbunden sind, bewirkt die Kolbenbewegung in Richtung der Überbrückungskupplung 2 auch ein axiales Verschieben des Drosselbauteils 19 aus der Kreislaufströmung im Arbeitsraum 6.
Aus dem Kolbenraum 26 strömt das Arbeitsmedium durch die radiale Abzweigbohrung 31 in die axiale Bohrung 29 der Welle 9, und zwar genau dann, wenn der Kolben im Kolbenraum 26 in der zweiten Position axial außerhalb beider Abzweigbohrungen 30, 31 positioniert ist. Die axiale Bohrung 29, welche in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums in der Steuerleitung 24 von einem Steuerleitungseinlass in den Kolbenraum 26 gesehen, hinter dem Kolbenraum 26 angeordnet ist, weist wenigstens eine radiale Auslassbohrung 32 auf, die die axiale Bohrung 29 mit der Anpressscheibe 18 arbeitsmediumleitend verbindet. Das durch diese Auslassbohrung 32 einströmende Arbeitsmedium übt einen Verschiebedruck auf die Anpressscheibe 18 der Einkuppeleinrichtung 17 aus, welche vorwiegend in Axialrichtung der hydrodynamischen Kupplung 1 verschiebbar auf der Welle 9 angeordnet ist. Das Arbeitsmedium drückt die Anpressscheibe 18 gegen die Kupplungsscheiben 14 der Überbrückungskupplung 2, so dass Pumpenrad 4 und Turbinenrad 5 drehfest miteinander verbunden werden.
Wird der Arbeitsmediumdruck in der Steuerleitung 24 verringert, so wird der Kolben im Kolbenraum 26 infolge der Druckbeanspruchung des Drosselbauteils 19 durch die Kreislaufströmung 7 im Arbeitsraum 6 in Richtung auf die Abzweigbohrung 30 zubewegt. Der Kolben befindet sich nun zwischen der wenigstens einen Abzweigbohrung 30 und der wenigstens einen Abzweigbohrung 31 und dichtet beide zueinander ab. Die Druckbeaufschlagung der Einkuppeleinrichtung 17 mit Arbeitsmedium aus der Steuerleitung 24 wird unterbrochen. Folglich fällt der Druck im Innenraum zwischen Gehäuse 8 und Anpressscheibe 18 ab, so dass der auf der Turbinenradseite wirkende Innendruck p_I überwiegt, und die Anpressscheibe 18 insbesondere axial in Richtung des Gehäuses 8 bewegt wird, wobei die Anpressscheibe 18 von den Kupplungselementen 14 gelöst wird. Pumpenrad 4 und Turbinenrad 5 sind dann nicht mehr drehfest miteinander verbunden. Aufgrund der vorgesehenen Öffnung 27 wird bei der gezeigten Ausführungsform die axiale Bohrung 29 mit Arbeitsmediumdruck aus dem Innenraum der hydrodynamischen Kupplung außerhalb des Arbeitsraumes, in welchem die Überbrückungskupplung 2 angeordnet ist, beaufschlagt.
Auch ist es denkbar die Rückstellung der Anpressscheibe 18 über ein in dieser Figur nicht gezeigtes elastisches Element, insbesondere eine Zug- oder Druckfeder zu erreichen. Dabei wirkt die Vorspannkraft des elastischen Elements der infolge des Arbeitsmediumdruckes auf die Anpressscheibe 18 wirkenden Kraft entgegen, so dass bei abnehmendem Arbeitsmediumdruck die Vorspannkraft des elastischen Elements überwiegt und die Anpressscheibe 18 in eine Rückstellposition bewegt wird.

Claims

Anfahreinheit mit einer 1.1 hydrodynamischen Kupplung (1) mit einem Pumpenrad (4) und einem Turbinenrad (5), die miteinander einen torusförmigen, mit einem über einen Arbeitsmediumzu- (11) und einen Arbeitsmediumablauf (12) mit Arbeitsmedium befüllbaren und entleerbaren Arbeitsraum (6) ausbilden, in dem eine Kreislaufströmung (7) des Arbeitsmediums ausbildbar ist; 1.2 wobei ein Drosselbauteil (19) vorgesehen ist, das mittels eines druckbetätigbaren Verstellmechanismus (20) zur Beeinflussung der Kreislaufströmung (7) in die Kreislaufströmung (7) und aus dieser heraus verschiebbar ist; 1.3 und einer mechanischen Überbrückungskupplung (2) mit wenigstens zwei Kupplungselementen (14), die über eine druckbetätigbare Einkuppeleinrichtung (17) miteinander kraftschlüssig in Verbindung bringbar sind, derart, dass das Pumpenrad (4) und das Turbinenrad (5) drehfest koppelbar sind; 1.4 wobei der Verstellmechanismus (20) und die Einkuppeleinrichtung (17) zu deren Druckbetätigung über eine vom Arbeitsmediumzu- (11) und Arbeitsmediumablauf (12) separate, jedoch gemeinsame Steuerleitung (24) mit Arbeitsmediumdrücken beaufschlagbar sind; dadurch gekennzeichnet, dass 1.5 der Verstellmechanismus (20) ein Ventil (25, 30, 31) in der Steuerleitung (24) wenigstens teilweise ausbildet oder betätigend an einem solchen angeschlossen ist, welches den auf die Einkuppeleinrichtung (17) wirkenden Arbeitsmediumdruck in der Steuerleitung (24) in Abhängigkeit der Position des Drosselbauteils (19) variiert.
Anfahreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilkörper des Ventils in der Steuerleitung (24), welcher insbesondere in Form eines Kolbens (25) ausgebildet ist, vorgesehen ist, welcher den Strömungsquerschnitt des Abschnitts der Steuerleitung, der zur Einkuppeleinrichtung (17) führt, in Abhängigkeit des ihn beaufschlagenden Arbeitsmediumdrucks in der Steuerleitung variiert.
Anfahreinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Welle (9) vorgesehen ist, welche das Pumpenrad (4) und/oder das Turbinenrad (5) trägt, und die Welle zwei voneinander getrennte axiale Bohrungen (28, 29) aufweist, die insbesondere fluchtend zueinander liegen, und die über mindestens je eine radiale Abzweigbohrung (30, 31) mit einem mit Arbeitsmedium befüllbaren Kolbenraum (26) in Verbindung stehen, in dem der Ventilkörper in Form eines Kolbens (25) angeordnet und mit Arbeitsmedium beaufschlagbar ist.
Anfahreinheit nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper insbesondere mechanisch mit dem Drosselbauteil (19) verbunden ist, so dass der Ventilkörper und das Drosselbauteil (19) in Abhängigkeit des Arbeitsmediumdruckes in der Steuerleitung gemeinsam verschiebbar sind.
Anfahreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerleitung (24) die einzige vorgesehene Steuerleitung ist.
Anfahreinheit nach Anspruch 4 und insbesondere nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (25) und das Drosselbauteil (19) als ein ringförmiges Element ausgeführt sind, das konzentrisch zur Drehachse der hydrodynamischen Kupplung (1) angeordnet ist und wenigstens im Wesentlichen in radialer Richtung verlaufende Speichen (22) aufweist, die den Ventilkörper und das Drosselbauteil (19) miteinander verbinden.
Anfahreinheit gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselbauteil (19) eine Anströmfläche für Arbeitsmedium aufweist, welche durch axiales Verschieben des Drosselbauteils (19) derart in die Kreislaufströmung (7) im Arbeitsraum (6) einbringbar ist, dass sie in einer ersten Position der Kreislaufströmung (7) entgegensteht und in einer zweiten Position außerhalb der Kreislaufströmung (7) angeordnet ist, und der Ventilkörper als Kolben (25) mit einer mit Arbeitsmedium aus der Steuerleitung (24) beaufschlagten Kolbenfläche zum Verschieben des Kolbens (25) in Axialrichtung der hydrodynamischen Kupplung (1) ausgeführt ist, wobei sich die Anströmfläche in Axialrichtung der hydrodynamischen Kupplung (1) erstreckt und sich die Kolbenfläche in Radialrichtung der hydrodynamischen Kupplung (1) erstreckt.
Anfahreinrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselbauteil (19) radial außerhalb des Ventilkörpers (25) positioniert ist.
Anfahreinheit nach einem der Ansprüche 3 und insbesondere einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenraum (26) als Ring ausgebildet ist, der konzentrisch zur Drehachse (3) der hydrodynamischen Kupplung (1) angeordnet ist.
Anfahreinheit gemäß einem der Ansprüche 3 und insbesondere 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (25) derart im Kolbenraum (26), insbesondere in Axialrichtung der hydrodynamischen Kupplung (1) verschiebbar ist, dass er in einer ersten Position zwischen der wenigstens einen Abzweigbohrung (30) der ersten axialen Bohrung (28) und der wenigstens einen Abzweigbohrung (31) der zweiten axialen Bohrung (29), die Abzweigbohrungen (30, 31) zueinander abdichtend angeordnet ist, und in einer zweiten Position einseitig außerhalb der Abzweigbohrungen (30, 31) beider axialer Bohrungen (28, 29) positioniert ist, so dass die Abzweigbohrungen (30, 31) beider axialer Bohrungen (28, 29) über dem Kolbenraum (26) arbeitsmediumleitend miteinander verbunden sind.
Anfahreinheit gemäß einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkuppeleinrichtung (17) einen Kupplungskolben (18) umfasst, welcher insbesondere in Axialrichtung der hydrodynamischen Kupplung (1) verschiebbar auf der Welle (9) angeordnet ist, und welcher zur Betätigung der Einkuppeleinrichtung (17) mit Arbeitsmedium aus der Steuerleitung (24) beaufschlagbar ist.
Anfahreinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Bohrung (29), welche in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums in der Steuerleitung (24) von einem Steuerleitungseinlass in den Kolbenraum (26) gesehen, hinter dem Kolbenraum (26) angeordnet ist, wenigstens eine radiale Auslassbohrung (32) aufweist, die die axiale Bohrung mit dem Kupplungskolben (18) arbeitsmediumleitend verbindet.
Anfahreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der beiden Kupplungselemente (14), das Drosselbauteil (19) und/oder der Ventilkörper durch ein elastisches Element, insbesondere eine Zug- oder Druckfeder vorgespannt ist/sind.
Verfahren zum Variieren der Leistungsübertragung in einer Anfahreinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, mit den folgenden Schritten: 14.1 das Drosselbauteil (19) wird durch Ändern des Arbeitsmediumdrucks in der Steuerleitung (24) in die oder aus der Kreislaufströmung (7) verschoben; 14.2 die Einkuppeleinrichtung (17) wird durch Ändern des Arbeitsmediumdruckes in der Steuerleitung (24) zum Öffnen oder Schließen der Überbrückungskupplung (2) betätigt; 14.3 der auf die Einkuppeleinrichtung (17) wirkende Arbeitsmediumdruck in der Steuerleitung (24) wird durch Betätigen des Ventils (25, 30, 31) in der Steuerleitung (24) variiert; dadurch gekennzeichnet, dass 14.4 das Ventil (25, 30, 31) in der Steuerleitung (24) durch Verschieben des Drosselbauteils (19) mittels des Drosselbauteils (19) betätigt wird, um den auf die Einkuppeleinrichtung (17) wirkenden Arbeitsmediumdruck zu variieren.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (25, 30, 31) in der Stellung des Drosselbauteils (19), in welcher das Drosselbauteil (19) in der Kreislaufströmung (7) positioniert ist, den Strömungsquerschnitt für Arbeitsmedium in der Steuerleitung (24) derart verschließt, dass die Druckbeaufschlagung der Einkuppeleinrichtung (17) mittels Arbeitsmedium aus der Steuerleitung (24) unterbrochen wird, und das Ventil (25, 30, 31) in der Stellung des Drosselbauteils (19) außerhalb der Kreislaufströmung (7) den Strömungsquerschnitt für Arbeitsmedium in der Steuerleitung (24) freigibt, so dass die Einkuppeleinrichtung (17) mit Arbeitsmediumdruck aus der Steuerleitung (24) beaufschlagt wird.