DE102012004689A1

DE102012004689A1 - Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102012004689A1
Application number: DE201210004689
Authority: DE
Inventors: Achim Menne; Tilman Huth; Dieter Laukemann; Martin Becke; Werner Adams; Werner Klement
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2012-03-12
Publication date: 2013-09-12
Also published as: WO2013135484A1; EP2825426A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Lastkraftwagen, mit einem hydrodynamischen Retarder, der mittels einer Trennkupplung mechanisch in eine Triebverbindung mit einer Antriebswelle schaltbar und von dieser abkoppelbar ist; wobei der hydrodynamische Retarder auf einer Hochtriebswelle in einem Hochtrieb zur Antriebswelle positioniert ist, die über eine Übersetzung ins Schnelle an der Antriebswelle angeschlossen ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzung ins Schnelle wenigstens zweistufig ausgebildet ist und eine Zwischenwelle umfasst, auf welcher die Trennkupplung positioniert ist, wobei eine erste Übersetzungsstufe zwischen der Antriebswelle und der Zwischenwelle und eine zweite Übersetzungsstufe zwischen der Zwischenwelle und der Hochtriebswelle vorgesehen sind, und der hydrodynamische Retarder und die Trennkupplung bezogen auf die Axialrichtung der Antriebswelle entweder gemeinsam zwischen der ersten und der zweiten Übersetzungsstufe oder gemeinsam auf der der zweiten Übersetzungsstufe abgewandten Seite der ersten Übersetzungsstufe oder gemeinsam auf der der ersten Übersetzungsstufe abgewandten Seite der zweiten Übersetzungsstufe positioniert sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einem hydrodynamischen Retarder, im Einzelnen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Hydrodynamische Retarder haben sich als verschleißfreie Dauerbremsen in Kraftfahrzeugantriebssträngen, insbesondere von Lastkraftwagen, bewährt. Voraussetzung für die Akzeptanz von hydrodynamischen Retardern bei den Nutzfahrzeugherstellern ist jedoch, dass die Leerlaufverluste solcher hydrodynamischer Retarder im Nichtbremsbetrieb minimal sind. Herkömmlich werden daher verschiedene Maßnahmen vorgesehen, um die Leerlaufverluste im Nichtbremsbetrieb zu reduzieren. Hierzu gehört das Vorsehen von sogenannten Ventilationsblenden, die im Nichtbremsbetrieb in den Spalt zwischen dem Rotor und dem Stator eingebracht werden, um eine Kreislaufströmung von Luft beziehungsweise einem Luft-Restarbeitsmedium-Gemisch zu unterbinden. Andere Maßnahmen sehen vor, beim Übergang vom Bremsbetrieb zum Nichtbremsbetrieb den Rotor vom Stator abzufahren oder umgekehrt, ebenso mit der Maßgabe, den Aufbau einer unerwünschten Kreislaufströmung zwischen Rotor und Stator zu unterbinden. Eine aufwändigere Lösung sieht die mechanische Abkopplung des Rotors im Nichtbremsbetrieb vom Antriebsstrang vor, sodass der Rotor stehenbleibt.
Insbesondere die letztgenannte Lösung verspricht zwar ein hohes Potenzial im Hinblick darauf, dass eine Kreislaufströmung im Arbeitsraum sicher vermieden werden kann, jedoch wird herkömmlich ein erheblicher Bauraum für diese Lösung benötigt. Auch gilt es zu berücksichtigen, dass die Abkopplung des Rotors des hydrodynamischen Retarders in der Regel unmittelbar vor dem Rotor erfolgt, womit auch im Nichtbremsbetrieb zusätzliche Massen, die bei Ausführungsformen ohne hydrodynamischen Retarder nicht vorhanden sind, umlaufen müssen. Es war ferner bisher nicht möglich, einem Nutzfahrzeughersteller eine Lösung anzubieten, durch welche ein bestehender mechanisch nicht entkoppelbarer Retarder durch einen entkoppelbaren Retarder ersetzt werden kann, ohne die Systemumgebung im Bereich des Retarders wesentlich zu ändern.
Die Nachteile bestehender Vorschläge für die mechanische Abkopplung des Rotors im Nichtbremsbetrieb vom Antriebsstrang waren so gravierend, dass entsprechende Lösungen in der Praxis nicht oder nur selten zum Einsatz kamen. Somit wurde in der Praxis höchstes Augenmerk darauf gerichtet, alle in der Triebverbindung zum hydrodynamischen Retarder vorgesehenen Bauteile und Übersetzungen möglichst verlustarm auszuführen, was dazu geführt hat, dass, um trotzdem vergleichsweise hohe Drehzahlen zu ermöglichen, Retarder häufig in einem sogenannten Hochtrieb an einer Antriebswelle des Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs, beispielsweise der Getriebeabtriebswelle bei Sekundärretardern vorgesehen werden, wobei der Hochtrieb über eine einfache Stirnradstufe ins Schnelle gegenüber der Antriebswelle übersetzt ist. Beispielsweise wird hierzu auf die DE 41 08 658 A1 verwiesen.
Ein mechanisch abkoppelbarer hydrodynamischer Retarder mit einer zusätzlichen mechanischen Trennkupplung im Hochtrieb wird in der Offenlegungsschrift DE 10 2009 001 146 A1 beschrieben.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Lastkraftwagen, mit einem hydrodynamischen Retarder anzugeben, der hinsichtlich seiner Verlustleistung im Nichtbremsbetrieb optimiert ist und zugleich eine besonders hohe Bremsleistung zur Verfügung stellen soll beziehungsweise bezüglich des Verhältnisses seiner Baugröße zur maximalen Bremsleistung optimiert werden soll. Der Retarder soll vorteilhaft leicht in bestehende Antriebsstränge beziehungsweise ohne größere Abänderung der Konstruktion des Antriebsstrangs in Kraftfahrzeuge integriert werden können.
Schließlich soll sich der Retarder durch eine besonders kurze axiale Baulänge auszeichnen.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch einen Antriebsstrang für Kraftfahrzeuge, insbesondere Lastkraftwagen, mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
Ein erfindungsgemäßer Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Lastkraftwagen, wobei die Erfindung jedoch auch bei anderen Fahrzeugen anwendbar ist, beispielsweise Schienenfahrzeugen oder Personenkraftwagen, weist einen hydrodynamischen Retarder auf, der mittels einer Trennkupplung mechanisch in eine Triebverbindung mit einer Antriebswelle schaltbar ist und von dieser abkoppelbar ist. Erfindungsgemäß ist der Retarder auf einer Hochtriebswelle in einem Hochtrieb zur Antriebswelle positioniert, wobei die Hochtriebswelle über eine Übersetzung ins Schnelle an der Antriebswelle angeschlossen ist. Hochtrieb bedeutet dabei, dass der Retarder mit einer größeren Drehzahl umläuft, als die antreibende Antriebswelle.
Erfindungsgemäß ist die Übersetzung ins Schnelle nun wenigstens zweistufig ausgebildet, umfassend eine erste Übersetzungsstufe zwischen der Antriebswelle und einer Zwischenwelle und eine zweite Übersetzungsstufe zwischen der Zwischenwelle und der Hochtriebswelle.
Zur Ausführung der Erfindung gibt es nun drei alternative Möglichkeiten: Der Retarder und die Trennkupplung sind bezogen auf die Axialrichtung der Antriebswelle gemeinsam zwischen der ersten und der zweiten Übersetzungsstufe angeordnet. Das bedeutet, in Axialrichtung der Antriebswelle beziehungsweise der Zwischenwelle oder Hochtriebswelle, welche vorteilhaft alle parallel zueinander verlaufen, sind der hydrodynamische Retarder und die Trennkupplung hinter der ersten Übersetzungsstufe und vor der zweiten Übersetzungsstufe positioniert.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind die Trennkupplung und der hydrodynamische Retarder auf der der zweiten Übersetzungsstufe abgewandten Seite der ersten Übersetzungsstufe gemeinsam angeordnet. Gemäß der dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die Trennkupplung und der hydrodynamische Retarder gemeinsam auf der der ersten Übersetzungsstufe abgewandten Seite der zweiten Übersetzungsstufe positioniert.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann sowohl eine besonders große Spreizung zwischen den Drehzahlen der Antriebswelle und des Retarders erreicht werden als auch eine äußerst kompakte axiale Baulänge des gesamten Antriebsstranges beginnend auf dem Abzweig des Leistungsflusses auf der Antriebswelle bis zum hydrodynamischen Retarder einschließlich desselben.
Besonders günstig ist es, wenn der hydrodynamische Retarder und die Trennkupplung bezogen auf die Axialrichtung der Antriebswelle beziehungsweise der Zwischenwelle oder Hochtriebswelle derart in demselben axialen Abschnitt angeordnet sind, dass sie einander mit ihrem Umfang gegenüberstehen, sich also gegenseitig überdecken. Hierbei ist es vorteilhaft möglich, dass das Retardergehäuse oder ein Statorgehäuse des Retarders Teile der Trennkupplung trägt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Trennkupplung an einem axialen Ende der Zwischenwelle positioniert und der hydrodynamische Retarder ist an dem entsprechenden axialen Ende der Hochtriebswelle positioniert. Alternativ kann die Trennkupplung in der Mitte beziehungsweise im mittleren Bereich auf der Zwischenwelle positioniert sein und der hydrodynamische Retarder in der Mitte beziehungsweise im mittleren Bereich der Hochtriebswelle oder auch an einem Ende derselben positioniert sein.
Insbesondere, wenn die Trennkupplung an einem axialen Ende der Zwischenwelle positioniert ist, beispielsweise fliegend gelagert, ist es günstig, wenn die Trennkupplung einen in Axialrichtung der Zwischenwelle wirkenden Aktuator aufweist, der eine Axialkraft zum Schließen oder Öffnen der Trennkupplung auf diese aufbringt. Wenn der Aktuator eine Axialkraft zum Öffnen aufbringt, kann ein anderer Kraftspeicher, beispielsweise Federspeicher, zum Schließen der Trennkupplung vorgesehen sein, gegen welchen der Aktuator arbeitet.
Günstig ist es, wenn die Trennkupplung in Axialrichtung der Zwischenwelle einander gegenüberstehende konusförmige Reibelemente aufweist, die durch Beaufschlagen mit der Axialkraft des Aktuators in einen Reibschluss miteinander bringbar sind. Wenn die Axialkraft des Aktuators zum Öffnen der Trennkupplung dient, werden entsprechend die Reibelemente durch Beaufschlagen mit der Axialkraft aus dem Reibschluss miteinander gebracht.
Insbesondere zusätzlich zu den Reibelementen kann die Trennkupplung eine oder mehrere Kupplungsklauen aufweisen, die ebenfalls durch Beaufschlagen mit der Axialkraft des Aktuators betätigt werden, um diese gemäß einer ersten Ausführungsform in einen mechanisch formschlüssigen verriegelnden Eingriff miteinander zu bringen oder gemäß der Ausführungsform, bei welcher die Axialkraft zum Öffnen der Trennkupplung dient, aus einem solche Eingriff gebracht werden.
Die Reibelemente und die Kupplungsklauen können beispielsweise in Axialrichtung derart hintereinander geschaltet sein, dass, wenn der Aktuator zum Schließen der Trennkupplung dient, dieser zunächst die Reibelemente und anschließend die Kupplungsklauen betätigt, um die Trennkupplung zu schließen. Mit den Reibelementen können durch die Beaufschlagung mit der Axialkraft des Aktuators die Drehzahlen der Kupplungsantriebsseite (Primärseite) und der Kupplungsabtriebsseite (Sekundärseite) synchronisiert werden, bevor die Trennkupplung mit den Kupplungsklauen durchgeschaltet wird, um die Primärseite und die Sekundärseite der Trennkupplung mechanisch aneinander zu verriegeln. Wenn der Aktuator zum Öffnen der Trennkupplung dient, kann er dementsprechend gegen den anderen Kraftspeicher arbeiten, der die Reibelemente in Eingriff bringt und die Kupplungsklauen betätigt. Zur Betätigung der Reibelemente und der Kupplungsklauen können auch mehrere Kraftspeicher vorgesehen sein, gegen welche der Aktuator arbeitet. In diesem Fall wird der Aktuator somit beim Öffnen der Trennkupplung zunächst die Kupplungsklauen und anschließend die Reibelemente außer Eingriff bringen, wobei auch eine andere Reihenfolge oder gleichzeitige Betätigung möglich ist, beziehungsweise beim Schließen der Kupplung zunächst die Reibelemente und anschließend die Kupplungsklauen freigeben, damit diese durch den oder die zugeordnete Kraftspeicher geschlossen werden.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Retarder oder ein Rotor des Retarders, wobei der Retarder entweder den Rotor und einen Stator oder den Rotor und einen entgegengesetzt zu dem Rotor umlaufenden Gegenlaufrotor aufweist, fliegend auf der Hochtriebswelle und die Trennkupplung fliegend auf der Zwischenwelle gelagert sind.
Günstig ist es, wenn die Trennkupplung eine Primärseite aufweist, die mit einem Abtriebszahnrad der ersten Übersetzungsstufe verbunden ist, sowie eine Sekundärseite, die mit der Zwischenwelle verbunden ist.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels exemplarisch beschrieben werden.
In der 1 ist schematisch ein Antriebsstrang mit einer Antriebswelle 1 dargestellt. Die Antriebswelle 1 kann beispielsweise die Getriebeabtriebswelle des Kraftfahrzeugs sein oder ein Nebenabtrieb des Getriebes oder Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs. Selbstverständlich kommen auch andere Wellen in Betracht, beispielsweise eine dem Getriebe nachgeordnete Kardanwelle oder Gelenkwelle, die Motorabtriebswelle oder eine Welle zwischen Motor und Getriebe. Andere Wellen sind möglich.
Die Antriebswelle 1 trägt ein Antriebszahnrad 2 einer ersten Übersetzungsstufe 3, das mit einem Abtriebszahnrad 4 der ersten Übersetzungsstufe 3 kämmt. Das Abtriebszahnrad 4 der ersten Übersetzungsstufe 3 ist auf einer Zwischenwelle 5 positioniert, die wiederum ein Antriebszahnrad 6 einer zweiten Übersetzungsstufe 7 trägt, das mit einem Abtriebszahnrad 8 der zweiten Übersetzungsstufe 7 kämmt.
Das Abtriebszahnrad 8 der zweiten Übersetzungsstufe 7 ist auf einer Hochtriebswelle 9 positioniert, welche auch den hydrodynamischen Retarder 10 beziehungsweise dessen Rotor 11, der mit dem Stator 12 einen torusförmigen Arbeitsraum 13 ausbildet, trägt.
Der Retarder 10 ist an einem axialen Ende der Hochtriebswelle 9 positioniert. An dem gleichgerichteten axialen Ende der Zwischenwelle 5 ist eine Trennkupplung 14 vorgesehen, mittels welcher die Triebverbindung von der Antriebswelle 1 zum Retarder 10 mechanisch unterbrochen werden kann, indem die Trennkupplung 14 geöffnet wird. Die Trennkupplung 14 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in Richtung des Antriebsleistungsflusses zwischen dem Abtriebszahnrad 4 der ersten Übersetzungsstufe 3 und der Zwischenwelle 5 vorgesehen. Sie weist Reibelemente 15 und 15 auf, mittels welchen die Drehzahlen der Primärseite 17, hier angeschlossen am Abtriebszahnrad 4 der ersten Übersetzungsstufe 3, und der Sekundärseite 18, hier angeschlossen an der Zwischenwelle 5, synchronisiert werden können. Ferner weist die Trennkupplung 14 Kupplungsklauen 19, 20 auf, mit welchen die Primärseite 17 und die Sekundärseite 18 der Trennkupplung 14 mechanisch durch Formschluss aneinander verriegelt werden können.
Sowohl die Reibelemente 15, 16 als auch die Kupplungsklauen 19, 20 werden durch einen Aktuator 21 betätigt, der eine Axialkraft auf die Trennkupplung 14 ausübt und dadurch zunächst die Reibelemente 15, 16 in einen reibenden Eingriff bringt und anschließend die Kupplungsklauen 19, 20 miteinander verriegelt.
Günstig bei der gezeigten Ausführungsform ist, dass der hydrodynamische Retarder 10, die Hochtriebswelle 9, die Zwischenwelle 5, der Aktuator 21 und die Trennkupplung 14 zusammen mit dem Abtriebszahnrad 4, dem Antriebszahnrad 6 und dem Abtriebszahnrad 8 in einem gemeinsamen Gehäuse oder zumindest an diesem Gehäuse getragen vorgesehen werden können. Ein solches Gehäuse ist durch die mit dem Bezugszeichen 22 bezeichneten Linien angedeutet. Ein solches Gehäuse 22 kann in ein Getriebegehäuse 23 eingesteckt und/oder an diesem montiert sein.
Eine alternative Position für die Trennkupplung 14 und den hydrodynamischen Retarder wird durch die strichpunktierte Linie 24 angedeutet, sowie weitere mögliche Positionen durch die Strichpunktlinien 25 und 26.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4108658 A1 [0004]
DE 102009001146 A1 [0005]

Claims

Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Lastkraftwagen, mit einem hydrodynamischen Retarder (10), der mittels einer Trennkupplung (14) mechanisch in eine Triebverbindung mit einer Antriebswelle (1) schaltbar und von dieser abkoppelbar ist; wobei der hydrodynamische Retarder (10) auf einer Hochtriebswelle (9) in einem Hochtrieb zur Antriebswelle (1) positioniert ist, die über eine Übersetzung ins Schnelle an der Antriebswelle (1) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzung ins Schnelle wenigstens zweistufig ausgebildet ist und eine Zwischenwelle (5) umfasst, auf welcher die Trennkupplung (14) positioniert ist, wobei eine erste Übersetzungsstufe (3) zwischen der Antriebswelle (1) und der Zwischenwelle (5) und eine zweite Übersetzungsstufe (7) zwischen der Zwischenwelle (5) und der Hochtriebswelle (9) vorgesehen sind, und der hydrodynamische Retarder (10) und die Trennkupplung (14) bezogen auf die Axialrichtung der Antriebswelle (1) entweder gemeinsam zwischen der ersten und der zweiten Übersetzungsstufe (3, 7) oder gemeinsam auf der der zweiten Übersetzungsstufe (7) abgewandten Seite der ersten Übersetzungsstufe (3) oder gemeinsam auf der der ersten Übersetzungsstufe (3) abgewandten Seite der zweiten Übersetzungsstufe (7) positioniert sind.
Antriebsstrang gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hydrodynamische Retarder (10) und die Trennkupplung (14) bezogen auf die Axialrichtung der Antriebswelle (1) derart in demselben axialen Abschnitt angeordnet sind, dass sie einander überdeckend mit ihrem Umfang gegenüberstehen.
Antriebsstrang gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (14) an einem axialen Ende der Zwischenwelle (5) positioniert ist und der hydrodynamische Retarder (10) an dem entsprechenden axialen Ende der Hochtriebswelle (9) positioniert ist.
Antriebsstrang gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (14) einen in Axialrichtung der Zwischenwelle (5) wirkenden Aktuator (21) aufweist, der eine Axialkraft zum Schließen oder Öffnen der Trennkupplung (14) auf diese aufbringt.
Antriebsstrang gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (14) in Axialrichtung der Zwischenwelle (5) einander gegenüberstehende konusförmige Reibelemente (15, 16) aufweist, die durch Beaufschlagen mit der Axialkraft des Aktuators (21) in einen oder aus einem Reibschluss miteinander bringbar sind, um die Trennkupplung (14) zu schließen oder zu öffnen.
Antriebsstrang gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (14) eine oder mehrere Kupplungsklauen (19, 20) aufweist, die durch Beaufschlagen mit der Axialkraft des Aktuators (21) in einen mechanisch formschlüssig verriegelten Eingriff miteinander oder aus einem solchen Eingriff bringbar sind, um die Trennkupplung (14) zu schließen oder zu öffnen.
Antriebsstrang gemäß der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibelemente (15, 16) und die Kupplungsklauen (19, 20) in Axialrichtung derart hintereinander geschaltet sind, dass der Aktuator (21) zunächst die Reibelemente (15, 16) und anschließend die Kupplungsklauen (19, 20) betätigt, um die Trennkupplung (14) zu schließen, oder zunächst die Kupplungsklauen (19, 20) und anschließend die Reibelemente (15, 16) betätigt, um die Trennkupplung zu öffnen.
Antriebsstrang gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der hydrodynamische Retarder (10) oder ein Rotor (11) des hydrodynamischen Retarders (10) fliegend auf der Hochtriebswelle (9) und die Trennkupplung (14) fliegend auf der Zwischenwelle (5) gelagert sind.
Antriebsstrang gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (14) eine Primärseite (17) aufweist, die mit einem Abtriebszahnrad (4) der ersten Übersetzungsstufe (3) verbunden ist, und ferner eine Sekundärseite (18), die mit der Zwischenwelle (5) verbunden ist.