-
Die Erfindung betrifft eine Getriebeeinheit zum Koppeln des Laufrads einer hydrodynamischen Komponente mit einem Antriebselement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Außerdem betrifft die Erfindung Verfahren zum Koppeln eines Laufrads einer hydrodynamischen Komponente mit einem Antriebsstrang mittels einer solchen Getriebeeinheit.
-
Die Erfindung beschäftigt sich mit einer Getriebeeinheit zum Koppeln und zum lösbaren Verbinden eines Laufrads einer hydrodynamischen Komponente mit einem Antriebselement, beispielsweise einem durch einen Antriebsstrang angetriebenen Antriebselement. Insbesondere beschäftigt sich die Erfindung mit einer Getriebeeinheit zum Koppeln eines abschaltbaren Retarders als hydrodynamische Komponente an ein Antriebselement, welches mit dem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, in Verbindung steht.
-
Die
DE 10 2010 028 077 A1 beschreibt ein Verfahren zur Schaltsteuerung eines automatisierten Schaltgetriebes. Diesem ist ein mit einem Pumpenrad und einem Turbinenrad versehenes hydrodynamisches Anfahr- und Bremselement vorgeschaltet. Zur Verkürzung des Schaltungsablaufs ist es vorgesehen, dass das Abbremsen der Eingangswelle über eine getriebeinterne Synchronisiereinrichtung schon während des Abbremsens des Turbinenrads über die Turbinenbremse um einen vorab bestimmten Zeitverzug nach dem Einschalten der Turbinenbremse begonnen wird.
-
Die getriebeinterne Synchronisiereinrichtung wird während des Abbremsens der Eingangswelle derart angesteuert, dass die Eingangswelle bis zum Erreichen einer vorgegebenen Referenzdrehzahl durch das Turbinenrad eine vorgegebene Mindestdrehzahldifferenz zu dem Turbinenrad nicht wesentlich unterschreitet.
-
Aus der
EP 2 024 209 B1 ist ein Verfahren zum Steuern einer hydrodynamischen Bremse bekannt. Die dort beschriebene hydrodynamische Komponente in Form eines hydrodynamischen Retarders wird über eine mechanische Kupplungseinrichtung mit einem Synchronelement bei Bedarf mit einer angetriebenen Welle, welche abgebremst werden soll, verbunden. Die Problematik bei diesem Aufbau besteht nun darin, dass, insbesondere dann, wenn die hydrodynamische Komponente während dem Schließen der Kupplungseinrichtung bereits mit Arbeitsmedium gefüllt ist oder während des Schließens der Kupplungseinrichtung mit Arbeitsmedium befüllt wird, von der Kupplungseinrichtung eine vergleichsweise hohe Synchronisationsarbeit geleistet werden muss, da das wenigstens eine drehbewegliche Bauteil in dem Arbeitsraum der hydrodynamischen Komponente dem Wechsel vom Stillstand in den angetriebenen Zustand einen erheblichen Widerstand entgegensetzt. Die Synchronisationsenergie muss dabei durch die Kupplungseinrichtung aufgebracht werden, was diese wiederum sehr stark belastet, und zu einem erhöhten Verschleiß der mechanischen Kupplungseinrichtung beziehungsweise ihres Synchronelements führt.
-
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Getriebeeinheit zum Koppeln eines Laufrads einer hydrodynamischen Komponente mit einem Antriebselement anzugeben, welches diese Nachteile vermeidet und eine einfache und effiziente Möglichkeit zur Übertragung einer hohen Synchronisationsleistung bietet. Außerdem ist es die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Koppeln eines Laufrads einer hydrodynamischen Komponente mit einem Antriebsstrang mittels einer solchen Getriebeeinheit anzugeben.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Getriebeeinheit mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Außerdem lösen die in den Ansprüchen 11 und 12 beschriebenen Verfahren diese Aufgabe. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Getriebeeinheit ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen.
-
Die erfindungsgemäße Getriebeeinheit zum Koppeln eines Laufrads einer hydrodynamischen Komponente mit einem Antriebselement sieht es vor, dass über eine erste Kupplungseinrichtung mit einem Synchronelement eine mittelbar mit dem Laufrad verbundene Zwischenwelle mit dem Antriebselement verbindbar ist, und dass über eine zweite mit einem Synchronelement versehene Kupplungseinrichtung die Laufradwelle zumindest mittelbar mit dem Antriebselement verbindbar ist, und dass ferner die Laufradwelle und die Zwischenwelle über einen Freilauf in einer einseitigen Triebverbindung stehen. Die beiden Kupplungseinrichtungen mit den Synchronelementen können bei der erfindungsgemäßen Getriebeeinheit je nach konstruktiver Ausgestaltung im Detail die Leistung entweder parallel oder seriell übertragen, wobei über den Freilauf eventuelle Drehzahldifferenzen in einer Richtung ausgeglichen werden können. Hierdurch ist es möglich, dass die Laufradwelle, falls diese bereits mit höherer Drehzahl dreht als die Zwischenwelle, nicht angetrieben wird, sondern gegenüber der Zwischenwelle „frei” läuft.
-
Bei der erfindungsgemäßen Getriebeeinheit gehen mehrere gleichsinnig wirkende synchronisierbare Antriebe parallel oder seriell hintereinander geschaltet und gegebenenfalls mit unterschiedlichen Übersetzungen auf eine antreibbare zuzukoppelnde Laufradwelle, welche ihrerseits mit dem Laufrad der hydrodynamischen Komponente verbunden ist. Die Antriebe sind dabei über einen Freilauf oder im Falle von mehreren unterschiedlichen Übersetzungsstufen auch mit mehreren Freiläufen miteinander verbunden beziehungsweise voneinander getrennt. Die Anzahl der Freiläufe ist dabei jeweils um eins kleiner als die Anzahl der unterschiedlichen Übersetzungsstufen.
-
Die unterschiedlichen Antriebe können mittels der unterschiedlichen Übersetzungen hinsichtlich ihrer Aufgabe optimiert werden. Zum Beispiel kann ein erstes mit einem Synchronelement ausgebildetes Kupplungselement mit einer drehmomentstarken Übersetzung die anzutreibende Laufradwelle beziehungsweise das anzutreibende Laufrad der hydrodynamischen Komponente gegen ein hohes Losbrechmoment losreißen oder beispielsweise bei der Ausbildung der hydrodynamischen Komponente als Retarder diesen gegen einen hohen Systemdruck entleeren. Über wenigstens ein weiteres Kupplungselement mit Synchronelement kann dann das losgerissene Laufrad mit einer drehzahlstarken Übersetzung auf die Zieldrehzahl beschleunigt werden. Die beiden Kupplungseinrichtungen mit ihren Synchronelementen teilen sich dabei die insgesamt anfallende Schaltarbeit beziehungsweise Synchronisierarbeit auf, sind aber auch in der Lage, gemeinsam ein Vielfaches Synchronisierdrehmoment auf das zu beschleunigende Laufrad der hydrodynamischen Komponente zu übertragen, sodass beispielsweise bei einem zuschaltbaren beziehungsweise abschaltbaren Retarder eine eventuelle Restbefüllung des Retarders mit Arbeitsmedium sehr leicht ausgeglichen werden kann.
-
Je nach bevorzugtem Anwendungsfall kann der konstruktive Aufbau entsprechend angepasst sein. So kann es gemäß einer sehr günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Getriebeeinheit vorgesehen sein, dass über die zweite Kupplungseinrichtung die Laufradwelle mit der Zwischenwelle verbindbar ist. Die Zwischenwelle ist ihrerseits über die erste Kupplungseinrichtung mit dem Synchronelement mit dem Antriebselement verbindbar, sodass insgesamt ein serieller Aufbau entsteht, bei welchem idealerweise zuerst das erste Kupplungselement und dann das zweite Kupplungselement nacheinander geschaltet werden.
-
In einer alternativen Ausführungsform kann es dagegen vorgesehen sein, dass über die zweite Kupplungseinrichtung die Laufradwelle mit dem Antriebselement verbunden ist. Ein solcher Aufbau, bei dem die Laufradwelle parallel zur Zwischenwelle über die zweite Kupplungseinrichtung mit dem Antriebselement verbindbar ist, stellt insgesamt einen parallelen Aufbau der beiden mit den Synchronelementen versehenen Kupplungseinrichtungen dar. Dieser ist in der Lage, ein sehr hohes Synchronisierdrehmoment zu übertragen.
-
In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Aufbaus kann es ferner vorgesehen sein, dass die zweite Kupplungseinrichtung über ein Getriebe, insbesondere ein Planetengetriebe, mit der Laufradwelle in Verbindung steht. Dieser Aufbau, bei der die über die zweite Kupplungseinrichtung fließende Leistung über ein Getriebe auf die Laufradwelle eingekoppelt wird, ermöglicht ferner den Einsatz einer Übersetzung, gegebenenfalls einer von einem eventuellen Getriebe im Bereich des anderen Leistungszweigs abweichenden Übersetzung, um so die oben bereits beschriebenen unterschiedlichen Aufgaben ideal erfüllen zu können.
-
In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Getriebeeinheit ist es außerdem vorgesehen, dass in der einseitigen Triebverbindung zwischen der Laufradwelle und der Zwischenwelle wenigstens ein Getriebe angeordnet ist. Ein solches Getriebe in diesem Bereich kann entweder vor und/oder nach dem Freilauf angeordnet sein und ermöglicht auch hier die Einstellung einer gezielten Übersetzung zwischen der Laufradwelle und der Zwischenwelle beziehungsweise dem Freilauf.
-
In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Getriebeeinheit ist es außerdem vorgesehen, dass die erste und die zweite Kupplungseinrichtung über einen gemeinsamen Aktuator betätigbar sind. Ein solcher gemeinsamer Aktuator zum Betätigen beider Kupplungseinrichtungen macht den Aufbau der Getriebeeinheit entsprechend einfach und effizient, da die zur Betätigung benötigte Aktuatorik deutlich reduziert werden kann. Der Aktuator kann dabei die Kupplungseinrichtungen entweder gleichzeitig betätigen oder durch eine geeignet ausgebildete mechanische Kupplung so, dass die zweite Kupplungseinrichtung erst nach der ersten Kupplungseinrichtung, insbesondere nach dem schlupffreien Eingriff der ersten Kupplungseinrichtung, entsprechend geschaltet wird.
-
Die beiden Verfahren zum Koppeln einer hydrodynamischen Komponente mit einem Antriebsstrang mittels einer derartigen erfindungsgemäßen Getriebeeinheit sehen es dann je nach Aufbau und Anwendung entsprechend vor, dass gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Verfahren zuerst die erste mit einem Synchronisierelement versehene Kupplungseinrichtung geschlossen wird, bis diese im schlupffreien Eingriff steht, wonach die zweite mit einem Synchronisierelement versehene Kupplungseinrichtung geschlossen wird. Dieses Verfahren teilt die Schaltarbeit auf die beiden Kupplungseinrichtungen mit ihren Synchronisierelementen auf. Diese können beispielsweise unterschiedliche Anforderungen erfüllen und einmal hinsichtlich des Drehmoments und das andere Mal hinsichtlich der Drehzahl optimiert ausgestaltet werden. Das Verfahren ist dabei idealerweise so gestaltet, dass die erste Kupplungseinrichtung entsprechend geschaltet wird, bis diese im schlupffreien Eingriff ist, oder falls eine mechanische Verriegelung nach der Synchronisation erfolgt, bis die mechanische Verbindung hergestellt ist. Nachdem diese schlupffreie Verbindung hergestellt ist, man spricht auch davon, dass die Kupplungseinrichtung „durchgeschaltet” ist, wird die zweite Kupplungseinrichtung betätigt, sodass diese sich die Schaltarbeit entsprechend aufteilen.
-
In dem alternativen Verfahren hierzu ist es dagegen vorgesehen, dass die erste und die zweite Kupplungseinrichtung mit ihren Synchronelementen gleichzeitig betätigt werden. Eine solche gleichzeitige Betätigung beider Kupplungseinrichtungen verteilt die Synchronisierarbeit auf beide Kupplungseinrichtungen, sodass diese insgesamt ein sehr viel höheres Synchronisierdrehmoment übertragen können. Bei weiterhin sehr einfachem und kompaktem Aufbau lässt sich so ein sehr hohes Drehmoment übertragen, um beispielsweise einen bereits mit Arbeitsmedium befüllten Retarder als hydrodynamische Komponente einem Antriebselement zuschalten zu können.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Getriebeeinheit sowie der erfindungsgemäßen Verfahren ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren kurz erläutert werden.
-
Es zeigen:
-
1 eine mechanisch parallel geschaltete zweistufige Getriebeeinheit mit einer Übersetzung ins Schnelle mittels eines Planetengetriebes;
-
2 eine mechanisch seriell geschaltete zweistufige Getriebeeinheit mit einer Übersetzung ins Schnelle mittels eines Planetengetriebes;
-
3 eine mechanisch seriell geschaltete zweistufige Getriebeeinheit mit doppeltem Stirnradgetriebe;
-
4 eine mechanisch parallel geschaltete zweistufige Getriebeeinheit mit doppeltem Stirnradgetriebe; und
-
5 eine mechanisch parallel geschaltete zweistufige Getriebeeinheit mit einer Übersetzung ins Langsame mittels eines Planetengetriebes.
-
In der Darstellung der 1 ist eine erste mögliche Ausführungsform einer Getriebeeinheit 1 gemäß der Erfindung schematisch dargestellt.
-
Die Getriebeeinheit 1 wird über einen Antriebsstrang angetrieben, von welchem hier beispielhaft eine Welle 2 mit Zahnrad angedeutet ist. Es kann sich dabei beispielsweise um einen Nebenabtrieb an einem Getriebe eines Nutzfahrzeugs handeln. Über die Getriebeeinheit 1 lässt sich die Welle 2 über ein als Zahnrad ausgebildetes Antriebselement 3 der Getriebeeinheit 1 mit einer hydrodynamischen Komponente 4 verbinden. Bei der hydrodynamischen Komponente 4 soll es sich insbesondere um einen Retarder handeln. Ein Laufrad 5 des Retarders 4, welches mit einer Laufradwelle 6 direkt verbunden ist, wird bei Bedarf über die Getriebeeinheit 1 mit der Welle 2 des Antriebsstrangs verbunden und bremst diesen somit ab. Der Aufbau ist dabei rein beispielhaft zu verstehen. Anstelle des Retarders 4 könnte auch eine andere hydrodynamische Komponente 4 oder eine andere Bauart eines hydrodynamischen Retarders, beispielweise mit freilaufendem und nur bei Bedarf festgebremstem Stator, eingesetzt werden. Zum Verbinden des Antriebselements 3 mit der Laufradwelle 6 und damit mit dem Laufrad 5 des Retarders 4 sind zwei Kupplungseinrichtungen 7, 8 vorgesehen, welche jeweils über ein Synchronelement 9, 10 verfügen. Über die erste Kupplungseinrichtung 7 mit dem Synchronelement 9 lässt sich das Antriebselement 3 mit einer Zwischenwelle 11 verbinden, welche ihrerseits über einen Freilauf 12 in einer einseitigen Triebverbindung mit der Laufradwelle 6 steht. Wird die Zwischenwelle 11 schneller angetrieben, als die Laufradwelle 6 bereits läuft, kommt es zu einer Triebverbindung, ansonsten kann die Laufradwelle 6 „frei” umlaufen.
-
Über die zweite Kupplungseinrichtung 8 mit ihrem Synchronelement 10 lässt sich bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel nun ebenfalls eine Verbindung von dem Antriebselement 3 auf die Laufradwelle 6 realisieren. Hierzu wird nach der Synchronisation eine schlupffreie Verbindung zwischen dem Antriebselement 3 und einem Planetenträger 13 eines Planetengetriebes 14 hergestellt. Bei feststehendem Außenkranz beziehungsweise Hohlrad wird die Triebverbindung dann zwischen dem Planetenträger 3 und der drehfest mit der Laufradwelle 6 verbundenen Sonne 15 des Planetengetriebes 14 realisiert.
-
Beide Kupplungseinrichtungen 7, 8 können vorzugsweise über einen einzigen gemeinsamen Aktuator 16 betätigt werden, wozu dieser die beiden Kupplungseinrichtungen 7, 8 entweder parallel und gleichzeitig betätigt, sodass die anfallende Synchronisierarbeit zwischen den beiden Synchronelementen 9, 10 aufgeteilt wird. Alternativ dazu ist es steuerungstechnisch und/oder über eine mechanische Kopplung der Kupplungseinrichtungen 7, 8 auch möglich, über den einen Aktuator 16 diese so zu schalten, dass zuerst die erste Kupplungseinrichtung 7 und, nachdem diese durchgeschaltet hat, die andere Kupplungseinrichtung 8 geschaltet wird. Bei dieser Art, die Getriebeeinheit 1 zu schalten, lässt sich die Synchronisierarbeit ebenfalls zwischen den Kupplungseinrichtungen 7, 8 beziehungsweise ihren Synchronelementen 9, 10 aufteilen, insbesondere so, dass unterschiedliche Anforderungen von jeder der Kupplungseinrichtungen 7, 8 erfüllt werden können. So kann beispielsweise über die erste Kupplungseinrichtung und eine entsprechende drehmomentstarke Übersetzung ein Losreißen des Laufrads 5 gegen ein Losbrechmoment oder einen gegebenenfalls zumindest teilweise gefüllten Arbeitsraum des Retarders 4 erreicht werden, während danach über eine drehmomentstarke Übersetzung im Bereich des Planetengetriebes 14 ein schnelles Hochdrehen des Laufrads 5 auf Zieldrehzahl realisiert wird. Aufgrund des Freilaufs zwischen der Zwischenwelle 11 und der Laufradwelle 6 ist ein solcher Betreib problemlos möglich.
-
In den nachfolgenden 2–5 ist im Wesentlichen jeweils derselbe Aufbau mit einer vergleichbaren Funktionalität und jeweils der Möglichkeit der parallelen oder seriellen Betätigung der beiden Kupplungselemente 7, 8 dargestellt. Die Figuren unterscheiden sich im konkreten Aufbau in der Wahl der eingesetzten Getriebeelemente sowie in der mechanisch parallelen oder seriellen Verschaltung der Kupplungseinrichtungen 7, 8. Im Folgenden wird daher lediglich auf die Unterschiede der einzelnen Figuren gegenüber den vorhergehenden Figuren jeweils im Detail eingegangen, während die grundlegende Funktionalität nicht nochmals erläutert wird.
-
Der wesentliche Unterschied in der in 2 dargestellten Getriebeeinheit 1 ist der, dass die zweite Kupplungseinrichtung 8 nicht unmittelbar zwischen dem Antriebselement 3 und der Laufradwelle 6 beziehungsweise dem mit der Laufradwelle 6 verbundenen Planetengetriebe 14 wirkt, sondern so, dass die Zwischenwelle 11 mit dem Planetenträger 13 des Planetengetriebes 14 gekoppelt werden kann. Hierdurch entsteht im Wesentlichen ein serieller Leistungsfluss, da die Zwischenwelle 11 erst dann mit Leistung beaufschlagt ist, wenn die erste Kupplungseinrichtung 7 bereits im Eingriff oder insbesondere durchgeschaltet ist.
-
Ansonsten entspricht der in 2 dargestellte Aufbau der Getriebeeinheit 1 dem in 1 erläuterten Aufbau.
-
In der Darstellung in der 3 wird nun der im Rahmen der 2 erläuterte Aufbau nochmals aufgegriffen, wobei als erster deutlicher Unterschied auf das Planetengetriebe 14 verzichtet wird. Anstelle des Planetengetriebes 14 ist hier ein Stirnradgetriebe 17 vorgesehen, welches jedoch analog zur Darstellung in 2 über die zweite Kupplungseinrichtung 8 eine entsprechende Verbindung zwischen der Zwischenwelle 11 und der Laufradwelle 6 aufbaut. Ein weiterer Unterschied besteht in einem weiteren Stirnradgetriebe 18, welches zwischen der Laufradwelle 6 und der Anbindung dieser Laufradwelle 6 über den Freilauf 12 an die Zwischenwelle 11 ausgebildet ist. Auch hier wird über das Getriebe eine entsprechende Übersetzung der Drehzahlen zwischen den beiden Wellen 6, 11 in der über den Freilauf 12 realisierten einseitigen Triebverbindung vorgenommen.
-
Der in 4 dargestellte Aufbau greift wiederum diesen Aufbau auf und realisiert jetzt eine parallele Anordnung der beiden Kupplungseinrichtungen 7, 8 ähnlich zu der in 1 erläuterten Ausführungsform. Die Zwischenwelle 11 ist dazu drehfest mit dem Antriebselement 3 verbunden und kann ihrerseits über die erste Kupplungseinrichtung 7 und das weitere Stirnradgetriebe 18 mit der Zwischenwelle 6 gekoppelt werden und kann andererseits über die zweite Kupplungseinrichtung 8 und das Stirnradgetriebe 17 parallel dazu, ohne den Freilauf 12, mit der Laufradwelle 6 entsprechend gekoppelt werden.
-
In der Darstellung der 5 wird das Stirnradgetriebe 17 wiederum durch das Planetengetriebe 14 ersetzt, wobei die Anbindung der wiederum fest mit der Antriebseinheit 3 verbundenen Zwischenwelle 11 über das weitere Stirnradgetriebe 18 und die erste Kupplungseinrichtung 7 direkt erfolgt, während die Verbindung zwischen der Zwischenwelle 11 und der Laufradwelle 6 in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel über den Freilauf 12 und das Planetengetriebe 14 analog zur Darstellung in 1 erfolgt. Der Unterschied besteht hierbei lediglich darin, dass die Übersetzung durch das Planetengetriebe 14 nicht wie bei der Darstellung in 1 ins Schnelle sondern ins Langsame erfolgt, wozu der konstruktive Aufbau entsprechend verändert ist.
-
Die in den 1 bis 5 dargestellten Getriebeeinheiten 1 sind dabei als beispielhafte Ausgestaltungen für Getriebeeinheiten 1 gemäß der Erfindung zu verstehen. Andere konstruktive Ausgestaltungen fallen selbstverständlich ebenso unter die Gedanken der Erfindung wie die konstruktiven Ausgestaltungen der hier dargestellten Ausführungsbeispiele.
