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Die Erfindung betrifft eine Anfahreinheit zur Zwischenschaltung zwischen einer Antriebsmaschine und einem Getriebe eines Kraftfahrzeuges, umfassend eine hydrodynamische Anfahreinrichtung, welche zwischen einem an die Antriebsmaschine anbindbaren Eingang und einem an das Getriebe anbindbaren Ausgang vorgesehen ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Getriebebaugruppe, bei welcher eine vorgenannte Anfahreinheit zur Anwendung kommt.
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Anfahreinheiten finden bei Kraftfahrzeugen zumeist zwischen einer als Brennkraftmaschine ausgestalteten Antriebsmaschine und einem nachgeschalteten Getriebe Verwendung, um ein Anfahren des jeweiligen Kraftfahrzeuges aus dem Stillstand heraus darstellen zu können. Neben Anfahreinheiten mit Reibungskupplungen sind zudem auch hydrodynamische Systeme bekannt, bei welchen ein Anfahrvorgang verschleißfrei über eine hydrodynamische Anfahreinrichtung dargestellt werden kann. Je nach konkreter Ausführung ist eine derartige hydrodynamische Anfahreinrichtung dabei als hydrodynamische Kupplung ausgeführt, bei welcher lediglich eine Drehzahlwandlung zwischen einem Eingang und einem Ausgang der Anfahreinheit erfolgt, oder aber als hydrodynamischer Drehmomentwandler realisiert, bei welchem zwischen dem Eingang und dem Ausgang eine Drehzahl- und eine Drehmomentwandlung vorgenommen wird.
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Aus der
DE 100 45 337 A1 geht eine Anfahreinheit für ein Getriebe hervor, bei welcher zwischen einem Eingang, an welchem im verbauten Zustand eine Antriebsmaschine angebunden ist, und einem Ausgang, über welchen im verbauten Zustand der Anfahreinheit eine Anbindung an ein nachgeschaltetes Getriebe hergestellt ist, eine hydrodynamische Anfahreinrichtung vorgesehen ist. Eine der möglichen Ausführungen dieser hydrodynamischen Anfahreinrichtung ist dabei ein hydrodynamischer Drehmomentwandler, wobei ein Pumpenrad dieses Drehmomentwandlers mit dem Eingang verbunden ist, während ein Turbinenrad über einen zwischenliegenden Freilauf mit dem Ausgang gekoppelt ist. Der Freilauf stellt dabei dann eine Verbindung des Turbinenrades mit dem Ausgang her, wenn eine Drehzahl des Turbinenrades einer Ausgangsdrehzahl entspricht. Ist hingegen die Drehzahl des Turbinenrades niedriger als eine Drehzahl am Ausgang, so wird kein Drehmoment vom Turbinenrad auf den Ausgang übertragen, so dass das Turbinenrad frei läuft. Zudem kann der hydrodynamische Drehmomentwandler über eine Überbrückungskupplung überbrückt werden.
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Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anfahreinheit zur Zwischenschaltung zwischen einer Antriebsmaschine und einem Getriebe eines Kraftfahrzeuges zu schaffen, wobei über diese Anfahreinheit einerseits ein verschleißfreies Anfahren darstellbar ist, gleichzeitig aber bei stehendem Fahrzeug eine vollständige Trennung zwischen einem Eingang und einem Ausgang vollzogen werden kann.
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Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Gemäß der Erfindung umfasst eine Anfahreinheit eine hydrodynamische Anfahreinrichtung, welche zwischen einem an eine Antriebsmaschine anbindbaren Eingang und einem an ein Getriebe anbindbaren Ausgang vorgesehen ist. Im Sinne der Erfindung kann es sich bei der hydrodynamischen Anfahreinrichtung prinzipiell um jedes denkbare, hydrodynamische Anfahrelement handeln. Insbesondere kommen aber Ausgestaltungen als hydrodynamische Kupplung oder als hydrodynamischer Drehmomentwandler in Betracht. Im verbauten Zustand der erfindungsgemäßen Anfahreinheit ist diese dann an dem Eingang mit einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges verbunden, wobei es sich bei dieser Antriebsmaschine insbesondere um eine Brennkraftmaschine handelt. Ferner ist der Anfahreinheit im verbauten Zustand am Ausgang ein Getriebe nachgeschaltet, bei welchem es sich bevorzugt um ein Automatikgetriebe handelt. Ggf. kann sich dieses Getriebe dabei aus mehreren Getriebegruppen zusammensetzen, also durch mehrere hintereinander geschaltete Einzelgetriebe gebildet sein. Letzteres ist dabei insbesondere bei Anwendung im Bereich eines Nutzfahrzeuges denkbar.
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Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass der hydrodynamischen Anfahreinrichtung eine Planetenstufe entweder eingangsseitig vor- oder ausgangsseitig nachgeschaltet ist, von deren Getriebekomponenten eine erste Getriebekomponente an einem Gehäuse festgesetzt werden kann, wohingegen eine zweite Getriebekomponente mit der hydrodynamischen Anfahreinrichtung und eine dritte Getriebekomponente bei Vorschaltung der Planetenstufe mit dem Eingang und bei Nachschaltung der Planetenstufe mit dem Ausgang gekoppelt ist. Mit anderen Worten umfasst die erfindungsgemäße Anfahreinheit also eine Planetenstufe, die bezüglich der hydrodynamischen Anfahreinrichtung entweder auf Seiten des Eingangs oder seitens des Ausgangs vorgesehen ist. Dabei kann von den Getriebekomponenten dieser Planetenstufe eine Komponente drehfest mit einem Gehäuse der Anfahreinheit verbunden werden, während eine zweite Komponente mit der hydrodynamischen Anfahreinrichtung und eine dritte Getriebekomponente, je nach Anordnung der Planetenstufe in der Anfahreinheit, entweder mit dem Eingang oder mit dem Ausgang in Verbindung steht.
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Eine derartige Ausgestaltung einer Anfahreinheit hat dabei den Vorteil, dass aufgrund der Festsetzbarkeit der ersten Getriebekomponente der Planetenstufe an dem Gehäuse zum einen eine eingangsseitige Drehbewegung zum Ausgang übertragen wird, wenn die erste Getriebekomponente am Gehäuse festgesetzt ist, zum anderen aber auch durch Darstellung einer freien Verdrehbarkeit der ersten Getriebekomponente eine vollständige Entkoppelung des Eingangs vom Ausgang möglich ist. Dementsprechend kann also einerseits ein Anfahrvorgang über die hydrodynamische Anfahreinrichtung dargestellt werden, während andererseits bei Stillstand des jeweiligen Kraftfahrzeuges ein Kraftfluss zwischen Ein- und Ausgang unterbrochen ist und in der Folge auch ein Vorwärtskriechen des jeweiligen Kraftfahrzeuges verhindert wird. Denn üblicherweise muss ein Fahrzeugführer ansonsten bei Anfahreinheiten mit einer hydrodynamischen Anfahreinrichtung bei Stillstand des Kraftfahrzeuges permanent eine Betriebsbremse betätigen, um bei einem geschalteten Zustand des nachgeschalteten Getriebes eine Vorwärtsbewegung des Kraftfahrzeuges zu verhindern. Ist der Fahrzeugführer hierzu entweder nicht in der Lage, beispielsweise aufgrund einer plötzlich auftretenden, gesundheitlichen Beeinträchtigung, oder rutscht er von einer Betätigungseinrichtung der Betriebsbremse versehentlich ab, so hat dies unmittelbar eine Vorwärtsbewegung des Kraftfahrzeuges zur Folge. Des Weiteren arbeitet auch die Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges ständig gegen das festgebremste Kraftfahrzeug, wodurch Energie verbraucht und damit auch ein Kraftstoffverbrauch gesteigert wird. Als weiterer Vorteil zeichnet sich eine Planetenstufe durch einen kompakten Aufbau aus, so dass die Kombination mit der hydrodynamischen Anfahreinrichtung zu der erfindungsgemäßen Anfahreinheit auf äußerst kompakte Art und Weise möglich ist.
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Auch bei der Anfahreinheit der
DE 100 45 337 A1 ist ein diese aufweisendes Kraftfahrzeug bei Stillstand stets aktiv festzubremsen, da der hydrodynamische Drehmomentwandler ständig mit dem Ausgang der Anfahreinheit gekoppelt ist und in der Folge eine eingangsseitige Drehbewegung permanent auf den Ausgang überträgt. Dies resultiert dann auch bei festgebremsten Kraftfahrzeug in einem entsprechenden Energieverbrauch, weil die jeweilige Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges ständig gegen die betätigte Betriebsbremse arbeitet.
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Aus der
DE 1 214 967 A ist eine Anfahreinheit bekannt geworden, umfassend eine hydrodynamische Anfahreinrichtung, welcher eine Planetenstufe nachgeschaltet ist, von deren Getriebekomponenten eine erste Getriebekomponente an einem Gehäuse festsetzbar ist, wohingegen eine zweite Getriebekomponente mit der hydrodynamischen Anfahreinrichtung und eine dritte Getriebekomponente mit dem Ausgang gekoppelt ist.
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Die
US 6 066 058 A beschreibt ein automatisches Getriebe mit einem Drehmomentwandler als Anfahreinrichtung mit einem innerhalb des Drehmomentwandlers angeordneten Planetengetriebe.
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Schließlich offenbart die
DE 10 96 143 A ein hydromechanisches Verbundgetriebe mit einem Strömungswandler, das eine Planetengetriebeanordnung entweder eingangsseitig oder ausgangsseitig angeordnet vorsieht.
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Im Sinne der Erfindung handelt es sich bei den Getriebekomponenten der Planetenstufe um ein Sonnenrad, ein Hohlrad, sowie einen zumindest ein Planetenrad führenden Planetensteg. Des Weiteren ist die Planetenstufe insbesondere als Minusplanetenstufe ausgeführt, bei welcher ein oder mehrere über den Planetensteg geführte Planetenräder jeweils sowohl mit dem radial innenliegenden Sonnenrad als auch mit dem radial umliegenden Hohlrad im Zahneingriff stehen. Alternativ dazu kann die Planetenstufe aber ggf. auch als Plusplanetenstufe ausgeführt sein, bei welcher ein Planetensteg mindestens ein Planetenradpaar trägt, von dessen Planetenrädern jeweils eines mit dem Sonnenrad und eines mit dem Hohlrad im Zahneingriff steht, sowie beide Planetenräder auch untereinander kämmen.
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Zudem handelt es sich bei der ersten Getriebekomponente der Planetenstufe bevorzugt um das Hohlrad, da dieses als radial außenliegendes Bauteil entsprechend kompakt über ein entsprechendes Bremselement an dem umliegenden Gehäuse festgebremst werden kann. Des Weiteren kann ein Hohlrad einer Planetenstufe schmalbauend und damit mit einer geringen Trägheit ausgeführt werden, so dass ein Festsetzen an dem Gehäuse unter geringer Verzögerung möglich ist und damit ein Anfahrvorgang aus dem Stillstand des Kraftfahrzeuges heraus rasch vollzogen werden kann. Ein Bremselement, über welches die erste Getriebekomponente gezielt an dem Gehäuse festsetzbar ist, ist insbesondere in Form einer Lamellenbremse realisiert, kann aber ggf. auch als anderweitig gestaltetes, kraftschlüssiges Schaltelement oder auch als formschlüssiges Schaltelement realisiert sein.
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Ferner ist der Eingang, an welchem im verbauten Zustand der Anfahreinheit die Antriebsmaschine des jeweiligen Kraftfahrzeugs angebunden ist, insbesondere durch ein Wellenende einer Eingangswelle gebildet. Ebenso wird auch der im verbauten Zustand die Verbindung zu dem nachgeschalteten Getriebe herstellende Ausgang bevorzugt durch ein Wellenende einer Ausgangswelle definiert.
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Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist die Planetenstufe ausgangsseitig nachgeschaltet, wobei die erste Getriebekomponente als Hohlrad der Planetenstufe und die dritte Getriebekomponente als Sonnenrad der Planetenstufe ausgeführt ist, während die zweite Getriebekomponente als Planetensteg der Planetenstufe vorliegt, welcher zumindest ein Planetenrad trägt. Hierdurch kann eine Kombination mit einer hydrodynamischen Anfahreinrichtung vorgenommen werden, welche hinsichtlich ihrer Eingangsdrehzahlen für Standardanwendungen, d. h. Anfahreinheiten ohne Planetenstufe, geeignet ist. Bevorzugt ist die Planetenstufe dabei als Minusplanetensatz ausgeführt, indem das zumindest eine Planetenrad sowohl mit dem Sonnenrad als auch dem Hohlrad kämmt.
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Gemäß einer zu der vorgenannten Ausführungsform alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die Planetenstufe eingangsseitig vorgeschaltet, wobei die erste Getriebekomponente als Hohlrad der Planetenstufe und die zweite Getriebekomponente als Sonnenrad der Planetenstufe ausgeführt ist, während die dritte Getriebekomponente als Planetensteg der Planetenstufe vorliegt, welcher zumindest ein Planetenrad trägt. Die Planetenstufe ist also in diesem Fall zwischen dem Eingang und der hydrodynamischen Anfahreinrichtung vorgesehen. Das Vorschalten der Planetenstufe hat bei einer Übersetzung der Drehbewegung ins Schnelle den Vorteil, dass aufgrund der Übersetzung der Planetenstufe eine kleinere hydrodynamische Anfahreinrichtung zur Anwendung kommen kann.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die hydrodynamische Anfahreinrichtung als hydrodynamischer Drehmomentwandler ausgeführt, wobei bei Vorschaltung der Planetenstufe ein Pumpenrad dieses Drehmomentwandlers mit der zweiten Getriebekomponente und ein Turbinenrad mit dem Ausgang verbunden ist, wohingegen bei Nachschaltung der Planetenstufe ein Pumpenrad des Drehmomentwandlers mit dem Eingang und ein Turbinenrad mit der zweiten Getriebekomponente in Verbindung steht. Eine Ausführung der hydrodynamischen Anfahreinrichtung als hydrodynamischer Drehmomentwandler hat dabei den Vorteil, dass ein Eingangsdrehmoment gewandelt wird, wodurch im Vergleich zu einer hydrodynamischen Kupplung ein höheres Anfahrmoment realisiert werden kann. Zu diesem Zweck ist der hydrodynamische Drehmomentwandler, auf dem Fachmann bekannte Art und Weise, neben dem Pumpenrad und dem Turbinenrad mit einem Leitrad ausgestattet, über welches die Arbeitsflüssigkeit, insbesondere Öl, des hydrodynamischen Drehmomentwandlers vom Turbinenrad zurück zum Pumpenrad geleitet wird und das hierbei ein Reaktionsmoment am Gehäuse abstützen kann. Je nach konkreter Ausgestaltung kann dieser hydrodynamische Drehmomentwandler erfindungsgemäß ein oder auch mehrere derartige Leiträder aufweisen.
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Gemäß einer Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform ist der hydrodynamische Drehmomentwandler als Trilokwandler ausgeführt, indem mindestens ein Leitrad des hydrodynamischen Drehmomentwandlers durch einen Freilauf mit einem Gehäuse gekoppelt ist, welcher im Rahmen einer Sperrwirkung das mindestens eine Leitrad am Gehäuse festsetzt, wohingegen der Freilauf im Rahmen einer Freilaufwirkung eine freie Verdrehbarkeit des mindestens einen Leitrades gegenüber dem Gehäuse ermöglicht. Die Ausführung als Trilokwandler ermöglicht hierbei eine Kombination der Vorteile einer hydrodynamischen Kupplung mit den Vorteilen eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers. Denn während der hydrodynamische Drehmomentwandler bei niedrigen Drehzahlverhältnissen von Turbinenrad zu Pumpenrad einen besseren Wirkungsgrad aufweist als eine hydrodynamische Kupplung, kehrt sich dieser Umstand bei höheren Drehzahlverhältnissen um. Mittels des Freilaufs wird das mindestens eine Leitrad des Trilokwandlers nun am Gehäuse festgesetzt, bis ein Drehmoment an Pumpenrad und Turbinenrad gleich groß und in der Folge ein Reaktionsmoment am mindestens einen Leitrad zu Null wird. Durch Entkoppeln des mindestens einen Leitrades vom Gehäuse dreht sich das Leitrad nunmehr frei mit, so dass kein Reaktionsmoment mehr aufgenommen und der Trilokwandler in der Folge analog einer hydrodynamischen Kupplung fungiert.
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Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Überbrückungskupplung vorgesehen, welche parallel zu der hydrodynamischen Anfahreinrichtung geschaltet ist und die Anfahreinrichtung bei Betätigung überbrückt. Mittels dieser Überbrückungskupplung wird eine direkte mechanische Verbindung hergestellt, wodurch abseits eines Anfahrvorganges ein größtmöglicher Wirkungsgrad realisierbar ist. Insbesondere ist diese Überbrückungskupplung dabei als kraftschlüssiges Schaltelement ausgestaltet, sowie ferner an einer ihrer Kupplungsseiten mit einem Drehschwingungsdämpfer versehen, um Schwingungen und Drehmomentstöße der Antriebsmaschine, welche ansonsten im nicht überbrückten Zustand durch die hydrodynamische Anfahreinrichtung gedämpft werden, auch im überbrückten Zustand nicht auf den Ausgang zu übertragen.
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In Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform kann das Turbinenrad zudem einerseits am Gehäuse festgebremst und andererseits ausgangsseitig angebunden werden. Hierdurch kann durch ausgangsseitige Anbindung ein herkömmlicher Wandlerbetrieb dargestellt werden, während bei Festsetzen des Turbinenrades am Gehäuse in Kombination mit einem Schließen der Überbrückungskupplung ein Retarderbetrieb der hydrodynamischen Anfahreinrichtung darstellbar ist. Denn durch Festsetzen des Turbinenrades und Entkoppelung vom Ausgang wirkt das Turbinenrad der hydrodynamischen Anfahreinrichtung als Statorrad, während das als Turbinenrad eines Retarders fungierende Pumpenrad sowohl mit dem Eingang als auch dem Ausgang in Verbindung steht. In der Folge wird ein Bremsmoment in den Antriebsstrang des jeweiligen Kraftfahrzeuges eingeleitet, indem die hydrodynamische Anfahreinrichtung als Primärretarder fungiert. Generell kann aber eine Retarderfunktion dargestellt werden, indem eines der Räder der hydrodynamischen Anfahreinrichtung am Gehäuse festbremsbar ist, während das jeweils andere Rad sowohl mit dem Eingang als auch dem Ausgang gekoppelt werden kann. Zudem wird zwischen dem jeweils festsetzbaren Rad und dem Eingang bzw. dem Ausgang insbesondere ein Freilauf vorgesehen.
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Alternativ zu der vorhergehenden Variante ist zudem ein hydrodynamischer Retarder vorgesehen, dessen Turbinenrad mit dem Ausgang gekoppelt ist, wohingegen ein Statorrad des Retarders drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist. Besonders vorteilhaft ist die Anordnung eines hydrodynamischen Retarders dabei im Falle der der hydrodynamischen Anfahreinrichtung vorgeschalteten Planetenstufe, da in diesem Fall durch bei einer über die Planetenstufe darstellbaren Drehzahlerhöhung ein kleinerer Retarder bei gleichbleibender Bremsleistung Anwendung finden kann.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die erste Getriebekomponente der Planetenstufe über ein kraftschlüssiges Schaltelement am Gehäuse festsetzbar, wobei dieses kraftschlüssige Schaltelement neben einem geöffneten und einem geschlossenen Schaltzustand auch in einem Schlupfbetrieb betrieben werden kann, wodurch eine Drehbewegung der jeweils eingangsseitig angebundenen Getriebekomponente überlagert und ein Stillstand der jeweils ausgangsseitig angebundenen Getriebekomponente dargestellt werden kann. Hierdurch kann die Funktion einer Berghaltefunktion (Hill-Holder) schon im Bereich der Anfahreinheit realisiert werden, indem durch einen gezielten Schlupfbetrieb eine Drehbewegung der eingangsseitig angebundenen Getriebekomponente nicht in eine Drehbewegung der abtriebsseitig angebundenen Getriebekomponente übersetzt, sondern die ausgangsseitige Getriebekomponente und damit auch der Ausgang der Anfahreinrichtung drehfest gehalten wird. In der Folge wird auch das jeweilige Kraftfahrzeug an einem Berg in der jeweiligen Position ohne Zurückrollen gehalten, gleichzeitig aber ein Vorwärtskriechen bei nicht betätigter Betriebsbremse unterbunden. Soll in der Folge dann angefahren werden, so wird lediglich ein Schlupfbetrieb des kraftschlüssigen Schaltelements beendet und dieses geschlossen, wodurch ein Anfahren über die hydrodynamische Anfahreinrichtung realisiert werden kann.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
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1 eine schematische Ansicht einer Anfahreinheit entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine schematische Darstellung einer Anfahreinheit gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung; und
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3 eine schematische Ansicht einer Anfahreinheit entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
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Aus 1 geht eine schematische Ansicht einer Anfahreinheit entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung hervor, wobei diese Anfahreinheit im verbauten Zustand zwischen einer Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeuges und einem Getriebe des Kraftfahrzeuges platziert ist. Diese Anfahreinheit dient dabei beim Anfahren des Kraftfahrzeuges aus dem Stillstand heraus dem Schließen einer jeweiligen Drehzahllücke zwischen einer niedrigsten Motorbetriebsdrehzahl der Antriebsmaschine und einer beim Anfahren stillstehenden Getriebeeingangswelle.
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Vorliegend verfügt die Anfahreinheit dabei über eine Eingangswelle EW, die in ein Gehäuse 1 der Anfahreinheit axial hineingeführt ist und an ihrem aus dem Gehäuse 1 herausragenden Ende einen Eingang EIN zur Anbindung an die jeweilige Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges ausbildet. An einer gegenüberliegend zum Eingang EIN vorgesehenen Seite des Gehäuses 1 ist zudem ein Ausgang AUS vorgesehen, über welchen im verbauten Zustand der Anfahreinheit eine Verbindung zu dem in Kraftflussrichtung nachgeschalteten Getriebe hergestellt ist und der an einem ebenfalls aus dem Gehäuse 1 herausgeführten Wellenende einer Ausgangswelle AW ausgebildet ist. Die Ausgangswelle AW verläuft dabei koaxial zu der Eingangswelle EW.
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Wie in 1 zu erkennen ist, setzt sich die erfindungsgemäße Anfahreinheit im Wesentlichen aus einer hydrodynamischen Anfahreinrichtung 2 in Form eines Trilokwandlers 3, einer Planetenstufe 4 und einem hydrodynamischen Retarder 5 zusammen. Dabei ist der Trilokwandler 3 axial benachbart zum Eingang EIN vorgesehen, wobei diesem ausgangsseitig dann die Planetenstufe 4 und der Retarder 5 folgen.
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Der Trilokwandler 3 setzt sich auf dem Fachmann prinzipiell bekannte Art und Weise aus einem Pumpenrad 6, einem Turbinenrad 7 und einem Leitrad 8 zusammen, welche zwischen sich einen Arbeitsraum definieren und auf Seiten dieses Arbeitsraumes jeweils mit je einer Beschaufelung ausgestattet sind. Vorliegend ist das Pumpenrad 6 dabei drehfest mit der Eingangswelle EW verbunden, während das Turbinenrad 7 drehfest an einer Welle 9 der Anfahreinheit angegliedert ist und das Leitrad 8 über einen Freilauf 10 entweder drehfest am Gehäuse 1 festgesetzt ist oder aber frei gegenüber dem Gehäuse 1 verdreht werden kann.
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Bei Betrieb des Trilokwandlers 3 wird eine Flüssigkeit in Form von Öl in den Arbeitsraum des Trilokwandlers 3 eingebracht, welche bei drehender Eingangswelle EW und dementsprechend auch rotierendem Pumpenrad 6 über die Beschaufelung des Pumpenrades 6 mitgenommen wird und im Folgenden auf die Beschaufelung des Turbinenrades 7 trifft. Die über die Eingangswelle EW eingeleitete mechanische Energie wird also am Pumpenrad 6 in hydraulische Energie der Flüssigkeit und im Folgenden am Turbinenrad 7 wieder in mechanische Energie umgesetzt. Ist der Freilauf 10 dabei gesperrt und dementsprechend das Leitrad 8 des Trilokwandlers 3 am Gehäuse 1 festgesetzt, so wird eine Drehmomentüberhöhung dargestellt, indem die vom Turbinenrad 7 zurück zum Pumpenrad 6 gelangende Flüssigkeit sich an der Beschaufelung des Leitrades 8 abstützen kann und hierdurch eine Drehmomentabstützung am Gehäuse 1 vollzogen wird.
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Hierbei wird eine Sperrwirkung des Freilaufs 10 realisiert, bis ein Reaktionsmoment am Leitrad 8 zu Null wird. Ab diesem Punkt wird dann eine Freilaufwirkung dargestellt, im Rahmen von welcher der Freilauf 10 die freie Verdrehbarkeit des Leitrades 8 gegenüber dem Gehäuse 1 zulässt. In der Folge nimmt das frei drehende Leitrad 8 kein Reaktionsmoment mehr auf, so dass der Trilokwandler 3 analog einer hydrodynamischen Kupplung ohne Drehmomentüberhöhung fungiert.
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Neben dem Pumpenrad 6 ist zudem auch ein Antrieb einer Ölpumpe 11 mit der Eingangswelle EW verbunden, wobei über diese Ölpumpe 11 die entsprechende Versorgung des Arbeitsraumes des Trilokwandlers 3 mit der für seinen Betrieb notwendigen Flüssigkeit dargestellt wird.
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Parallel zum Trilokwandler 3 ist zudem eine Überbrückungskupplung 12 mit einem Drehschwingungsdämpfer 13 vorgesehen, welche im betätigten Zustand den Trilokwandler 3 überbrückt, indem die Eingangswelle EW dann unmittelbar drehfest über den zwischenliegenden Drehschwingungsdämpfer 13 mit der Welle 9 gekoppelt wird. Die Überbrückungskupplung 12 ist dabei als kraftschlüssige Kupplung in Form einer trockenlaufenden Reibungskupplung ausgeführt, kann aber auch als nasslaufende Kupplung, beispielsweise in Form einer Lamellenkupplung, realisiert sein. Über den Drehschwingungsdämpfer 13 werden im betätigten Zustand der Überbrückungskupplung 12 antriebsmaschinenseitige Schwingungen und Drehmomentstöße gedämpft.
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Wie des Weiteren aus 1 hervorgeht, ist die dem Trilokwandler 3 abtriebsseitig nachgeschaltete Planetenstufe 4 vorliegend als Minusplanetensatz ausgeführt, der sich aus einem koaxial zur Eingangswelle EW und auch zur Ausgangswelle AW liegenden Sonnenrad SO, einem radial umliegend zum Sonnenrad SO vorgesehenen Hohlrad HO, sowie einem Planetensteg PS zusammensetzt, wobei der Planetensteg PS mehrere Planetenräder PL drehbar gelagert führt, die sowohl mit dem radial innenliegenden Sonnenrad SO als auch mit dem radial außenliegenden Hohlrad HO im Zahneingriff stehen. Vorliegend ist das Sonnenrad SO dabei drehfest auf der Ausgangswelle AW vorgesehen, während der Planetensteg PS mit der Welle 9 und damit auch dem Turbinenrad 7 des Trilokwandlers 3 drehfest gekoppelt ist. Das Hohlrad HO kann über ein kraftschlüssiges Schaltelement 14 gezielt am Gehäuse 1 festgesetzt werden, ist aber bei fehlender Betätigung dieses Schaltelements 14 frei verdrehbar im Gehäuse 1 aufgenommen, so dass in diesem Fall aufgrund der freien Verdrehbarkeit keine Übertragung einer Drehbewegung von dem eingangsseitig angebundenen Planetensteg PS auf das ausgangsseitig angebundene Sonnenrad SO stattfindet. Im stillgesetzten Zustand des Hohlrades HO wird über die Planetenstufe 4 eine Drehbewegung der Welle 9 auf die Ausgangswelle AW hingegen ins Schnelle übersetzt.
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Vorliegend ist das Schaltelement 14 als nasslaufende Lamellenbremse ausgeführt, welche neben einem geöffneten und einem geschlossenen Schaltzustand auch in einem Schlupfbetrieb betrieben werden kann, um neben einer Entkoppelung der Ausgangswelle AW von der Welle 9 einerseits und einer Übersetzung einer Drehbewegung auf die Ausgangswelle AW bei festgebremstem Hohlrad HO andererseits eine Antriebsbewegung der Welle 9 auch mit einer vom Schlupf abhängigen Drehbewegung des Hohlrades HO zu überlagern. Hierdurch kann das Sonnenrad SO und damit auch die Ausgangswelle AW bei geeigneter Regelung des Schaltelements 14 festgesetzt und in der Folge eine Berghaltefunktion realisiert werden.
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Wie ferner aus 1 hervorgeht, setzt sich der der Planetenstufe 4 wiederum nachgeschaltete, hydrodynamische Retarder 5 auf dem Fachmann bekannte Art und Weise aus einem Statorrad 15 und einem Turbinenrad 16 zusammen. Das Statorrad 15 ist hierbei drehfest mit dem Gehäuse 1 verbunden, während das Turbinenrad 16 auf der Ausgangswelle AW angeordnet ist. Ferner definieren das Statorrad 15 und das Turbinenrad 16 gemeinsam einen zwischenliegenden Arbeitsraum des Retarders 5, wobei sowohl das Statorrad 15 als auch das Turbinenrad 16 auf Seiten dieses Arbeitsraumes jeweils mit je einer entsprechenden Beschaufelung ausgestattet sind. Ein Bremsbetrieb des hydrodynamischen Retarders 5 wird dann dadurch dargestellt, dass in den Arbeitsraum Flüssigkeit, vorzugsweise in Form von Öl, eingebracht und über das gemeinsam mit der Ausgangswelle AW rotierende Turbinenrad 16 durch dessen Beschaufelung beschleunigt wird, wobei die Flüssigkeit im Folgenden dann auf die stillstehende Beschaufelung des Statorrades 15 trifft. Hierdurch wird ein Bremsmoment auf das Turbinenrad 16 und damit auch auf die Ausgangswelle AW ausgeübt.
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Im Folgenden sollen nun unterschiedliche Fahrzustände des die erfindungsgemäße Anfahreinheit aufweisenden Kraftfahrzeuges sowie deren Darstellung über die Anfahreinheit kurz beschrieben werden:
Bei Stillstand des Kraftfahrzeuges in der Ebene oder ohne Aktivierung einer Berghaltefunktion ist das Schaltelement 14 vollständig geöffnet, so dass das Hohlrad HO frei verdreht werden kann. In der Folge wird eine über den Trilokwandler 3 auf die Welle 9 übertragene Drehbewegung der Eingangswelle EW nicht auf die Ausgangswelle AW übersetzt und in der Folge ein Vorwärtskriechen des Kraftfahrzeugs unterbunden. Ansonsten müsste nämlich der jeweilige Kraftfahrzeugführer permanent eine Betriebsbremse des Kraftfahrzeugs betätigen, da die über den Trilokwandler 3 übersetzte Drehbewegung permanent in eine zumindest langsame Vorwärtsbewegung des Kraftfahrzeuges umgesetzt werden würde. Da die Planetenstufe 4 nun aber eine vollständige Trennung vornimmt, indem das Hohlrad HO frei rotiert, kann das Kraftfahrzeug in der Ebene vollständig ohne Betätigung einer Betriebsbremse stillstehen bzw. bei geneigter Fahrbahn muss nur die Kraftfahrzeugmasse gebremst werden.
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Ferner kann eine Berghaltefunktion dadurch dargestellt werden, dass das Schaltelement 14 bei Stillstand des Kraftfahrzeugs in einem geregelten Schlupfbetrieb betrieben wird, wobei dieser Schlupfbetrieb dabei derartig zu gestalten ist, dass eine über den Trilokwandler 3 hervorgerufene Drehbewegung der Welle 9 und damit auch des Planetensteges PS zwar nicht in eine Drehbewegung des Sonnenrades SO und damit der Ausgangswelle AW umgesetzt wird, gleichwohl aber Sonnenrad SO und Ausgangswelle AW in ihrer jeweiligen Drehwinkelstellung gehalten werden. In der Folge sorgt das Schaltelement 14 dadurch für ein Halten des Kraftfahrzeuges in der jeweiligen Position auf einer geneigten Fahrbahn.
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Ausgehend von dem Stillstand des Kraftfahrzeuges kann dann ein Anfahren dargestellt werden, indem das Schaltelement 14 in einen geschlossenen Zustand überführt und in der Folge das Hohlrad HO am Gehäuse 1 festgebremst wird. Dies hat dann auch zur Folge, dass eine Drehbewegung der Welle 9 auf die Ausgangswelle AW ins Schnelle übersetzt wird, wobei die Drehbewegung der Welle 9 auf dem Fachmann bekannte Art und Weise über den Trilokwandler 3 durch Übersetzung einer Drehbewegung der Eingangswelle EW hervorgerufen wird. Im Zuge des Anfahrens wird dabei über den Trilokwandler 3 eine Drehmomentüberhöhung dargestellt, bis schließlich im Rahmen der Freilaufwirkung des Freilaufs 10 ein Betrieb analog einer hydrodynamischen Kupplung und damit eine Übertragung der Drehbewegung ohne Drehmomentübersetzung stattfindet. Laufen schließlich die Antriebswelle AW und die Welle 9 mit annähernd gleicher Drehzahl, so wird der Trilokwandler 3 mittels der Überbrückungskupplung 12 überbrückt.
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Schließlich kann noch ein Bremsbetrieb über den hydrodynamischen Retarder 5 dargestellt werden, indem bei überbrücktem Trilokwandler 3 der Arbeitsraum des Retarders 5 auf die vorstehend beschriebene Art und Weise mit Flüssigkeit befüllt und damit ein Bremsmoment auf die Ausgangswelle AW, sowie über die Planetenstufe 4 auch entsprechend übersetzt auf die Welle 9 und die Eingangswelle EW ausgeübt wird. Infolgedessen kann ein verschleißfreies Abbremsen des Kraftfahrzeuges und damit eine Entlastung einer Betriebsbremse realisiert werden.
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Des Weiteren geht aus 2 eine Ausführung einer Anfahreinheit entsprechend einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung hervor. Im Unterschied zu der Variante gemäß 1 sind dabei die Komponenten Trilokwandler 3', Planetenstufe 4' und Retarder 5' anderweitig zwischen dem Eingang EIN und dem Ausgang AUS angeordnet und auch miteinander verschaltet. So ist ein Planetensteg PS' drehfest mit einer Eingangswelle EW' verbunden, während ein Sonnenrad SO' der Planetenstufe 4' auf einer Welle 9' vorgesehen ist, die eine drehfeste Verbindung zu einem Pumpenrad 6' des Trilokwandlers 3' herstellt. Hingegen kann ein Hohlrad HO' der Planetenstufe 4' wiederum drehfest am Gehäuse 1 über ein Schaltelement 14' festgesetzt werden. Ferner ist ein Turbinenrad 7' des Trilokwandlers 3' drehfest auf einer Ausgangswelle AW' vorgesehen, wobei der Trilokwandler 3' erneut über eine Überbrückungskupplung 12' durch drehfeste Verbindung der Welle 9' und der Ausgangswelle AW' überbrückt werden kann. Insgesamt haben also die Planetenstufe 4' und der Trilokwandler 3' im Vergleich zu der Variante nach 1 die Positionen getauscht. Die über die Anfahreinheit in 2 darstellbaren Fahrzustände entsprechen denen zu der vorhergehenden Variante beschriebenen Möglichkeiten, so dass hierauf Bezug genommen wird.
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Schließlich geht aus 3 noch eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anfahreinheit hervor, wobei diese weitestgehend der Ausgestaltung gemäß 2 entspricht. Im Unterschied zu der Variante nach 2 ist hierbei jedoch ein hydrodynamischer Retarder entfallen und ein Turbinenrad 7'' eines Trilokwandlers 3'' einerseits mit der Ausgangswelle AW' und andererseits mit dem Gehäuse 1 koppelbar. Zu diesem Zweck ist zwischen dem Turbinenrad 7'' und der Ausgangswelle AW' ein Freilauf 17 vorgesehen, welcher im stillgesetzten Zustand des Turbinenrades 7'' eine ungehinderte Drehbewegung der Ausgangswelle AW' ermöglicht. Das Turbinenrad 7'' kann dabei über ein Schaltelement 18 am Gehäuse 1 festgesetzt werden, bei welchem es sich bevorzugt um eine nasslaufende Lamellenbremse handelt. Befindet sich das Schaltelement 18 hingegen in einem geöffneten Zustand, so nimmt das Turbinenrad 7'' bei seiner Drehbewegung die Ausgangswelle AW' über den Freilauf 17 mit.
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In der Folge kann über den Trilokwandler 3'' auch die Funktion eines hydrodynamischen Retarders dargestellt werden, indem das Turbinenrad 7'' über das Schaltelement 18 am Gehäuse 1 festgesetzt wird und in der Folge als Statorrad fungiert. Gleichzeitig wird die Überbrückungskupplung 12' betätigt, so dass ein Pumpenrad 6'' des Trilokwandlers 3'' sowohl mit der Ausgangswelle AW' als auch der Eingangswelle EW' gekoppelt ist und analog einem Turbinenrad eines hydrodynamischen Retarders betrieben wird. Die übrigen Fahrzustände werden hingegen analog zu den vorhergehenden Varianten dargestellt.
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Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen einer Anfahreinheit können im Einzelnen zum einen Anfahrvorgänge dargestellt und zum anderen ein Vorwärtskriechen eines jeweiligen Kraftfahrzeuges verhindert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Hydrodynamische Anfahreinrichtung
- 3, 3', 3''
- Trilokwandler
- 4, 4'
- Planetenstufe
- 5
- Hydrodynamischer Retarder
- 6, 6', 6''
- Pumpenrad
- 7, 7', 7''
- Turbinenrad
- 8
- Leitrad
- 9, 9'
- Welle
- 10
- Freilauf
- 11
- Ölpumpe
- 12, 12'
- Überbrückungskupplung
- 13
- Drehschwingungsdämpfer
- 14, 14'
- Schaltelement
- 15
- Statorrad
- 16
- Turbinenrad
- 17
- Freilauf
- 18
- Schaltelement
- EIN
- Eingang
- AUS
- Ausgang
- EW, EW'
- Eingangswelle
- AW, AW'
- Ausgangswelle
- SO, SO'
- Sonnenrad
- HO, HO'
- Hohlrad
- PS, PS'
- Planetensteg
- PL
- Planetenräder
