DE102017128362A1

DE102017128362A1 - Anfahr- und Retardermodul

Info

Publication number: DE102017128362A1
Application number: DE102017128362.5A
Authority: DE
Inventors: Rolf Brockmann; Alexander Denk; Bruno Föhl; Stefan Kühn; Markus Fürsattel
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2019-06-06
Also published as: EP3717316A1; CN111417549B; CN111417549A; WO2019105790A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Anfahr- und Retardermodul zur Anordnung zwischen einem Antriebsmotor und einem Getriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Modulgehäuse in dem eine Turbokupplung, eine Kupplung und eine Bremse positioniert sind, wobei die Turbokupplung wenigstens ein erstes Schaufelrad und ein zweites Schaufelrad aufweist, die einen mit Öl steuerbar befüllbaren Arbeitsraum zur Einstellung eines hydrodynamischen Übertragungsmoments bilden.
Weiterhin umfasst das Anfahr- und Retardermodul eine Eingangswelle und eine Abtriebswelle, wobei das erste Schaufelrad direkt mit der Eingangswelle gekoppelt ist und eine Drehbewegung von der Eingangswelle wahlweise über das Schließen der Kupplung oder über die Turbokupplung und ein zwischen zweitem Schaufelrad und Abtriebswelle angeordneter Freilauf auf die Abtriebswelle übertragbar ist, wobei der Freilauf derart angeordnet ist, dass das zweite Schaufelrad mittels der Bremse gegenüber dem Modulgehäuse fixierbar ist.
Es wird vorgeschlagen die Lagerung derart auszuführen, dass zwischen dem zweiten Schaufelrad und dem Modulgehäuse eine erste Lagerung mit einem Lager und zwischen dem zweiten Schaufelrad und der Abtriebswelle eine zweite Lagerung mit zwei Lagern vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Anfahr- und Retardermodul zur Anordnung zwischen einem Antriebsmotor und einem Getriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug oder ein Schienenfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Anfahr- und Retardermodul ist ein Modul, das in einem Antriebsstrang zwischen Antriebsmotor und Getriebe eingebaut werden kann. Die Verwendung eines derartigen Moduls hat den Vorteil, dass zum Anfahren und Bremsen eine hydrodynamische Kupplung eingesetzt wird, die über ihren Füllungsgrad regelbar ist, so dass ein hydrodynamisches Übertragungsmoment einstellbar ist.
Aus der DE 100 45 337 A1 ist das Grundprinzip für ein Anfahr- und Retardermodul bekannt.
In der DE 44 23 640 C2 wird eine alternative Ausführung ohne Retarderfunktion offenbart, bei der die Überbrückungskupplung und die Turbokupplung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, wobei die Überbrückungskupplung hier als Nasskupplung ausgeführt ist.
Aus der DE 103 17 405 A1 ist ein Anfahr- und Retardermodul bekannt, die einen speziellen Aktuator für die Überbrückungskupplung aufweist. Die Eingangswelle des Schaltgetriebes ist gleichzeitig die Ausgangswelle des Anfahr- und Retardermoduls, wobei deren Lagerung, nicht dargestellt, im Getriebe erfolgt. Ein Getriebe muss für ein derartig aufgebautes Anfahr- und Retardermodul eine spezielle Eingangswelle aufweisen, die in das Modul einsteckbar ist und eine Kopplung mit der Überbrückungskupplung und dem Freilauf ermöglicht. Die Montage wird dadurch relativ aufwendig und es müssen spezielle Getriebe gefertigt werden.
Eine der Aufgaben der Erfindung ist es einen alternativen Aufbau für ein Anfahr- und Retardermodul vorzuschlagen, dass flexibel und unabhängig von der Motor- und/oder Getriebeausführung eingesetzt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Anfahr- und Retardermodul gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und bevorzugte Lösungsvarianten sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung geht aus von einem Anfahr- und Retardermodul zur Anordnung zwischen einem Antriebsmotor und einem Getriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug oder ein Schienenfahrzeug, umfassend ein Modulgehäuse in dem eine Turbokupplung, eine Kupplung und eine Bremse positioniert sind, wobei die Turbokupplung wenigstens ein erstes Schaufelrad und ein zweites Schaufelrad aufweist, die einen mit Öl steuerbar befüllbaren Arbeitsraum zur Einstellung eines hydrodynamischen Übertragungsmoments bilden.
Weiterhin umfasst das Anfahr- und Retardermodul eine Eingangswelle und eine Abtriebswelle, wobei das erste Schaufelrad direkt mit der Eingangswelle gekoppelt ist und eine Drehbewegung von der Eingangswelle wahlweise über das Schließen der Kupplung oder über die Turbokupplung und ein zwischen dem zweiten Schaufelrad und der Abtriebswelle angeordneten Freilauf auf die Abtriebswelle übertragbar ist, wobei der Freilauf derart angeordnet ist, dass das zweite Schaufelrad mittels der Bremse gegenüber dem Modulgehäuse fixierbar ist. Durch die Fixierung des zweiten Schaufelrades wird die Turbokupplung zum Retarder.
Es wird vorgeschlagen die Lagerung derart auszuführen, dass zwischen dem zweiten Schaufelrad und dem Modulgehäuse eine erste Lagerung mit einem Lager und zwischen dem zweiten Schaufelrad und der Abtriebswelle eine zweite Lagerung mit zwei Lagern vorgesehen sind. Die Lagerung der Abtriebswelle erfolgt durch diese Anordnung der Lager ausschließlich gegenüber dem Modulgehäuse und die Abtriebwelle ist nun Bestandteil des Anfahr- und Retardermoduls.
Dieser gegenüber dem StdT geänderte Aufbau ist nun derart aufgebaut, dass alle zum Anfahr- und Retardermodul gehörenden Bauteile, insbesondere alle wesentlichen Lager, dem Modul zugeordnet sind.
In einer bevorzugten Ausführung kann die Anordnung der Lager derart erfolgen, dass das eine Lager der ersten Lagerung und der Freilauf in Axialrichtung gesehen zwischen den zwei Lagern der zweiten Lagerung angeordnet sind. Diese Lageranordnung gewährleistet einen stabilen Freilaufspalt für den Freilauf.
Weiterhin kann die Ausgangswelle gestuft ausgeführt sein und die Lager der zweiten Lagerung können derart angeordnet und dimensioniert sein, dass die Abtriebswelle in das fertig montierte Anfahr- und Retardermodul von der Ausgangsseite her einschiebbar ist. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass die Abtriebswelle sehr einfach an unterschiedliche Motoren- und/oder Getriebebauformen angepasst werden kann, wodurch insbesondere die Nachrüstung eines Anfahr- und Retardermoduls in einen vorhandenen Antriebsstrang vereinfacht wird.
Weiterhin kann das Modulgehäuse einen ölfreien Raum und einen Ölraum aufweisen, wobei die Kupplung im ölfreien Raum positioniert ist.
Des Weiteren sind alle Lager, die Turbokupplung, die Bremse und der Freilauf im Ölraum angeordnet, wobei der Ölraum gegenüber der Umgebung abgedichtet ist.
Weitere Merkmale des erfindungsgemäßen Anfahr- und Retardermoduls und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung entsprechend der Skizze 1.
1 zeigt ein schematisiert dargestelltes, erfindungsgemäßes Anfahr- und Retardermodul 1. Das Anfahr- und Retardermodul 1 ist ein Modul, das zwischen einem nicht näher dargestellten Antriebsmotor 2 und einem nicht näher dargestellten Getriebe 3 in den Antriebsstrang eingebaut ist. Ein derartiger Antriebsstrang kann so beispielweise in einem Kraftfahrzeug oder einem Schienenfahrzeug eingebaut sein.
Der Aufbau des Moduls 1 ist derart gestaltet, dass das Modul 1 auch nachrüstbar ist, also ohne wesentliche Änderungen an Motor oder Getriebe in einen vorhandenen Antriebsstrang einbaubar ist.
Das Modul 1 umfasst eine Turbokupplung 5, eine Kupplung 6, auch als Überbrückungskupplung bezeichnet, und eine Bremse 7. Die Turbokupplung 5 ist eine hydrodynamische Kupplung, die sich aus einem ersten Schaufelrad 8, als Primärrad oder auch Pumpenrad bezeichnet, und einem zweiten Schaufelrad 9, als Sekundärrad oder auch Turbinenrad bezeichnet, zusammensetzt. Die beiden Räder 8, 9 bilden miteinander den torusförmigen Arbeitsraum 10.
Das Modulgehäuse 4 ist in zwei Bereiche unterteilt, einem ölfreien Raum 24a und einem gegenüber dem ölfreien Raum abgedichteten Ölraum 24b. Die Überbrückungskupplung 6 ist in dem ölfreien Raum 24a angeordnet, der durch das Motorgehäuse 2 begrenzt wird. Die Überbrückungskupplung 6 kann eine mittels eines hier nicht dargestellten Aktuators betätigbare trockenlaufende Kupplung, die als selbstschließende Kupplung ausgeführt ist, sein. Im nicht betätigten Zustand erfolgt somit eine direkte Momentübertragung vom Antriebsmotor 2 auf die Abtriebswelle 12 und der Freilauf 13 befindet sich im Freilaufmodus.
Die Turbokupplung 5 und die Bremse 7 sind dagegen im Ölraum 24b angeordnet. Zu diesem Raum 24b gehören unter anderem ein Ölsumpf und mehrere Kanäle im Modulgehäuse 4, die hier nicht dargestellt sind. Ebenfalls nicht dargestellt ist der gesamte Ölkreislauf.
Die Lager 14, 15a, b und 26 sind in diesen Ölkreislauf eingebunden, so dass die Schmierung der Lager 14, 15a, b und 26 mittels des Öls aus dem Ölkreislauf erfolgt. Eine separate Schmierung kann so entfallen.
Im Betrieb der Turbokupplung 5 oder im Betrieb des Retarders bilden sich zwei Ölkreisläufe. Der erste Ölkreislauf ist der Meridianstrom im Inneren des Arbeitsraums 10 zur Drehmomentübertragung. Der zweite Ölkreislauf ist der Kühlkreislauf in dem immer ein Teil des Öls zur Kühlung durch einen Kühler gefördert wird.
Die Überbrückungskupplung 6 umfasst eine Schwungscheibe, eine mit der Schwungscheibe drehfest verbundene, axial verschiebbare Anpressplatte und eine zwischen der Schwungscheibe und der Anpressplatte angeordnete Kupplungsscheibe.
Das Drehmoment des Motors kann nun über zwei Wege auf die Ausgangswelle 12 übertragen werden. Der eine Weg führt über die Schwungscheibe, die direkt mit der Eingangswelle 11 drehfest verbunden ist, und den hydrodynamischen Kreislauf und der andere Weg führt über die Kupplung, wobei die Kupplungsscheibe und der Torsionsschwingungsdämpfer 28 drehfest mit der Ausgangswelle 12 verbunden sind.
Weiterhin ist das Pumpenrad 8 der Turbokupplung 5 mit der Eingangswelle 11 drehfest verbunden. Die Lagerung der Eingangswelle 11 erfolgt gegenüber dem Modulgehäuse 4 und gegenüber dem Turbinenrad 9, das seinerseits wieder gegenüber dem Modulgehäuse 4 gelagert ist. Die Eingangswelle 11 ist eine Hohlwelle durch die die Abtriebswelle 12 verläuft, es erfolgt aber keine Lagerung zwischen Eingangswelle 11 und Abtriebswelle 12. Zwischen den Bauteilen 11, 12 ist lediglich eine Dichtung 27 vorgesehen.
Optional kann die Abtriebswelle 12 über eine weitere nicht dargestellte Lagerstelle gegenüber dem Motorgehäuse gelagert werden.
Das Turbinenrad 9 ist mit der Bremsscheibe der Bremse 7 verbunden. Die Lagerung des Turbinenrades erfolgt über eine erste Lagerung mit dem Lager 14 gegenüber dem Modulgehäuse 4 und über eine zweite Lagerung mit zwei Lagern 15a, b gegenüber der Abtriebswelle 12.
Das Turbinenrad 9 der Turbokupplung 5 ist weiterhin über den Freilauf 13 mit der Abtriebswelle 12 verbunden. Der Freilauf ist derart eingebaut, dass bei geöffneter Überbrückungskupplung 6 der Antrieb der Abtriebswelle 12 über den Freilauf 13 erfolgt, sofern in der Turbokupplung ein Drehmoment übertragen wird.
Die Bremse 7 umfasst neben der Bremsscheibe ein erstes in einem Modulgehäuse 4 ortsfest verbundenes Scheibenelement und ein zweites im Modulgehäuse 4 drehfestes, jedoch pneumatisch in axialer Richtung verschiebbares Scheibenelement. Die Bremse 7 ist nasslaufend ausgeführt, könnte jedoch ebenfalls als trocken laufende Bremse ausgeführt sein.
Für den Anfahrvorgang wird die Überbrückungskupplung 6 mittels eines Aktuators geöffnet. Das vom Antriebsmotor erzeugte Drehmoment wird bei geöffneter Überbrückungskupplung 6 vom Antriebsmotor 2 über die Eingangswelle 11, die gefüllte Turbokupplung 5 und schließlich über den in Motordrehrichtung gesperrten Freilauf 13 auf die Abtriebswelle 12 übertragen.
Ist der Anfahrvorgang beendet, wird die Überbrückungskupplung 6 geschlossen. Der Antriebsmotor ist dann über die Überbrückungskupplung 6 direkt mit der Abtriebswelle 12 verbunden und der Freilauf 13 befindet sich im Freilaufmodus.
Im Betrieb eines Kraftfahrzeuges wird bei einem Schaltvorgang bzw. beim Wechsel zwischen zwei Gangstufen die Antriebsverbindung zwischen dem Antriebsmotor und dem Schaltgetriebe durch die Überbrückungskupplung 6 getrennt. Um zu vermeiden, dass beim Schaltvorgang vom Antriebsmotor ein Drehmoment über das Anfahrmodul 1 auf das Schaltgetriebe übertragen wird, insbesondere wenn die Turbokupplung 5 noch nicht vollständig entleert ist, kann die Drehzahl des Turbinenrads 9 über die Bremse 7 in der Weise gesteuert werden, dass diese stets kleiner ist als die Drehzahl der Abtriebswelle 12 bzw. der Getriebewelle 20 des Schaltgetriebes. Dadurch ist der Freilauf 13 geöffnet. Ist der Gangwechsel vollzogen wird die Überbrückungskupplung 6 wieder geschlossen.
Das Modul 1 ist zudem als Retarder nutzbar. Hierfür wird das Turbinenrad 9 der Turbokupplung 5 über die Bremse 7 festgesetzt, so dass bei Befüllung des Arbeitsraums 10 ein Bremsmoment vom Pumpenrad 8 über die Eingangswelle 11, die geschlossene Überbrückungskupplung 6 und über den Torsionsschwingungsdämpfer 28 auf die Abtriebswelle 12 übertragen wird.
Die Abtriebswelle 12 und die Getriebewelle 20 sind miteinander drehfest gekoppelt. Die Kopplung kann beispielsweise über eine Steckverbindung erfolgen. Um eine möglichst flexible Anpassung an unterschiedliche Getriebe zu erreichen kann die Abtriebswelle 12 zweiteilig ausgeführt sein, bestehend aus Wellenteil 17 und Nabe 18, die vorzugsweise miteinander vernietet sind.
Weiterhin kann zwischen Getriebewelle 20 und Abtriebswelle 12 ein Federelement 21 vorgesehen sein. Die Feder ist so ausgelegt, dass eine axiale Kraft auf die Abtriebswelle 12 wirkt, mittels der das Lager 15a oder 15b axial vorgespannt werden kann.
Der Nabenraum 23 ist mit einer Fettfüllung gefüllt, wobei zwischen Nabe 18 und Getriebewelle 20 eine Dichtung 22 angeordnet ist, um die Fettfüllung dauerhaft in der Nabe zu halten.
Bezugszeichenliste

1: Anfahr- und Retardermodul
2: Antriebsmotor
3: Getriebe
4: Modulgehäuse
5: Turbokupplung
6: Kupplung
7: Bremse
8: erstes Schaufelrad
9: zweites Schaufelrad
10: Arbeitsraum
11: Eingangswelle
12: Abtriebswelle
13: Freilauf
14: erste Lagerung
15 a,b: zweite Lagerung
16: Ausgangsseite
17: Wellenteil
18: Nabe
19: Innenverzahnung
20: Getriebewelle
21: Federelement
22: Dichtung
23: Nabenraum
24a: ölfreier Raum
24b: Ölraum
25: Lager
27: Dichtung
28: Torsionsschwingungsdämpfer
29: Kupplung
30/31: Flanschverbindung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10045337 A1 [0003]
DE 4423640 C2 [0004]
DE 10317405 A1 [0005]

Claims

Anfahr- und Retardermodul (1) zur Anordnung zwischen einem Antriebsmotor (2) und einem Getriebe (3), insbesondere für ein Kraftfahrzeug oder ein Schienenfahrzeug, umfassend ein Modulgehäuse (4) in dem eine Turbokupplung (5), eine Kupplung (6 ) und eine Bremse (7) positioniert sind, wobei die Turbokupplung (5) wenigstens ein erstes Schaufelrad (8) und ein zweites Schaufelrad (9) aufweist, die einen mit Öl steuerbar befüllbaren Arbeitsraum (10) zur Einstellung eines hydrodynamischen Übertragungsmoments bilden, wobei weiterhin eine Eingangswelle (11) und eine Abtriebswelle (12) vorgesehen sind, wobei das erste Schaufelrad (8) direkt mit der Eingangswelle (11) gekoppelt ist und eine Drehbewegung von der Eingangswelle (11) wahlweise über das Schließen der Kupplung (6) oder über die Turbokupplung (5) und ein zwischen dem zweiten Schaufelrad (9) und Abtriebswelle (12) angeordneten Freilauf (13) auf die Abtriebswelle (12) übertragbar ist, wobei der Freilauf (13) derart angeordnet ist, dass das zweite Schaufelrad (9) mittels der Bremse gegenüber dem Modulgehäuse (4) fixierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten Schaufelrad (9) und dem Modulgehäuse (4) eine erste Lagerung (14) mit einem Lager und zwischen dem zweiten Schaufelrad (9) und der Abtriebswelle (12) eine zweite Lagerung (15) mit zwei Lagern vorgesehen sind.
Anfahr- und Retardermodul (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Lager (14) und der Freilauf (13) in Axialrichtung gesehen zwischen den zwei Lagern der zweiten Lagerung (15a, b) angeordnet sind.
Anfahr- und Retardermodul (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (12) gestuft ausgeführt ist und die Lager der zweiten Lagerung (15) derart angeordnet und dimensioniert sind, dass die Abtriebswelle (12) in das fertig montierte Anfahr- und Retardermodul (1) von der Ausgangsseite (16) her einschiebbar ist.
Anfahr- und Retardermodul (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Modulgehäuse (4) einen ölfreien Raum (24a) und einen Ölraum (24 b) aufweist, wobei die Kupplung (6) im ölfreien Raum (24a) positioniert ist.
Anfahr- und Retardermodul (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Lager, die Turbokupplung (5), die Bremse (7) und der Freilauf (13) im Ölraum (24b) angeordnet sind, wobei der Ölraum (24b) gegenüber der Umgebung abgedichtet ist.