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Die
Erfindung betrifft eine Getriebebaueinheit, im Einzelnen mit den
Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Getriebebaueinheiten,
umfassend eine Anfahreinheit und eine dieser nachgeschaltete Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinheit
sind in einer Vielzahl von Ausführungen
bekannt. Die Anfahreinheit umfasst ein Anfahrelement in Form einer
hydrodynamischen Komponente, vorzugsweise einer hydrodynamischen
Kupplung. Stellvertretend wird beispielsweise auf die Druckschrift
WO 00/55519 verwiesen. Diese weist ein als Pumpenrad fungierendes Primärrad und
ein als Turbinenrad fungierendes Sekundärrad auf, die miteinander einen
torusförmigen Arbeitsraum
bilden. Die Leistungsübertragung
erfolgt dabei über
Strömungskräfte. Die
hydrodynamische Kupplung kann schaltbar sein, wobei diese Schaltbarkeit
durch Befüllung
und Entleerung realisiert werden kann. Die Befüllung hydrodynamischer Kupplungen
erfolgt im Bereich des Innendurchmessers des torusförmigen Arbeitsraumes
in den Spalt zwischen Primärrad
und Sekundärrad
und bei Ausführungen als
Stellkupplungen über
eine Fangrinne am Pumpenrad oder in die Pumpenradschale. Um den
Arbeitsraum sehr schnell zu befüllen
und hohe Leistungsaufnahmewerte zu erzielen, ist es jedoch erforderlich,
das Betriebsmittel unter Druck in den Arbeitsraum einzubringen und
im Arbeitsraum zu halten, was zusätzlicher Vorkehrungen bedarf,
insbesondere einer gut funktionierenden Entlüftung, da die Luft nur langsam
bei Rotation der Schaufelräder
aufgrund der Fliehkraft herausgetragen wird. Die Entlüftung erfolgt dabei
aus dem Arbeitsraum über
entsprechende Entlüftungskanäle in den
Schaufelrädern
und dem Gehäuse
nach außen.
Der Entlüftungskanal
erstreckt sich dabei vorzugsweise vom Kernraum durch eine Schaufel
der Beschaufelung bis an den Außenumfang
des entsprechenden Schaufelrades und von dort über das Gehäuse nach außen. Diese Lösung ist durch
eine aufwendige Führung
der Entlüftungsleitung
durch das Gehäuse
mit langen Kanälen
und dicht zu gestaltenden Übergängen zwischen
mit Relativdrehzahl zueinander rotierenden Elementen, insbesondere
rotierenden und ruhenden Bauteilen charakterisiert. Dies gilt auch
für die
zur Entlüftung
der Zwischenräume
zwischen den Schaufelrädern
sich durch das Gehäuse
erstreckende Kanäle.
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Der
Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Getriebebaueinheit
der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass mit geringstem Aufwand
eine einfache und optimale Entlüftung
zumindest der Anfahreinheit gewährleistet
wird.
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Die
erfindungsgemäße Lösung wird
durch die Merkmale des Anspruches 1 charakterisiert. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
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Die
Getriebebaueinheit umfasst eine zwischen einem Eingang und einem
Ausgang angeordnete Anfahreinheit und eine dieser nachgeschaltete Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinheit.
Die Anfahreinheit wiederum umfasst eine hydrodynamische Einheit
mit wenigstens einem Primärrad
und einem Sekundärrad,
die miteinander einen mit Betriebsmittel befüllbaren Arbeitsraum bilden.
Der Anfahreinheit ist mindestens ein Entlüftungskanal und/oder -raum oder
eine Entlüftungsleitung
zur Kopplung der Anfahreinheit, insbesondere des Arbeitsraumes und/oder der
zwischen dieser und dem Gehäuse
gebildeten Zwischenräume
mit der Umgebung zugeordnet. Unter Entlüftungskanal und/oder -raum
wird dabei die Möglichkeit
der Ausgestaltung nur als Kanal, als Raum oder einer Kombination
aus beiden verstanden. Erfindungsgemäß ist zwischen der Anfahreinheit
und der Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinheit ein von diesen zumindest
in axialer Richtung begrenzter Zwischenraum vorgesehen, der mit
der Umgebung koppelbar ist. Der einzelne Entlüftungskanal und/oder -raum
oder die einzelne Entlüftungsleitung der
Anfahreinheit sind dabei mit dem Zwischenraum verbunden. Dies bedeutet,
dass die Entlüftungsleitung
bzw. der Entlüftungskanal
der Anfahreinheit diese, insbesondere den Arbeitsraum nicht direkt
mit der Umgebung verbindet, sondern die Verbindung immer über einen
Zwischenraum erfolgt. Damit wird zum einen eine schnelle Entlüftung in
einen relativ großen Raum
bei gleichzeitig kurzen Leitungs- bzw. Kanalwegen realisiert. Ferner
kann auf eine sehr einfache Ausgestaltung der Kanäle und mit
geringem Aufwand gestaltete Führung
dieser zurückgegriffen
werden, da lediglich eine Verbindung zum Zwischenraum zu schaffen
ist unabhängig
von der Anordnung der Mündung
in den Zwischenraum in radialer Richtung betrachtet. Gleichzeitig
wird dem Erfordernis einer Entlüftung
an möglichst
höchster
Stelle, d.h. in radialer Richtung möglichst im Bereich der äußersten
Abmessungen der Getriebebaueinheit gewährleistet, da diese Funktion
von wenigstens einer dem Zwischenraum zugeordneten Entlüftungsöffnung übernommen wird.
Diese ist dabei in radialer Richtung an der nach oben weisenden,
den Zwischenraum in radialer Richtung begrenzenden Gehäusewand
vorgesehen.
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Unter
den Begriffen Kanal und Leitung werden jegliche Führungsmöglichkeiten
von Flüssigkeiten
und Gasen verstanden. Es kann sich dabei um separate Elemente, beispielseisein
Form von Rohren oder aber in bestehende Bauelemente integrierte
Kanäle
handeln.
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Gemäß einer
Weiterentwicklung erfolgt auch die Entlüftung der Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinheit über den
Zwischenraum. Dazu ist dieser wenigstens einer Entlüftungsöffnung zugeordnet,
die den Innenraum der Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinheit mit dem
Zwischenraum verbindet. Diese Lösung
ist insbesondere für
die Anwendungsfälle von
Vorteil, bei denen das der Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinheit
zugeordnete Gehäuse
druck- und flüssigkeitsdicht
gelagert ist und Mittel zum wahlweisen Verschließen der Entlüftungsöffnung vorgesehen
sind, welche vorzugsweise wenigstens eine Ventileinrichtung umfassen,
die wenigstens zwei Schaltstellungen, die durch einen Verschluss
der Entlüftungsöffnung und
wenigstens ein teilweises Öffnen
der Entlüftungsöffnung charakterisiert
sind, aufweist. Damit kann der Innenraum der Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinheit
sicher und gezielt unter Druck gesetzt werden, wie dies beispielsweise
zur Einstellung und/oder Änderung
des Füllungsgrades
der hydrodynamischen Kupplung realisiert wird. In diesem Fall ist
der Anfahreinheit ein Betriebsmittelversorgungssystem zugeordnet,
umfassend einen, dem Arbeitsraum zugeordneten geschlossenen Kreislauf,
der wenigstens einen Ablauf mit einem Zulauf zum Arbeitraum verbindet.
Eine vom Getriebeölsumpf
gebildete oder in der Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinheit angeordnete Betriebsmittelquelle,
die in den geschlossenen Kreislauf integriert ist oder druckdicht
an den Kreislauf anschließbar
ist, wird Mitteln zur Erzeugung eines statischen Überlagerungsdruckes
auf den Betriebsmittelspiegel der Betriebsmittelquelle ausgesetzt.
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Zur
Bildung bzw. Begrenzung des Zwischenraumes umfassen die Anfahreinheit
und die Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinheit vorzugsweise jeweils
ein Gehäuse,
die miteinander unter Bildung des Zwischenraumes zum Gesamtgetriebegehäuse verbindbar
sind. In diesem Fall wird auf ohnehin vorhandene Zwischenwände zurückgegriffen
und es sind keine zusätzlichen
Gehäuseelemente
erforderlich. Das Gehäuse
der Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinheit
weist gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung einen glockenförmig ausgebildeten Gehäusewandvorsprung
auf, der das Gehäuse
der Anfahreinheit in axialer Richtung betrachtet wenigstens teilweise
und in Umfangsrichtung vollständig
unter Bildung der Wände,
insbesondere der drehzahl-/drehmomenteinheitsseitigen und der in
radialer Richtung ausgerichteten Wände des Zwischenraumes umschließt.
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Eine
den Zwischenraum begrenzende Wand auf der Anfahreinheitsseite wird
vorzugsweise sowohl vom Gehäuse
der Anfahreinheit als auch dem Sekundärschaufelrad gebildet. Dies
bietet den Vorteil, daß beispielsweise
Entlüftungskanäle in den Schaufeln
direkt zum Zwischenraum weitergeführt werden können. Bei
dem Gehäuse
der Anfahreinheit handelt es sich entweder um ein, eine Primärrad und Sekundärrad umschließende Pumpenradschale
umschließendes
Gehäuse
oder ein direkt ohne weitere Zwischenwände das Primär- und Sekundärschaufelrad
in axialer und Umfangsrichtung umschließendes Gehäuse.
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Vorzugsweise
erfolgt die Entlüftung
direkt aus dem Kernraum des Arbeitsraumes über wenigstens eine Entlüftungsschaufel
in der Beschaufelung wenigstens eines der beiden Schaufelräder – Primärschaufelrad
oder Sekundärschaufelrad.
Der sich durch eine Entlüftungsschaufel
erstreckenden Kanal, verbindet den Kernraum des torusförmigen Arbeitsraumes
mit einer Austrittsöffnung
aus dem jeweiligen Schaufelrad. Der Kanal ist Bestandteil des Entlüftungskanals
und/oder -raums, der den Arbeitsraum mit dem Zwischenraum verbindet.
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Die
Kopplung des Zwischenraumes mit der Umgebung erfolgt über mindestens
eine, in der diesen begrenzenden Wand angeordnete Öffnung.
Die Öffnung
ist am oberen Gehäuseteil
des Getriebes angeordnet.
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Die
erfindungsgemäße Lösung wird
nachfolgend anhand einer 1 erläutert. Diese
verdeutlicht in schematisch stark vereinfachter Darstellung anhand
eines Ausschnittes aus einem Axialschnitt den Grundaufbau einer
erfindungsgemäß gestalteten Getriebebaueinheit 1.
Diese umfasst eine Anfahreinheit 2 und eine, dieser nachgeschaltete
Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinheit 3, die beliebig ausgeführt sein
kann. Daher wurde bewusst auf eine detaillierte Darstellung verzichtet
und es ist lediglich das Gehäuse 10 wiedergegeben.
Ein Eingang E der Getriebebaueinheit ist dabei mit der Anfahreinheit 2 drehfest
gekoppelt bzw. wird von dieser gebildet. Ein Ausgang A der Getriebebaueinheit 1 wird
von der Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinheit 3 gebildet. Die
Anfahreinheit 2 umfasst mindestens ein Anfahrelement in
Form einer hydrodynamischen Einheit 4, vorzugsweise in
Form einer hydrodynamischen Kupplung 5. Diese weist im
Traktionsbetrieb bei Leistungsübertragung
vom Eingang E der Getriebebaueinheit 1 zum Ausgang A der
Getriebebaueinheit 1 betrachtet ein als Pumpenrad fungierendes
Primärrad 6 und
ein als Turbinenrad fungierendes Sekundärrad 7 auf. Beide
Schaufelräder
bilden dabei einen torusförmigen
Arbeitsraum 8, der mit Betriebsmittel befüllbar ist.
Der hydrodynamischen Kupplung 5 ist ferner ein Gehäuse 9 zugeordnet,
welches die beiden Schaufelräder – Primärrad 6 und
Sekundärrad 7 – in axialer
Richtung und wenigstens teilweise in radialer Richtung umschließt. Die
Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinheit 3 umfasst ebenfalls
ein Gehäuse 10,
wobei beide Gehäuse – das Gehäuse 9 und
das Gehäuse 10 – Bestandteil
des Gehäuses 37 der
Getriebebaueinheit 1 sind. Die Kopplung zwischen der Anfahreinheit 2 und
der Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinheit 3 erfolgt dabei über das
Sekundärrad 7,
insbesondere ein mit diesem drehfest gekoppeltes Element, beispielsweise
einer mit diesem drehfest koppelbaren Sekundärradwelle 12, welche den
Ausgang 13 der Anfahreinheit 2 bildet. Die Sekundärradwelle 12 kann
dabei auch von einer Eingangswelle der Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinheit 3 gebildet
werden. Die Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinheit 3 umfasst
mindestens eine Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung,
wobei diese für
den Einsatz in Getrieben in Fahrzeugen in der Regel Schaltstufen
umfasst.
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Bei
Befüllung
des Arbeitsraumes 8 und gleichzeitiger Rotation des Primärschaufelrades 6 bzw.
des Sekundärschaufelrades 7 wird
die im Arbeitsraum 8 befindliche Luft aufgrund der zunehmenden
Verdrängung
der Luft/Entstehung eines Luftkernringes) durch die Meridianströmung (Öl, Wasser,
...), Fliehkraft langsam hinausgetragen. Um den Arbeitsraum 8 sehr
schnell zu befüllen
und hohe Leistungsaufnahmewerte zu erzielen, ist es jedoch erforderlich,
das Betriebsmittel unter Druck in den Arbeitsraum einzubringen und
im Arbeitsraum zu halten, was zusätzlicher Vorkehrungen bedarf.
Zum schnellen Austrag der Luft aus dem Arbeitsraum ist in der Beschaufelung
wenigstens eines der Schaufelräder – Primärschaufelrad 6 oder
Sekundärschaufelrad 7 – wenigstens
eine Entlüftungsschaufel 15 vorgesehen, die
einen Kanal 16.1 umfasst. Zur Entlüftung der gesamten Anfahreinheit 2 ist
dieser wenigstens mittelbar über
das Gehäuse 9 mit
der Umgebung koppelbar. Erfindungsgemäß ist zwischen Anfahreinheit 2 und
Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinheit 3 ein Zwischenraum 17 vorgesehen, über welchen
die Entlüftung
der Anfahreinheit 2 und der Drehzahl- /Drehmomentwandlungseinheit 3 realisiert
wird. Dies bietet den Vorteil, dass insbesondere die Verbindung zwischen
den Kanälen 16.1 der
Schaufelräder
und dem Entlüftungsraum,
der vom Zwischenraum 17 gebildet wird und der mit der Umgebung
verbindbar ist, sehr kurz gehalten werden kann. Die Kopplung des Kanals 16.1 erfolgt
hier über
einen Entlüftungsraum 16.2 und
einen sich durch das Sekundärschaufelrad 7 erstreckenden
Entlüftungskanal 16.3.
Die einzelnen Kanäle
und Räume 16.1 bis 16.3 bilden
dabei den kombinierten Entlüftungskanal
und/oder -raum 16. Ferner entfallen aufwendige Entlüftungskanalführungen über das
Gehäuse 9 bzw.
bei Führung
der Entlüftungskanäle über das
Gehäuse 9 Dichtungen oder
Drehdurchführungen
zwischen mit Relativdrehzahl zueinander rotierenden Elementen. Der
Entlüftungsvorgang
kann ferner am höchsten
Punkt erfolgen, insbesondere über
mindestens eine Öffnung 18, die
am Gehäuse 9 in
Einbaulage betrachtet im oberen Gehäuseteil angeordnet ist. Die
Entlüftung über den
Zwischenraum 17 bietet ferner den Vorteil, dass die Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung 3, insbesondere
deren Gehäuse 10,
zur Aufnahme eines Betriebsmittelsumpfes ausgebildet werden kann, wobei
dieser unter Druck gesetzt wird. Dies erfolgt durch Beaufschlagung
des Innenraumes 19 der Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinheit 3.
Dies gilt insbesondere, wenn der Betriebsmittelsumpf auch als Betriebsmittelquelle
für die
Anfahreinheit 2 genutzt wird. Zum Zwecke des Befüllens und
Entleerens sowie der Steuerung des Füllungsgrades des Arbeitsraumes 8 der
hydrodynamischen Kupplung 5 ist ein Betriebsmittelversorgungs-
bzw. -führungssystem 20 vorgesehen.
Dieses umfasst mindestens einen Austritt 21 aus dem torusförmigen Arbeitsraum 8, der
mit mindestens einer Abfuhrleitung 22 für das Betriebsmittel gekoppelt
ist. Ferner umfasst das Betriebsmittelversorgungs- bzw. -führungssystem 20 mindestens
einen Eintritt 23 in den torusförmigen Arbeitsraum 8,
wobei der Eintritt 23 mit mindestens einer Zufuhrleitung 24 gekoppelt
ist. Die Abfuhrleitung 22 und die Zufuhrleitung 24 sind
mit einer Betriebsmittelquelle 25 verbunden, die in Form
eines Tankes bzw. Betriebsmittelbehälters 26 vorliegt.
Dieser ist druck- und flüssigkeitsdicht
ausgeführt
und wird vom Gehäuse 10 der
Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinheit 3 gebildet,
insbesondere von mindestens einem Teilbereich seines Innenumfanges 27 begrenzt. In
diesem ist der Betriebsmittel- bzw.
Druckmittelsumpf 28 angeordnet. Die Zufuhrleitung 24 und
die Abfuhrleitung 22 sind dann beispielsweise über einen geschlossenen
Kreislauf 29 miteinander verbunden, wobei der druck- und
flüssigkeitsdichte
Betriebsmittelbehälter 28 im
Kreislauf 29 integriert ist oder aber die Kopplung der
Betriebsmittelquelle 25 mit dem geschlossenen Kreislauf 29 über eine
Knotenstelle erfolgt, über
die die Betriebsmittelquelle 25 druckdicht an den geschlossenen
Kreislauf 29 anbindbar ist, wobei über diese der Druck im geschlossenen
Kreislauf 29 gesteuert werden kann. Zur Befüllung und
zur Änderung
des Füllungsgrades
im torusförmigen
Arbeitsraum 8 sind Mittel 30 zur Erzeugung eines
statischen Überlagerungsdruckes
zum Druck im geschlossenen Kreislauf 29 vorgesehen, wobei
diese Mittel 30 den Druck auf dem Betriebsmittel- bzw.
Druckmittelsumpf 28 aufbringen und Bestandteil eines Druckmittelversorgungssystems 31 sind.
Dieses weist eine Druckmittelquelle 32 auf, die über mindestens
eine Druckzufuhrleitung 33 mit dem Innenraum 34 des
Betriebsmittelbehälters 26,
der vom Innenraum 19 der Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinheit 3 gebildet
wird, koppelbar ist. Die Entlastung des Betriebsmittel- bzw. Druckmittelsumpfes 28 erfolgt über den
Zwischenraum 17. Dazu ist mindestens eine Verbindung zwischen
dem Innenraum 34 des Betriebsmittelbehälters 26 und des Getriebes
vorgesehen. Dies ist beispielsweise über eine Öffnung 35 an der zur
Anfahreinheit gerichteten Gehäuse-
oder Zwischenwand 36 der Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinheit 3 vorgesehen.
Der Druck auf den Betriebsmittelsumpf kann somit über die Öffnung 35 in
den Zwischenraum 17 und über diese und in die Umgebung
abgebaut werden. Zur Realisierung eines druckdichten Verschlusses
der Entlüftungsöffnung 35 ist
dieser eine Ventileinrichtung 38 zugeordnet, die wenigstens
zwei Schaltstellungen umfasst, wobei eine durch den vollständigen Verschluss
charakterisiert ist.
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Die
Erzeugung des statischen Überlagerungsdruckes
im geschlossenen Kreislauf 29 durch Ausüben eines Druckes auf den ruhenden
Betriebsmittelsumpf 28 erfolgt vorzugsweise pneumatisch. Die
Mittel zur Erzeugung des statischen Überlagerungsdruckes 30,
die Druckmittelquelle 32, die Druckzufuhrleitung 33 sowie
die Entlastungskanäle sind
dabei Bestandteil des pneumatischen Druckmittelversorgungssystems 31.
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Die
Entlüftungsöffnung 35 bzw.
der Entlüftungskanal
kann an beliebiger Stelle an der Gehäuse- oder Zwischenwand 36 angeordnet
sein. Ferner ist es denkbar, auch eine Vielzahl derartiger Öffnungen
vorzusehen.
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Mit
der in der 1 dargestellten
Ausführung
wird der Zwischenraum 17 vom Gehäuse 10 der Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinheit 3 umschlossen.
Dieses bildet die Gehäuse-
und Zwischenwand 36. Die andere Begrenzung erfolgt über das
stehende Gehäuse 9 der
Anfahreinheit, das mit dem Gehäuse 10 zu
einer baulichen Einheit, dem Getriebebaueinheitsgehäuse 11,
zusammengefasst werden kann.
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Gemäß einer
im einzelnen nicht dargestellten Ausführung kann der Zwischenraum 17 auch
im Wesentlichen durch die Wände
des Gehäuses 9 begrenzt
werden. Die in der 1 dargestellte
Ausführung
stellt lediglich eine Möglichkeit
dar, die besonders vorteilhaft ist. Bei dieser ist das Gehäuse 10 glockenförmig in
Richtung zur Aufnehmung der Anfahreinheit 2 ausgestaltet.
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- 1
- Getriebebaueinheit
- 2
- Anfahrelement
- 3
- Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinheit
- 4
- hydrodynamische
Einheit
- 5
- hydrodynamische
Kupplung
- 6
- Primärrad
- 7
- Sekundärrad
- 8
- Arbeitsraum
- 9
- Gehäuse
- 10
- Gehäuse
- 11
- Getriebebaueinheitsgehäuse
- 12
- Sekundärradwelle
- 13
- Ausgang
der Anfahreinheit
- 14
- Eingangswelle
- 15
- Entlüftungsschaufel
- 16.1
- Kanal
- 16.2
- Entlüftungsraum
- 16.3
- Entlüftungskanal
- 17
- Zwischenraum
- 18
- Öffnung
- 19
- Innenraum
- 20
- Betriebsmittelversorgungs-
bzw. -führungssystem
- 21
- Austritt
- 22
- Abfuhrleitung
- 23
- Eintritt
- 24
- Zufuhrleitung
- 25
- Betriebsmittelquelle
- 26
- Betriebsmittelbehälter
- 27
- Innenumfang
- 28
- Betriebsmittel-
bzw. Druckmittelsumpf
- 29
- geschlossener
Kreislauf
- 30
- Mittel
zur Erzeugung eines statischen Überlagerungsdruckes
auf einen
-
- ruhenden
Betriebsmittelsumpf
- 31
- Druckmittelversorgungssystem
- 32
- Druckmittelquelle
- 33
- Zufuhrleitung
- 34
- Innenraum
- 35
- Öffnung
- 36
- Gehäuse- oder
Zwischenwand
- 37
- Innenraum
- 38
- Ventileinrichtung
- E
- Eingang
- A
- Ausgang
- ri
- innerer
Radius