DE19650380C1 - Hydrodynamisches Anfahrelement für Kraftfahrzeuge - Google Patents
Hydrodynamisches Anfahrelement für KraftfahrzeugeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein hydrodynamisches Anfahrelement für Kraftfahrzeuge nach der
Gattung des Hauptanspruches.
Derartige hydrodynamische Anfahrelemente zwischen der Brennkraftmaschine und
dem Getriebe eines Kraftfahrzeuges bestehen aus einem mit der Abtriebswelle der
Brennkraftmaschine zusammenwirkenden Pumpenrad und einem mit der Antriebswelle
des nachgeschalteten Getriebes zusammenwirkenden Turbinenrad. Um die in Betrieb
einer derartigen hydrodynamischen Kupplung auftretenden Schlupfverluste im
Fahrbetrieb zu vermeiden, ist es bekannt, zusätzlich zu dieser hydrodynamischen
Kupplung eine beispielsweise als Reibungskupplung ausgebildete weitere Kupplung
einzusetzen, mit der die hydrodynamische Kupplung überbrückt werden kann, so daß
eine weitgehend starre Kopplung zwischen der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine
und der Antriebswelle des Getriebes erfolgt. Darüber hinaus ist es bei Nutzfahrzeugen
bekannt, sogenannte hydrodynamische Retarder einzusetzen, um im Schubbetrieb der
Fahrzeuge eine Bremswirkung zu erzielen.
Aus der DE 29 48 194 A1 ist ein gattungsgemäßes hydrodynamisches Anfahrelement
für Kraftfahrzeuge bekannt. Dieses umfaßt eine hydrodynamische Kupplung, deren
Pumpenrad mit der Antriebswelle der Brennkraftmaschine und deren Turbinenrad mit
der Antriebswelle des nachgeschalteten Getriebes zusammenwirkt. Darüber hinaus
weist das hydrodynamische Anfahrelement zwei weitere, beispielsweise als
Reibkupplungen ausgebildete Kupplungen auf, von denen eine zur Überbrückung der
hydrodynamischen Kupplung dient.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein derartiges hydrodynamisches Anfahrelement für
Kraftfahrzeuge dahingehend zu verbessern, daß mit geringem Aufwand ein
Retarder-Betrieb möglich ist, d. h. daß im Schubbetrieb des Kraftfahrzeuges eine
Bremswirkung zusätzlich zu der der Fahrzeugbremsen und der Motorbremse erzeugt
werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Hauptanspruches gelöst. Durch eine schaltbare Kopplung der Antriebswelle des
Getriebes mit dem Pumpenrad der hydrodynamischen Kupplung bei gleichzeitiger
Abkopplung des Turbinenrades von der Antriebswelle des Getriebes kann innerhalb der
hydrodynamischen Kupplung eine Bremswirkung erzielt werden. Aufgrund der
Kopplung der Antriebswelle des Getriebes mit dem Pumpenrad kann dabei eine
Bremswirkung erzielt werden, ohne daß es dazu einer Drehrichtungsumkehr bedarf,
das heißt, Pumpenrad und Turbinenrad haben im Anfahrbetrieb und im Bremsbetrieb
jeweils die gleiche Drehrichtung. In beiden Fällen (Anfahr-/Fahrbetrieb und
Bremsbetrieb) ist stets die Pumpenraddrehzahl nP größer gleich der
Turbinenraddrehzahl nT. Daher können auch hydrodynamische Kupplungen
eingesetzt werden, deren Schaufelflächen nicht radial angeordnet sind sondern einen
Winkel zwischen 0° und 90° zur Pumpenradachse bzw. Turbinenradachse
einschließen. Derartige hydrodynamische Kupplungen haben für eine vorgegebene
Drehrichtung ein steifes Übertragungsverhalten (wenig Schlupf) und für die
entgegengesetzte Drehrichtung ein weiches Übertragungsverhalten (viel Schlupf,
Quasi-Freilauf). Damit ergibt sich ein einfacher und kostengünstiger Aufbau für ein
hydrodynamisches Anfahrelement mit einer Doppelfunktion, bei dem ein gewollter,
schaltbarer Bremsbetrieb (Retarderbetrieb) möglich ist, und das insbesondere mit
geringem Bauraum auskommt. Eine hohe Bremswirkung wird erzielt, wenn das von
der Antriebswelle des Getriebes abgekoppelte Turbinenrad gegenüber dem
angetriebenen Pumpenrad festgestellt wird, d. h. wenn das Turbinenrad festgehalten
(nT = 0) und am Gehäuse (Motor, Getriebe, Fahrzeugrahmen) abgestützt wird. Dies ist
mit sehr geringem Aufwand und bei sehr geringem Platzbedarf durch Anordnung eines
Bremselementes zwischen Turbinenrad und Brennkraftmaschine, Getriebe oder
Fahrzeugaufbau möglich.
Durch Anordnung eines dritten Kupplungselementes zwischen dem hydrodynamischen
Anfahrelement und der Brennkraftmaschine ist auf besonders einfache und vorteilhafte
Weise eine Abkopplung der gesamten Getriebe- und Kupplungsbaugruppe vom Motor
möglich, so daß im Stand ein besonders verlustarmer Betrieb der Brennkraftmaschine
möglich ist, da keinerlei Schlupfverluste innerhalb der hydrodynamischen Kupplung
mehr auftreten.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung und
Zeichnung näher erläutert. Letztere zeigt in schematischer Darstellung eine
Motor-Getriebe-Anordnung mit dem erfindungsgemäßen hydrodynamischen
Anfahrelement.
Das erfindungsgemäße hydrodynamische Anfahrelement 1 ist zwischen einer
Brennkraftmaschine 2 und einem nachgeschalteten Getriebe 3 angeordnet. Die
Abtriebswelle 4 der Brennkraftmaschine ist dabei über eine erste Kupplung 5 mit dem
Pumpenrad 6 der an sich bekannten hydrodynamischen Kupplung 7 verbunden. Das
Turbinenrad 8 ist über eine zweite Kupplung 9 mit der Antriebswelle 10 des Getriebes
3 koppelbar. Die Antriebswelle 10 ist darüber hinaus über eine dritte Kupplung 11 mit
dem Pumpenrad 6 der hydrodynamischen Kupplung 7 koppelbar. Das Turbinenrad 8
ist weiterhin mit einem Bremselement 12 verbunden, mit dem das Turbinenrad 8
gegen Null abbremsbar ist bzw. sich gegenüber dem Gehäuse 13 abstützt. Die
Kupplungen 5, 9 und 11 können dabei beispielsweise als Reibungskupplungen
(Scheibenkupplung oder Lamellenkupplung) ausgebildet sein. Die Bremseinheit 12
kann beispielsweise als Lamellenbremse, Scheibenbremse oder Bandbremse
ausgelegt sein.
Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen hydrodynamischen Anfahrelementes für
verschiedene Betriebs- bzw. Fahrzustände des Kraftfahrzeuges ist nachfolgend
erläutert. Für den Anfahrvorgang des Kraftfahrzeuges ist die erste Kupplung 5
geschlossen, während die dritte Kupplung 11 geöffnet ist. Dadurch ist die
Abtriebswelle 4 der Brennkraftmaschine 2 einerseits mit dem Pumpenrad 6 der
hydrodynamischen Kupplung 7 verbunden, während gleichzeitig die direkte Verbindung
zwischen der Abtriebswelle 4 und der Antriebswelle 10 des Getriebes unterbunden ist.
Die zweite Kupplung 9 ist geschlossen und gleichzeitig ist das Bremselement 12
geöffnet, so daß das Turbinenrad 8 mit der Antriebswelle 10 des Getriebes verbunden
und mit dieser frei drehbar ist. Durch die an sich bekannte und hier nicht näher
erläuterte Wirkung der hydrodynamischen Kupplung 7 erfolgt die
wirkungsgradbehaftete Drehzahlangleichung zwischen Pumpenrad 6 und Turbinenrad
8, d. h. der Anfahrvorgang erfolgt.
Um im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeuges einen höheren Wirkungsgrad zu erreichen, d. h.
um insbesondere die Schlupfverluste innerhalb der hydrodynamischen Kupplung zu
vermeiden, kann in einen Überbrückungsbetrieb umgeschaltet werden. Dazu wird
zusätzlich die dritte Kupplung 11 geschlossen, so daß alle drei Kupplungen 5, 9 und
11 geschlossen sind, während gleichzeitig die Bremseinheit 12 geöffnet ist. Damit ist
einerseits über die Kupplungen 5 und 11 eine quasi-direkte Kopplung der Abtriebswelle
4 und der Antriebswelle 10 möglich. Durch die geschlossene Kupplung 9 wird dabei
verhindert, daß die Drehzahl des Turbinenrades 8 gegenüber dem Pumpenrad 6
abfällt, wodurch ansonsten hydraulische Verluste entstehen würden. Ein Fahr- bzw.
Überbrückungsbetrieb mit geöffneter Kupplung 9 ist zwar grundsätzlich möglich, führt
aber zu den zuvor beschriebenen Nachteilen.
Im Schubbetrieb bzw. Bremsbetrieb ist zur Entlastung der Radbremsen und zur
Unterstützung der Motorbremswirkung ein Retarder-Betrieb möglich. Dabei sind die
Kupplungen 5 und 11 geschlossen und die Kupplung 9 gleichzeitig geöffnetet. Damit
ist dann die Antriebswelle 10 des Getriebes 3 mit dem Pumpenrad 6 und der
Abtriebswelle 4 der Brennkraftmaschine 2 verbunden. Durch die geöffnete Kupplung 9
ist gleichzeitig die Verbindung zwischen dem Turbinenrad 8 und der Antriebswelle 10
getrennt. Aufgrund der sich einstellenden Drehzahldifferenz zwischen Pumpenrad und
Turbinenrad stellt sich ein Bremsmoment ein. Durch Betätigen des Bremselementes
12, d. h. Abbremsen des Turbinenrades 8 in den Stand wird dabei die größtmögliche
Bremswirkung erzielt. Diese Retarder-Bremswirkung wird bei der vorbeschriebenen
Betätigung der Kupplungen und des Bremselementes durch die Bremswirkung der
Brennkraftmaschine unterstützt. Diese Unterstützung ist bis zum Leerlauf der
Brennkraftmaschine möglich. Erst bei Erreichen bzw. Unterschreiten der
Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine wird diese durch Öffnen der Kupplung 5 vom
Getriebe 3 und dem hydrodynamischen Anfahrelement 1 abgekoppelt. Ein Abwürgen
der Brennkraftmaschine wird somit verhindert. Ein früheres Öffnen der Kupplung 5 ist
jederzeit möglich, sofern eine unterstützende Bremswirkung der Brennkraftmaschine
nicht erforderlich oder gewollt ist. Wird die hydrodynamische Kupplung insbesondere
im Retarder-Betrieb über den Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine gekühlt, hat die
Ankoppelung der Brennkraftmaschine im Retarder-Betrieb bis Erreichen der
Leerlaufdrehzahl darüber hinaus den Vorteil, daß die drehzahlabhängige Umwälzung
des Kühlmittels größer ist und somit eine bessere und höhere Wärmeabfuhr möglich
ist.
Eine Steuerung der Bremsleistung ist dabei auf an sich bekannte Art und Weise durch
eine variable Befüllung der hydrodynamischen Kupplung möglich. Eine Anpassung der
Bremswirkung bzw. des Bremsmomentes ist auch durch angepaßtes Schalten des
Getriebes möglich, d. h. durch manuelle oder automatische Wahl des Getriebeganges
ist die Drehzahl der Antriebswelle 10 veränderbar und damit das Bremsmoment
beeinflußbar.
Um einen verlustarmen Standbetrieb (Brennkraftmaschine im Leerlauf, z. B.
Ampelstop) zu ermöglichen, ist darüber hinaus eine Standabkopplung des Getriebes
und des hydrodynamischen Anfahrelementes möglich. Dazu wird die Kupplung 5
geöffnet, so daß sowohl das Pumpenrad 6, als auch die Antriebswelle 10 von der
Brennkraftmaschine abgekoppelt sind.
Claims (3)
1. Hydrodynamisches Anfahrelement für Kraftfahrzeuge mit einer hydrodynamischen
Kupplung (1), deren Pumpenrad (6) mit einer Abtriebswelle (4) einer
Brennkraftmaschine (2) und deren Turbinenrad (8) mit der Antriebswelle (10) eines
nachgeschalteten Getriebes (3) zusammenwirken und mit mindestens zwei weiteren
Kupplungen (9, 11), davon einer Kupplung (11) zur Überbrückung der
hydrodynamischen Kupplung (7), dadurch gekennzeichnet, daß im Schubbetrieb des
Kraftfahrzeuges die Antriebswelle (10) des nachgeschalteten Getriebes (3) über die
Kupplung (11) mit dem Pumpenrad (6) koppelbar ist, und das bei geöffneter Kupplung
(9) nicht starr mit dem Pumpenrad (6) gekoppelte Turbinenrad (8) durch eine
Bremseinheit (12) verzögerbar bzw. zum Stillstand abbremsbar ist.
2. Hydrodynamisches Anfahrelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Kupplung (11) zwischen dem Turbinenrad (8) und der Antriebswelle (10) und die
zweite Kupplung (9) zwischen Pumpenrad (6) und der Abtriebswelle (4) der
Brennkraftmaschine angeordnet ist.
3. Hydrodynamisches Anfahrelement nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
gekennzeichnet durch ein drittes Kupplungselement (5), das zwischen der
hydrodynamischen Kupplung (7) und der Brennkraftmaschine (2) angeordnet ist.
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