DE19650380C1

DE19650380C1 - Hydrodynamisches Anfahrelement für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE19650380C1
Application number: DE1996150380
Authority: DE
Inventors: Robert Fuchs; Edmund Dipl Ing Sander
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 1996-12-05
Filing date: 1996-12-05
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2016-12-06

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 n_P größer gleich der Turbinenraddrehzahl n_T. 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 (n_T = 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

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.