DE3914634A1 - Kupplungsanordnung in einem antrieb fuer nutzfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung in einem Antrieb für Nutzfahrzeuge, insbesondere für Ackerschlepper, bei dem im Leistungfluß von einer Brennkraftmaschine zu einem synchronisierten Schaltgetriebe eine hydrodynamische Strömungskupplung liegt, deren Turbinenrad über eine restmomentfrei ausrückbare, einer im Ölraum der Strömungskupplung arbeitenden Anfahrkupplung nachgeordnete Schaltkupplung in Lamellenbauweise mit der Ausgangswelle der Strömungskupplung kuppelbar ist.

Bei einer solchen, nicht vorveröffentlichten Kupplungsanordnung ist die Anfahrkupplung im Leistungsfluß vor dem Pumpenrad der Strömungskupplung angeordnet. Das Turbinenrad ist frei drehbar auf der Ausgangswelle der Strömungskupplung gelagert und mit dieser über die Schaltkupplung kuppelbar. Da sich die Schaltkupplung in Achsnähe der Strömungskupplung befindet und im Betrieb das Arbeitsmittel der Strömungskupplung infolge der Fliegkraftwirkung im das Pumpen- und Turbinenrad aufnehmenden Außenteil einen achsfernen, ringförmigen Ölraum bildet, arbeitet die Schaltkupplung im wesentlichen trocken.

Auf diese Weise ist bei ausgerückter Schaltkupplung eine restmomentfreie Trennung des Turbinenrades von der Ausgangswelle der Strömungskupplung gegeben, was das Schalten des nachgeordneten Schaltgetriebes erleichtert. Die Anfahrkupplung, die wegen ihrer höheren Belastung unbedingt ölgekühlt sein muß ist demgegenüber achsfern im vom Arbeitsöl erfüllten Ölraum der Strömungskupplung untergebracht.

Bei der Erprobung der bekannten Kupplungsanordnung werden in bestimmten Betriebssituationen verhältnismäßig starke Stöße bemerkt, die nicht nur den Fahrkomfort erheblich vermindern, sondern auch die beteiligten Bauteile erheblich beanspruchen. Verantwortlich für die Stöße ist das Unvermögen der Schaltkupplung, die Drehzahl des Turbinenrades innerhalb kürzester Zeit an die Drehzahl der Eingangswelle des Schaltgetriebes anzugleichen. Bei der bekannten Kupplungsanordnung ist das besonders schwierig, weil zum einen das Turbinenrad nicht nur erhebliche umlaufende Massen aufweist und von dem mit dem Außenteil kreisenden Arbeitsöl mitgenommen wird, sondern darüberhinaus in einem nicht vernachlässigbaren Ausmaß vom ebenfalls unter dem Einfluß des im Außenteils kreisenden Arbeitsöls und des Restmoments der Anfahrkupplung stehenden Pumpenrad angetrieben ist und zum anderen sich die Auslegung der Schaltkupplung aus Platz- und Wirtschaftlichkeitsgründen an die Anforderungen beim Schalten des Schaltgetriebes orientiert. Die so gegebene Überbelastung ist schon bei normalen Anfahrvorgängen, bei denen das Turbinenrad lediglich bis zum Stillstand abgebremst werden muß, kritisch. Wird aber das Schaltgetriebe z. B. im Wendebetrieb des Fahrzeuges, noch während der Fahrt auf die entgegengesetzte Fahrtrichtung umgeschaltet, so verschärft sich das Problem erheblich, da in diesem Fall das Turbinenrad gegen die o.g. Antriebseinflüsse auf die Drehzahl der nun in entgegengesetzter Drehrichtung rotierenden Ausgangswelle der Strömungskupplung beschleunigt werden muß. Unmittelbare Ursache für die bemerkten Stöße ist nun das Einrücken der Anfahrkupplung, bevor die Drehzahlangleichung des Turbinenrades abgeschlossen ist.

Hiervon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Kupplungsanordnung der eingangs beschriebenen Gattung so zu verbessern, daß beim Anfahren und Schalten keine Schaltstöße auftreten und die Schaltkupplung selbst bei geringen äußeren Abmessungen nicht überlastet wird.

Die zur Lösung dieser Aufgabe geeigneten Maßnahmen sind im Kennzeichen des Anspruches 1 beschrieben.

Die erfindungsgemäße Anordnung der Anfahrkupplung bringt den Vorteil mit sich, als nunmehr die Schaltkupplung nur noch mit dem geringen Restmoment der Anfahrkupplung belastet wird. Da das Restmoment bauartbedingt begrenzt ist, kann sich die Mitnahme des Turbinenrades unter dem Einfluß des mit dem Außenteil der Strömungskupplung rotierenden Arbeitsöls nicht mehr auf die Schaltkupplung belastend auswirken. Darüberhinaus verringert sich durch die Erfindung auch die die Schaltkupplung belastende umlaufende Masse des Turbinenrades, mit dem Ergebnis einer starken Entlastung der Schaltkupplung.

Eine weitere, deutliche Verringerung der von der Schaltkupplung abzubremsenden Massen ergibt sich bei Befolgung der im Anspruch 2 vorgeschlagenen Maßnahmen.

Gemäß Anspruch 3 wird der zur Verfügung stehende Bauraum optimal genutzt, wodurch sich eine verhältnismäßig geringe axiale Baulänge der Kupplungsanordnung ergibt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung, die eine schematische Ansicht des Antriebes eines Nutzfahrzeuges zeigt, näher erläutert.

Der in der Zeichnung dargestellte schematische Antrieb für einen Ackerschlepper besteht aus einer Brennkraftmaschine 1, einer im Leistungsfluß dahinter angeordneten Strömungskupplung 2 mit einer Anfahrkupplung 3 und einer Schaltkupplung 4, sowie einem synchronisierten Schaltgetriebe 5.

Die Strömungskupplung 2 weist ein schalenförmiges Außenteil 6 auf, das mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1 in Antriebsverbindung steht und auf der der Brennkraftmaschine 1 abgewandten Seite in ein Pumpenrad 7 übergeht. Dieses ist auf der Ausgangswelle 8 der Strömungskupplung 2 mittels Wälzlager 9 drehbar gelagert. Die Ausgangswelle 8 ihrerseits ist an der antriebsseitigen Wandung des Außenteils 6 mittels eines Wälzlagers 10 drehbar gelagert und mit der ihrerseits über ein Lager 11 in der Zwischenwand 12 a eines die Strömungskupplung 2 und das Schaltgetriebe 5 aufnehmenden Gehäuses 12 abgestützten Eingangswelle 13 des Schaltgetriebes 5 drehfest sowie biegesteif verbunden.

Innerhalb des Außenteils 6 steht dem Pumpenrad 7 ein Turbinenrad 14 gegenüber, das über die Außenwand 15 eines damit fest verbundenen Gehäuses und ein Wälzlager 16 auf der Ausgangswelle 8 drehbar gelagert ist.

Zwischen der Außenwand 15 und dem Turbinenrad 14 ist die Anfahrkupplung 3 untergebracht. Das Gehäuse bildet dabei die antriebsseitige Hälfte 3 a der Anfahrkupplung 3 und trägt in seinem Innern in bekannter Weise eine Anzahl Reibungslamellen 17. Diese bilden mit auf der abtriebsseitigen Hälfte 3 b drehfest angeordneten Lamellen 18 ein Lamellenpaket, das beim Einrücken der Anfahrkupplung 3 unter der Kraft von nicht gezeigten Federn drehmomentübertragend zusammengepreßt wird. Die Lamellen 17, 18 der Anfahrkupplung 3 befinden sich neben dem Turbinenrad 14 und zwar im inneren Randbereich des ringförmigen Ölraumes 19, den das Arbeitsöl der Strömungskupplung 2 bei laufender Brennkraftmaschine infolge Fliegkraftwirkung im Außenteil 6 ausbildet. Der Durchmesser der inneren, mit 20 bezeichneten zylinderförmigen Öloberfläche ist dabei so eingestellt, daß das Turbinen- 14 und das Pumpenrad 7 gerade noch vollständig in Arbeitsöl laufen.

Die mit den Lamellen 17, 18 ebenfalls in Arbeitsöl laufende abtriebsseitige Hälfte 3 b der Anfahrkupplung 3 erstreckt sich mit einer Verlängerung in den vom Pumpenrad 7 und Turbinenrad 14 einerseits und der Ausgangswelle 8 andererseits gebildeten Ringraum hinein, wo sie die antriebsseitige Hälfte 4 a der Schaltkupplung 4 darstellt. Dieser Bereich befindet sich bereits außerhalb des Ölraumes 19, so daß die in bekannter Weise von der antriebsseitigen Hälfte 4 a getragenen Lamellen ebenso wie die von der abtriebsseitigen Hälfte 4 b, die mit der Ausgangswelle 7 drehfest verbunden ist, getragenen Lamellen im Betrieb praktisch trocken laufen.

Wenn im Arbeitseinsatz des Fahrzeuges ein bestimmter Gang des Schaltgetriebes 5 eingelegt werden soll, wird hintereinander zunächst die Anfahrkupplung 3 und dann die Schaltkupplung 4 ausgerückt. Befindet sich dabei das Fahrzeug in Stillstand, so bleibt mit der Eingangswelle 13 des Schaltgetriebes 5 auch die damit verbundene Ausgangswelle 8 der Strömungskupplung 2 und die darauf befestigte abtriebsseitige Hälfte 4 b der Schaltkupplung 4 stehen. Dagegen läuft wegen des rotierenden Außenteils 6 das Turbinenrad 14 an, wobei über die Lamellen 17, 18 der Anfahrkupplung 3 ein Restmoment auf die antriebsseitige Kupplungshälfte 4 a der Schaltkupplung 4 übertragen wird, die daraufhin ebenfalls beginnt zu rotieren.

Nachdem der gewünschte Gang des Schaltgetriebes 5 eingelegt ist, wird zunächst die Schaltkupplung 4 eingerückt. Bei diesem Vorgang erfolgt eine vollständige Abbremsung der beiden einstückigen Kupplungshälften 3 b, 4 a. Da die abgebremsten Bauteile eine nur geringe umlaufende Masse aufweisen, welche zudem in hohem Maße achsnah angeordnet sind, hat die Schaltkupplung 4 nur geringe Trägheitsenergien und das Restmoment der Anfahrkupplung 3 aufzunehmen. Daher erfolgt das Abbremsen der erwähnten Bauteile ohne unzulässige Beanspruchung der Schaltkupplung 4 in einer sehr kurzen Zeit, so daß anschließend praktisch ohne Zeitverzögerung auch die Anfahrkupplung 3 eingerückt werden kann, um das Fahrzeug danach allein durch Erhöhen der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 zu beschleunigen. Es ist aber auch möglich, nach dem Einrücken der Schaltkupplung 4 zunächst die Brennkraftmaschine 1 auf Nenndrehzahl zu bringen und anschließend das Fahrzeug während einer Rutschphase der Anfahrkupplung 3 zu beschleunigen. Eine solche Vorgehensweise wird immer dann sinnvoll sein, wenn das Fahrzeug ein von einer Nebenzapfwelle, die direkt treibend mit der Brennkraftmaschine 1 verbunden ist, angetriebenes Arbeitsgerät mit sich führt, das zur Vermeidung einer Verstopfung oder dgl. vom Beginn der Bewegung des Fahrzeuges mit optimaler Arbeitsdrehzahl arbeiten muß.

Claims (3)

1. Kupplungsanordnung in einem Antrieb für Nutzfahrzeuge, insbesondere für Ackerschlepper, bei dem im Leistungfluß von einer Brennkraftmaschine (1) zu einem synchronisierten Schaltgetriebe (5) eine hydrodynamische Strömungskupplung (2) liegt, deren Turbinenrad (14) über eine restmomentfrei ausrückbare, einer im Ölraum (19) der Strömungskupplung arbeitenden Anfahrkupplung (3) nachgeordnete Schaltkupplung (4) in Lamellenbauweise mit der Ausgangswelle (8) der Strömungskupplung kuppelbar ist, gekennzeichnet durch die Anordnung der Anfahrkupplung (3) im Leistungsfluß zwischen dem auf der Ausgangswelle (8) frei drehbar gelagerten Turbinenrad (14) und der Schaltkupplung (4).

2. Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Reibungslamellen (17, 18) der Anfahrkupplung (3) gerade noch vom Arbeitsöl der Strömungskupplung (2) umspült im inneren Randbereich des Ölraumes (19) befinden.

3. Kupplungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abtriebsseitige Hälfte (3 b) der Anfahrkupplung (3) mit der antriebseitigen Hälfte (4 a) der Schaltkupplung (4) einstückig ausgebildet und im wesentlichen im vom Pumpenrad (7) und Turbinenrad (14) einerseits und der Ausgangswelle (8) andererseits begrenzten Ringraum untergebracht ist.