EP1313967A1 - Anfahreinheit und verfahren zur anpassung von anfahreinheiten an antriebssysteme mit unterschiedlichen randbedingungen, insbesondere unterschiedliche antriebsmaschinen - Google Patents

Anfahreinheit und verfahren zur anpassung von anfahreinheiten an antriebssysteme mit unterschiedlichen randbedingungen, insbesondere unterschiedliche antriebsmaschinen

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EP1313967A1
EP1313967A1 EP01967177A EP01967177A EP1313967A1 EP 1313967 A1 EP1313967 A1 EP 1313967A1 EP 01967177 A EP01967177 A EP 01967177A EP 01967177 A EP01967177 A EP 01967177A EP 1313967 A1 EP1313967 A1 EP 1313967A1
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EP
European Patent Office
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clutch
coupling
hydrodynamic
starting unit
turbine wheel
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01967177A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Heinz Höller
Reinhard Kernchen
Achim Menne
Werner Klement
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Turbo GmbH and Co KG
Original Assignee
Voith Turbo GmbH and Co KG
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Publication date
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Priority claimed from EP01106408A external-priority patent/EP1184599B1/de
Application filed by Voith Turbo GmbH and Co KG filed Critical Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority to EP01967177A priority Critical patent/EP1313967A1/de
Publication of EP1313967A1 publication Critical patent/EP1313967A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H61/00—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/14—Control of torque converter lock-up clutches
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D33/00—Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type
    • F16D33/06—Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type controlled by changing the amount of liquid in the working circuit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16D33/06—Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type controlled by changing the amount of liquid in the working circuit
    • F16D33/16—Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type controlled by changing the amount of liquid in the working circuit by means arranged externally of the coupling or clutch
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D33/00—Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type
    • F16D33/18—Details
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H45/00—Combinations of fluid gearings for conveying rotary motion with couplings or clutches
    • F16H45/02—Combinations of fluid gearings for conveying rotary motion with couplings or clutches with mechanical clutches for bridging a fluid gearing of the hydrokinetic type
    • F16H2045/0215—Details of oil circulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H2312/00—Driving activities
    • F16H2312/02—Driving off

Definitions

  • the invention relates to a starting unit, in particular with the features from the preamble of claim 1; a method for adapting a starting unit to drive systems with different boundary conditions, in particular different drive machines.
  • Manual transmissions or automatic transmissions are known in a large number of designs. These usually include a hydrodynamic component in the form of a hydrodynamic speed / torque converter or a hydrodynamic clutch. Regarding a possible execution of a starting unit for use in
  • Geared with a hydrodynamic clutch is referred to the publication DE 198 04 635 A1.
  • Turbine wheel is spatially arranged between an input of the starting unit and the pump wheel.
  • the pump wheel is rotatably connected to the input or to a drive coupled to it via an element which simultaneously forms the pump wheel shell.
  • a lock-up clutch is provided, which is connected in parallel to the hydrodynamic clutch. This enables power transmission from the entrance of the start-up unit to the exit bypassing the hydrodynamic component.
  • the lockup clutch is arranged as a separate component next to the pump wheel and turbine wheel unit.
  • the starting unit comprises a device for damping vibrations, which is arranged in a diameter range which is arranged above the radially outer dimension of the toroidal working space of the hydrodynamic coupling and is part of the lock-up clutch or forms a coupling element.
  • the device for damping vibrations is arranged essentially in the area of a plane or slightly offset from one another with the hydrodynamic coupling.
  • this solution is relatively short, it does not meet the requirements of certain predetermined installation situations with regard to the required axial length.
  • this design is characterized by a large number of components and an enormous amount of assembly work.
  • the size of the starting unit is also determined by the required design of this in cooperation with a drive machine and the downstream switching stages when used in drive systems. In particular, a change in the drive machine requires a change in the design of the starting unit.
  • the invention is therefore based on the object of developing a starting unit of the type mentioned at the outset, comprising a hydrodynamic clutch and a lock-up clutch, which can be connected in parallel, and their individual elements in such a way that they are more universal for a plurality of drive trains with different boundary conditions, for example drive machines of different types Performance that can be used without changes in the design.
  • start-up unit should be characterized by a very small installation space requirement in the axial direction, a small number of components and the combination of functional elements.
  • the design effort is to be kept low.
  • the achievement of the object according to the invention is characterized by the features of claims 1 and 20. Advantageous configurations are described in the subclaims.
  • a starting unit with an input that can be coupled to a drive and an output that can be coupled to the output comprises a starting element in the form of a hydrodynamic clutch and a switchable clutch, comprising at least two clutch elements that can be frictionally connected directly or indirectly via further transmission means - a first clutch element and one second
  • Coupling element which are rotatably coupled to the input and the output.
  • the hydrodynamic clutch and the switchable clutch are arranged in parallel and can be switched together or individually. Parallel arrangement means that these are in two different power branches between the drive and
  • the solution according to the invention makes it possible, if necessary, to split the transferable power into two power branches and to bring them together again at the output.
  • the possible transmission either over only one branch or over both branches offers the advantage that the starting unit with the individual components can be used in different drive systems without changing the design and can be optimally adapted to the boundary conditions of the respective application. Since, according to a particularly advantageous further development, the individual performance components are free, i.e. are independently controllable or adjustable, there is also the option of generating different starting characteristics.
  • Power transmission via the hydrodynamic clutch i.e. is characterized by the first power branch, a second basic functional state, which by the sole
  • the switchable clutch functions as a lock-up clutch.
  • both clutches are in operation.
  • the power consumption of the hydrodynamic clutch is controlled by the filling wheel, while the power consumption of the switchable clutch is adjustable by the contact pressure.
  • Both clutches are separate, i.e. independently controllable.
  • the hydrodynamic clutch In the first basic functional state, the hydrodynamic clutch is switched. In this the power at input E is only transmitted via the hydrodynamic coupling. The switchable clutch is deactivated. In addition, there is the possibility that
  • both power branches are activated, i.e. a first power component is transmitted via the hydrodynamic clutch and a second power component via the switchable clutch.
  • the individual power components can be controlled independently of one another.
  • the third basic state can last from short-term joint activation to activation over a main part of the approach area.
  • Control are specified or can be specified, guaranteed.
  • the power distribution can be via a) an actuating device, which is assigned to each transmission element - hydrodynamic clutch and switchable clutch - and can be controlled separately, for example in the form of a resource or control means supply system with the corresponding influencing means, for example valves, or b) one which is assigned to each transmission element and can be controlled separately Actuator for loading the individual transmission element with the corresponding contact pressure or a certain degree of filling from a shared resource and / or control means or c) a common actuating device that is assigned to a common resource or control means supply system.
  • the switchability and adjustability of the transferable power components takes place via a jointly usable pressure control control system which uses a common supply of operating resources and / or control means.
  • the design requirement for a particularly compact starting unit is the design of the hydrodynamic coupling with a pump wheel shell which is coupled to the pump wheel in a rotationally fixed manner and which encloses the turbine wheel in the axial direction with the direct formation of a first operating means guide channel or space.
  • a second resource guide channel or, if an intermediate wall is present, with the formation of the first resource guide channel or space between the impeller shell and the partition wall, which opens in the region of the inner diameter of the toroidal work space or below it.
  • the first and second resource guide channels or spaces are each optionally available as feed or
  • Drainage channel or space for toroidal work space can be used. Through this optional change in the function of the individual resource management channels or. In spaces, the flow direction of the hydrodynamic coupling can be changed between centripedal and centrifugal in a simple manner. To supply the equipment with centripetal flow, ie flow the hydrodynamic coupling via the first equipment guide channel - or space to the radially outer area of the toroidal
  • the pump wheel and turbine wheel are preferably designed with an offset in the radial direction.
  • both equipment guiding channels or rooms are sealed against each other.
  • the equipment supply and management system assigned to the hydrodynamic coupling comprises an equipment supply source - or a supply and a first connection for coupling to the first equipment management duct or space, and a second connection for coupling to the second
  • means are provided for optionally changing the flow direction of the hydrodynamic coupling by assigning the function of the inlet or the outlet to the two operating medium supply channels or rooms.
  • connection is not just a constructive one
  • Individual elements of the Equipment supply system may also be part of the hydrodynamic coupling or not. This applies in particular to the means for selectively changing the flow direction of the hydrodynamic coupling by assigning the function of the inflow or outflow to the two operating medium supply channels - or rooms and / or
  • the means comprise a valve device with at least two switching positions.
  • a first switching position is due to the coupling between the inlet, ie. H.
  • Feed line and first resource management channel or room and drain d. H. Return line and second resource guide channel or room and the second switching position characterized by the coupling between the inlet and the second resource guide channel or space and drain and the first resource guide channel or room.
  • Resource management channels - or rooms are preferably coupled to one another via an open circuit.
  • the open circuit contains the resource supply source, which also functions as a resource store, and a coupling of this via the feed and return line to the resource guide channels or spaces in the hydrodynamic coupling.
  • the valve device is only interposed. With this configuration, even during continuous operation of the transmission elements, in particular the hydrodynamic clutch, a cooling circuit can be maintained between the outlet from the work space and the inlet via the operating fluid reservoir.
  • the power consumption "of the hydrodynamic coupling of the filling degree is variable in a further aspect of the invention.
  • control and / or controllability can In the simplest case, this is done by providing a corresponding pressure control valve in the feed or feed line and / or the return line, which can be freely adjusted and optimized with regard to different criteria, such as energy consumption and pollutant emissions
  • the switchable clutch comprises at least a first clutch element in the form of a first clutch plate and a second clutch element in the form of a second clutch plate, which can be brought into operative connection with one another at least indirectly, ie either directly or indirectly via further clutch plates.
  • Coupling disc is rotatably connected to the output, preferably directly to the turbine wheel.
  • Another possibility, in particular with an odd number of friction surfaces, consists in the provision of a partition, which forms a piston and is fixed in terms of rotation with the turbine wheel, but axially displaceable relative to the latter.
  • the clutch discs are
  • the means for generating a contact pressure comprise at least one piston element which can be pressurized with pressure medium. This can be assigned separately to the clutch discs. In a particularly compact and thus advantageous embodiment, however, the turbine wheel or a non-rotatably connected but axially displaceable one
  • Partition wall used as a piston element used as a piston element.
  • the pressure room for Actuation of the piston element is formed by the part of the toroidal work space enclosed by the turbine wheel.
  • Turbine wheel ensures, while in the second case, only a reversible deformation of the connection between the turbine wheel and the exit of the starting unit enables the pressing.
  • the turbine wheel can be axially displaced in a range of 0.1 to 2 mm. 0
  • Counterforce is generated by equipment supplied to the work area, which is guided along the outer circumference of the turbine wheel between the individual clutch disks of the lock-up clutch in the area of the parting plane between the pump wheel and turbine wheel in the area of the outer diameter of the toroidal work area and is introduced into the pump wheel from there and the hydrodynamic Flows through the clutch centripedally.
  • both clutch disks of the switchable clutch are close to each other.
  • the remaining gap serves as a throttle point for the equipment flowing through. This throttle establishes a pressure difference between the piston surfaces, from which the contact pressure required for opening and closing for the lock-up clutch results.
  • this is realized in designs with a rotationally fixed connection and axial displacement by pretensioning the turbine wheel, for example by means of at least one spring device which keeps the turbine wheel and thus the clutch disc connected to it at a minimum distance of approximately 1 or more 10ths from the other first clutch disc or other intermediate disc elements fixed in position.
  • this is also possible with the elastic connection of the turbine wheel to the outlet in the axial direction.
  • the spatial arrangement is viewed in the axial direction next to the toroidal working space in front of or behind.
  • the arrangement in the radial direction is characterized by outer and inner dimensions, which are preferably in the area between the outer and the inner
  • Diameter of the toroidal work area Diameter of the toroidal work area.
  • the friction surfaces, which are formed by the clutch disks, are preferably aligned parallel to the parting plane between the pump wheel and the turbine wheel. Manufacturing tolerances can be compensated for without problems.
  • the rotationally fixed coupling takes place when the connection is made directly from the turbine wheel to the rear of the part of the turbine wheel forming the to s.
  • the rotationally fixed connection of the individual clutch disks to the turbine wheel and the pump wheel or the pump wheel shell can also be realized in different ways. Are conceivable
  • Inner surface of the impeller shell and in the second case are formed by the separate component or by one assigned to the outer circumference of the turbine wheel or the individual clutch disks
  • the starting unit comprises a device for damping vibrations, in particular a torsional vibration damper.
  • TSD torsional vibration damper
  • switchable clutch together.
  • the TSD in the power branch is assigned to the switchable clutch and this is upstream or downstream in this power branch.
  • the TSD is connected upstream and downstream of the two power branches. It is preferably hydrodynamic
  • the device for damping vibrations is arranged between the turbine wheel and the outlet.
  • the turbine wheel is coupled to the input of the device for damping vibrations or the input of the device for damping vibrations is connected in a rotationally fixed manner to the pump wheel via the pump wheel shell via the frictional connection when the hydrodynamic power branch is bridged.
  • the arrangement for damping vibrations takes place in the axial direction, essentially in the area or in one plane with the hydrodynamic component.
  • the device for damping vibrations is arranged in the radial direction within the diameter describing the inner circumference of the part of the hydrodynamic coupling forming the toroidal working space. With this design, in addition to a particularly short axial length, the space available in the radial direction is optimally utilized.
  • Vibration damper is conceivable.
  • Devices for damping vibrations which are based only on friction damping, or hydraulic damping devices are used, for example.
  • the design as a hydraulic damping device includes a primary part and a
  • Secondary part which can be rotatably coupled to one another for the purpose of torque transmission, and can be rotated relative to one another in the circumferential direction by a certain angle, means for spring and / or damping coupling between the primary part and the secondary part.
  • the means for damping coupling include
  • Hydraulic fluid fillable chambers in which vibrations are shifted.
  • the device for damping vibrations only has to be designed for the output torque on the turbine wheel, which is why the device for damping vibrations in the radial and axial directions is very small and generally does not increase the dimensions of the starting unit predetermined by the hydrodynamic component.
  • the solution according to the invention and its further developments are particularly suitable for use in automatic transmissions. Use in automated manual transmissions is also conceivable.
  • the starting unit can be traded separately as a pre-assembled unit.
  • the connection to the transmission is made by integration in the transmission housing or series connection with switching stages or stepless transmission parts, for example traction mechanism transmissions or toroidal transmissions, in which case the coupling can be implemented, for example, by plugging onto a shaft that can be coupled with shift stages or stepless transmission parts.
  • the starting unit according to the invention is suitable for use in drive trains in stationary systems as well as vehicles.
  • the starting unit designed according to the invention enables a method for adapting it to drive trains with different boundary conditions, without having to change the structural conditions, in particular the design of the individual components. All that is required is an appropriate control the control devices of the individual transmission elements - hydrodynamic clutch or switchable clutch -.
  • the method is characterized in that the power transmission either via the hydrodynamic clutch, the switchable clutch or partially in a first power branch via the hydrodynamic
  • the power that can be transmitted via the first power branch can be controlled and / or regulated.
  • the power which can be transmitted via the switchable clutch can also be controllable and / or adjustable.
  • the controllability and / or regulatability of the power that can be transmitted via the individual power branches can be carried out either independently of one another or in a coupled manner, depending on the use of a common or separate operating equipment or control means supply system and corresponding actuating devices.
  • Couplable power share by controlling the absolute pressure in the toroidal work space and the power share that can be transferred via the switchable clutch by controlling the
  • the manipulated variable for controlling the absolute pressure is either the inlet pressure, d. H. the pressure in the inlet in the toroidal work space or preferably the outlet pressure.
  • Coupling is the differential pressure between the inlet and outlet, i.e. H. Inlet and return.
  • FIGS. 2a to 2c illustrate the individual possible basic states of the power transmission over individual power branches
  • FIGS. 3a and 3b illustrate the basic principle of the construction of a starting unit designed according to the invention on the basis of a particularly advantageous embodiment
  • FIG. 3c illustrates the basic principle of pressure control for realizing the power distribution using a diagram
  • FIG. 7 illustrates an advantageous embodiment of a starting unit according to the invention
  • Figure 8 illustrates an advantageous embodiment of a
  • FIG. 1 illustrates the schematically simplified representation
  • the starter unit 1 comprises an input E which can be coupled with a drive and an output A which can be coupled with downstream transmission stages or an output.
  • the starter unit 1 comprises a starting element 2 in the form of a hydrodynamic clutch 3.
  • Coupling 3 comprises two paddle wheels, a primary wheel functioning as a pump wheel 4 and a secondary wheel functioning as a turbine wheel 5, which together form a working space 6, which is usually toroidal.
  • the starting unit 1 further comprises a switchable in the form of the hydrodynamic clutch 3 parallel to the starting element 2
  • hydrodynamic coupling 3 and switchable clutch 7 either switchable separately or together.
  • the hydrodynamic clutch 3 and the switchable clutch 7 are thus arranged in two different power branches, a first power branch 8 and a second power branch 9.
  • the switchable clutch 7 comprises at least two clutch elements which can be brought into frictional engagement, preferably in the form of clutch disks, i.e. in the direction of force flow between the input E and the output A of the starting unit 1 considered a first clutch disc 10, which also as
  • Clutch input disc can be referred to and a second clutch disc 11, which is referred to as the clutch output disc.
  • An active connection by frictional engagement between the first clutch disc 10 and the second clutch disc 11 can be realized directly or indirectly, in the former case the
  • Friction pairing of the first clutch disc 10 and the second clutch disc 11 is formed, while in the second case further elements bearing friction surfaces are interposed.
  • each transmission element - hydrodynamic clutch 3 and switchable clutch 7 - is assigned its own actuating device 34 and 35, which is only indicated here as a black box and which ensures switchability.
  • the switchability of the switchable clutch 7 is ensured by generating an appropriate contact pressure.
  • Coupling 3 for example, by filling and emptying.
  • the transferable power components are controlled via the first and second power branches 8 and 9 by controlling or varying the contact pressure on the switchable clutch 7 and controlling and / or regulating the degree of filling of the hydrodynamic clutch 3.
  • the three basic states are illustrated in a schematic representation in FIGS. 2a to 2c. These show again the individual power branches 8 and 9, the assignment of the individual elements to them and, by means of the arrow line, the power transmission in the individual basic states - first basic functional state FIG. 2a, second
  • the hydrodynamic clutch 3 In the first basic functional state, the hydrodynamic clutch 3 is switched. In this, the power present at input E is only transmitted via hydrodynamic clutch 3. The switchable clutch 7 is deactivated. In addition, however, there is the possibility of influencing the transmission behavior of the hydrodynamic clutch 3. This is done by changing the degree of filling. An increasing degree of filling at constant speed causes a higher pressure p ⁇ in the working space 6 of the hydrodynamic clutch 3 and vice versa.
  • the switchable clutch 7 is switched. In this the power at input E is only transmitted via this.
  • the hydrodynamic clutch 3 is deactivated. This is done by changing the contact pressure so that the clutch is operated without slippage.
  • both power branches 8 and 9 are activated, i.e. it becomes a first share of performance over the hydrodynamic
  • the individual power components can be controlled independently of one another in a further aspect of the invention.
  • the third basic functional state can range from short-term joint activation to activation via a main part of the
  • Power distribution and free controllability of the power components that can be transmitted via the individual components consists, on the one hand, in an adaptation to various boundary conditions, for example another, to be carried out only in terms of control technology
  • Prime mover i.e. without structural changes to be made. Furthermore, different starting characteristics can be freely set with this control option.
  • both clutches can be assigned a separate pressure control, which are linked to one another by a higher-level control.
  • both systems use a pressure control system in order to minimize the required installation space and the number of components.
  • the pump wheel 4 comprises a pump wheel shell 12 for this purpose. This is either formed by a separate component which is non-rotatably coupled to the pump wheel 4 or is designed as an integral unit with the pump wheel 4.
  • the impeller shell 12 extends in the installed position in the axial direction essentially over the axial extent of the turbine wheel 5 or at least partially encloses it in the radial direction.
  • the turbine wheel 5 is enclosed by the pump wheel shell 12 or, in the case of a multi-part design of its individual parts, in such a way that it is radial
  • the turbine wheel 5 is directly or indirectly, i. H. connected to output A of start-up unit 1 via further transmission elements.
  • the basic structure of the starting unit 1 otherwise corresponds to that described in FIG. 1. The same reference numerals are therefore used for the same elements.
  • the first clutch disc 10 is non-rotatable with the Impeller 4, especially the pump wheel 12 is connected, while the second clutch disc 11 is non-rotatably coupled to the turbine wheel 5 ".
  • a first basic functional state which by the sole power transmission via the hydrodynamic clutch 3, i.e. characterized by the first power branch 8
  • a second basic functional state which is due to the sole power transmission through the switchable clutch 7, i.e. is characterized by the second power branch 9 and -
  • a third basic functional state which is characterized by the common
  • Lock-up clutch In the third basic functional state, both clutches are in operation.
  • the power consumption of the hydrodynamic clutch 3 is controlled by the filling wheel, while the power consumption of the switchable clutch 7 is adjustable by the contact pressure.
  • Both clutches are separate, i.e. independently controllable.
  • the means 13 preferably comprise a piston element 14 to which pressure medium can be applied, the function of the piston element 14 being taken over by the turbine wheel 5.
  • the turbine wheel 5 is either non-rotatably connected to the outlet A, as indicated in FIG. 3a, but is designed to be displaceable in the axial direction, or the connection to the outlet A is made directly non-rotatably, torsionally rigid in the circumferential direction and elastic in the axial direction.
  • an embodiment with axial displaceability is preferred.
  • the controls mentioned can also be operated as regulations.
  • the operating medium is supplied according to FIG. 3b, which represents a functional state with the hydrodynamic coupling 3 actuated, to the working space 6 around the outer circumference 13 of the turbine wheel 5 and thus between the individual elements of the switchable clutch 7, that is to say at least between the first clutch disc 10 and the second clutch disc 11.
  • the counterforce caused by the guidance when the operating medium flow is supplied enables an axial fixation during the sole power transmission in the hydrodynamic clutch 3 of the turbine wheel 5.
  • Start-up unit 1 is a particularly advantageous arrangement of the individual elements - pump wheel 4 and turbine wheel 5 - of the hydrodynamic clutch 3.
  • the pump wheel 4 is spatially in the axial direction behind the one in the power transmission direction between the input E and the output A of the start-up unit 1 Turbine wheel 5 or arranged next to it, while the turbine wheel 5 is arranged spatially between the input E and the pump wheel 4. Due to the integration of the means 13 for generating a contact pressure to realize a frictional connection of the individual elements of the switchable clutch 7 in the hydrodynamic
  • Coupling 3 can reduce the number of components required Minimum are reduced, since no additional separate device for generating or providing the contact pressure for the individual elements, in particular first clutch plate 10 and second clutch plate 11 of the switchable clutch 7, is required. Another advantage is the very short axial length due to the integrated design.
  • Power transmission in the start-up unit is characterized by the equipment management and the pressures in the corresponding connection lines or equipment management channels or rooms.
  • Design requirement on the starting unit 1 is that the impeller shell 12 surrounds the turbine wheel 5 such that between the outer periphery 16 of the
  • Turbine wheel and the inner contour 17 of the pump wheel shell 12 is formed at least one resource guide channel - or space 18 for guiding resources.
  • this should make it possible to draw resources between the turbine wheel 5 and the pump wheel shell 6 in the area of the radially outer dimensions 20 of the hydrodynamic clutch 3, in particular the primary wheel 4 and the turbine wheel 5 in the area of a parting plane 21 between the pump wheel 4 and the turbine wheel 5 in the direction of introduce themselves in the toroidal working space 6 of the working circuit and ensure a centripetal flow.
  • the hydrodynamic clutch 3 in particular the primary wheel 4 and the turbine wheel 5 in the area of a parting plane 21 between the pump wheel 4 and the turbine wheel 5 in the direction of introduce themselves in the toroidal working space 6 of the working circuit and ensure a centripetal flow.
  • the hydrodynamic clutch 3 in particular the primary wheel 4 and the turbine wheel 5 in the area of a parting plane 21 between the pump wheel 4 and the turbine wheel 5 in the direction of introduce themselves in the toroidal working space 6 of the working circuit and ensure
  • Coupling 1 is assigned at least one equipment guide channel or space 19, which enables the equipment to be fed to the toroidal work space 6 in the centrifugal direction.
  • the operating medium channel or space 19 can be a line or channels specially designed and incorporated in the connecting structure.
  • the term channel is here in terms of Function to consider and can also include interiors or combined channels and room sections.
  • the resource guide channel or space designated 18 is present here as an annular resource guide space.
  • each of the operating medium guide channels 18 and 19 is designed in such a way that, in addition to the supply of operating medium to the toroidal working space 6, they can also be used for removal, ie, it is thus connected to at least one entry and / or one exit from the toroidal working chamber 6. It is irrelevant in which area the equipment emerges from the toroidal work space 6. According to the invention, the two
  • Resource guide channels or rooms 18 and 19 can be used either as inlet or outlet, so that the flow direction is also changed.
  • means are provided for optionally changing the flow direction of the hydrodynamic clutch 1. These means can also be referred to as flow direction change means 22.
  • these include a valve device which interchanges the function of the described operating medium channels or operating medium guide rooms with regard to their function inlet or outlet.
  • the valve device is designed as a directional valve device 23. This can
  • valve device 23 can also be in a gearbox or on any other
  • the second valve position II of the valve device 23 shown in FIG. 3a causes the hydrodynamic coupling 3 to be flowed through centrifugally.
  • the toroidal shape becomes in the area of the inner circumference Workspace 6 operating materials supplied via the operating medium guide channels or rooms 19.
  • the operating medium is guided via the operating medium guide channel or space 18 on the outer circumference 16 of the turbine wheel 5 and from there into the area of the
  • the equipment supply system 24 is shown in the figures independently of the actual integration of certain parts in the starting unit 1 assigned to them.
  • the individual connecting lines 25 and 26 are connected to one another via corresponding connecting lines 27.1 and 27.2 with a container 36 as a resource and storage device to form an open system 28.
  • the connecting line 27.1 functions as a return line in FIG. 3a, while 27.2 functions as a feed line.
  • Pressure control can take place via a controllable pressure limiting valve 29 in the return line 27.1.
  • a feed pump 38 is arranged in the feed line 27.2. This makes it possible for the power transmission to take place simultaneously via the switchable clutch 7 and the hydrodynamic clutch 3.
  • the power transmission for the switchable clutch 7 is controlled directly via the differential pressure between the two connections 25 and 26 and thus indirectly also the power transmission via the hydrodynamic branch 8, ie the hydrodynamic clutch 3.
  • the power transmission can be carried out via the absolute pressure in the hydrodynamic clutch 3 through which these are changed.
  • the valve device is located in FIG. 3a 23 in the second switching position II. This is characterized in that the flow is centrifugal.
  • the switchable clutch 7 is used alone for power transmission or together - because it is operated with slip - with the hydrodynamic clutch 3.
  • the first switching position I according to FIG. 3b is characterized in that a centripetal flow and sole power transmission over the hydrodynamic Clutch is present.
  • FIG. 3c shows the pump wheel 4, the turbine wheel 5, the pump wheel shell 12, which is non-rotatably coupled to the pump wheel 4, the piston 14, which is rotatably coupled to the turbine wheel 5, and the switchable clutch 7 with a first clutch disk 10 and a second clutch disk 11, which is coupled to the piston element 14.
  • the pressure p. Is the pressure present in the first resource guide channel or space 18, the pressure p 2 is the pressure present in the second resource guide channel or space 19.
  • the pressure in the hydrodynamic clutch 3 is referred to as p k .
  • the pressure control of the hydrodynamic clutch 3 is characterized by changing the pressure p 2 .
  • the transmission behavior of the clutch 3 can be influenced over large ranges at constant speeds by the impeller and turbine wheel number.
  • the pressure p 2 is proportional to the circuit pressure p k . This depends on the degree of filling. An increasing degree of filling means a larger proportion of the operating medium in the equipment circulation, which means that Transferability increases.
  • the degree of filling in the hydrodynamic circuit is influenced by the pressure p 2 or the pressure difference (p 2 -p k ) and this in turn influences the circuit pressure p k .
  • the circuit pressure p k increases with the square of the engine or drive speed. Since in the steady state p k is proportional to p 2 , the circuit pressure p k adapts to the pressure p 2 via the degree of filling, ie the hydrodynamic circuit in the working space 6 changes to partial filling at a constant pressure p 2 and the transfer capability, expressed by the coefficient of performance, falls. With increasing pressure and constant speed, the transmission capacity also increases. This behavior can be changed by adjusting the size of the pressure p 2 with the square of the motor or drive speed n, as illustrated in FIG. 4a.
  • the hydrodynamic clutch 3 transmits moments at a variable output speed in accordance with a characteristic curve of constant pressure, as shown in FIG. 4b.
  • the transmissible torque rises or falls on another characteristic curve of constant pressure, for example from p constant to p constant - 2 .
  • the pressure of the switchable clutch is controlled by pressurizing the axially movable piston 14 on both sides.
  • the resulting axial force results from the pressure difference (p 2 -p.,) And the
  • the manipulated variable for controlling the transferable power via the switchable coupling is therefore the pressure difference between the connections or equipment guide channels or spaces 19 and 18.
  • P 2 acts as a manipulated variable for the pressure control of the hydrodynamic clutch 3 and the pressure difference (p 2 -p.,) As a manipulated variable for controlling the
  • FIG. 5 uses a diagram to illustrate the temporal course of a possible torque distribution during operation of the starting unit 1.
  • the power that can be transmitted via the hydrodynamic clutch, or the torque is almost 100% of the drive torque, here up to about t1.
  • the switchable clutch 7 can then be switched by increasing the pressure difference (p 2 -p.,) Until it is synchronized with the input speed at t3, i.e. the speed at the input of the Starting unit and output of the starting unit transmits the entire moment.
  • the transmitted torque of the hydrodynamic clutch 3 can additionally be adapted to the requirements of the respective driving state.
  • Time t2 characterizes a time with shared power transmission.
  • FIG. 6 illustrates the characteristic curves that characterize this process in the speed-time diagram.
  • FIG. 7 illustrates a particularly advantageous further development of the embodiment according to FIG. 3a.
  • the two resource management channels - or rooms 18 and 19 - are coupled to a resource supply 24 via an open system 28
  • This valve device is, for example, a pressure regulating valve 30 and 31, and both the pressure values to be set in the operating medium channels or rooms 18 and 19
  • Flow direction and the transferable power components of the hydrodynamic clutch and the switchable clutch can be determined.
  • the power components that can be transmitted via each clutch - hydro-dynamic clutch 3 and switchable clutch 7 - can be controlled, without any mutual interference.
  • the power component is transmitted in parallel operation of the hydrodynamic clutch 3 and the switchable clutch 7 via the first power branch 9, in which the hydrodynamic clutch is arranged.
  • a second power component is transmitted via a second power branch, in which the switchable clutch 7 is arranged.
  • the control of the first power component takes place via the control of the absolute pressure p k in the hydrodynamic clutch 1.
  • the pressure present at the first operating medium supply channel or space 19 via the connection 25 acts as a control variable in this regard.
  • the control of the second power component is realized via the differential pressure applied to the connections 25 and 26.
  • the starting unit 1 according to FIG. 3a comprises a device for damping vibrations 33, in particular a torsional vibration damper.
  • a device for damping vibrations 33 in particular a torsional vibration damper.
  • This can take many forms. In the simplest case, this is designed as a simple friction damping device. However, versions with hydraulic damping are also conceivable. With regard to the specific configuration of such a device for damping vibrations 33, reference can be made to those known from the prior art
  • the hydrodynamic component, the hydrodynamic clutch 3, the switchable clutch 7 and the device 33 for damping vibrations are connected in series.
  • the device for damping vibrations 33 comprises a
  • the device for damping vibrations 33 is arranged between the hydrodynamic clutch 3, in particular the turbine wheel 5 and the output A, in the case of power transmission via the hydrodynamic clutch 3, and furthermore between the switchable clutch 7 in the case of power transmission via the switchable clutch 7, especially that by the second
  • Coupling disc 11 formed output and the output A of the starting unit 1.
  • the device 33 for damping vibrations is connected in series to the respective power-transmitting element - hydrodynamic clutch 3 or switchable clutch 7.
  • the rest of the basic structure of the starting unit corresponds to that described in FIGS. 3a and 3b.
  • the same reference numerals are used for the same elements. Even if the hydrodynamic clutch 3 and the shiftable clutch 7 are operated simultaneously, i.e. Power transmission over two power branches - transmission of a first power component of the total power via the hydrodynamic
  • FIG. 8 illustrates in a schematically simplified representation a further embodiment of a starting unit 1.8 designed according to the invention with a starting element 2.8 in the form of a hydrodynamic coupling 3.8.
  • the hydrodynamic coupling 3.8 comprises a primary wheel 4.8 and a secondary wheel 5.8, which together form a toroidal working space 6.8.
  • a switchable clutch 7.8 is also provided here, which is switchable parallel to the hydrodynamic clutch.
  • the basic function corresponds to that described in FIGS. 1 to 7.
  • the same reference numerals are used for the same elements.
  • the pump wheel 4.8 viewed spatially in the axial direction, is arranged between the inlet E and the turbine wheel 5.8, ie that
  • turbine wheel 5.8 is not arranged on the engine output side, but on the engine side.
  • the coupling between a drive, in particular the input E of the starting unit 1.8 and the pump wheel 4.8 takes place in the axial direction by enclosing the secondary wheel 5.8.

Abstract

Es betrifft eine Anfahreinheit (1) mit einem mit einem Antrieb koppelbaren Eingang (E) und einem mit dem Abtrieb koppelbaren Ausgang (A); mit einem Anfahrelement (2) in Form einer hydrodynamischen Kupplung (3); mit einer schaltbaren Kupplung (7), umfassend wenigstens zwei miteinander direkt oder indirekt über weitere Übertragungsmittel reibschlüssig in Wirkverbindung bringbare Kupplungselemente- ein erstes Kupplungselement (10) und ein zweites Kupplungselement (11), die jeweils mit dem Eingang (E) und dem Ausgang (A) drehfest gekoppelt sind. Hydrodynamische Kupplung (3) und schaltbare Kupplung (7) sind parallel in zwei Leistungszweigen (8,9) angeordnet und gemeinsam oder jeweils für sich allein schaltbar.

Description

Anfahreinheit und Verfahren zur Anpassung von Anfahreinheiten an Antriebssysteme mit unterschiedlichen
Randbedingungen, insbesondere unterschiedliche Antriebsmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Anfahreinheit, im einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruches 1 ; ferner ein Verfahren zur Anpassung einer Anfahreinheit an Antriebssysteme mit unterschiedlichen Randbedingungen, insbesondere unterschiedlichen Antriebsmaschinen.
Anfahreinheiten für den Einsatz in Schaltgetrieben, automatisierten
Schaltgetrieben oder Automatgetrieben sind in einer Vielzahl von Ausführungen bekannt. Diese umfassen in der Regel ein hydrodynamisches Bauelement in Form eines hydrodynamischen Drehzahl- /Drehmomentwandlers oder einer hydrodynamischen Kupplung. Bezüglich einer möglichen Ausführung einer Anfahreinheit für den Einsatz in
Getrieben mit einer hydrodynamischen Kupplung wird auf die Druckschrift DE 198 04 635 A1 verwiesen. Diese offenbart eine Ausführung einer Anfahreinheit mit geringer axialer Baulänge, umfassend ein Pumpenrad und ein Turbinenrad, die miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum bilden, wobei das Pumpenrad auf der Motorabtriebsseite angeordnet ist, d. h. das
Turbinenrad ist räumlich zwischen einem Eingang der Anfahreinheit und dem Pumpenrad angeordnet. Das Pumpenrad ist zu diesem Zweck drehfest über ein Element, welches gleichzeitig die Pumpenradschale bildet, mit dem Eingang bzw. mit einem mit diesem gekoppelten Antrieb drehfest verbunden. Es ist eine Überbrückungskupplung vorgesehen, welche parallel zur hydrodynamischen Kupplung geschaltet ist. Diese ermöglicht eine Leistungsübertragung vom Eingang der Anfahreinheit zum Ausgang unter Umgehung des hydrodynamischen Bauelementes. Die Überbrückungskupplung ist dabei als separates Bauelement neben der Einheit aus Pumpenrad und Turbinenrad angeordnet. Des weiteren umfaßt die Anfahreinheit eine Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen, welche in einem Durchmesserbereich angeordnet ist, der oberhalb der radial äußeren Abmessung des torusförmigen Arbeitsraumes der hydrodynamischen Kupplung angeordnet ist und Bestandteil der Überbrückungskupplung ist bzw. ein Kupplungselement bildet. Anders ausgedrückt ist die Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen im wesentlichen im Bereich einer Ebene Oder geringfügig versetzt zueinander mit der hydrodynamischen Kupplung angeordnet. Diese Lösung baut zwar schon relativ kurz, erfüllt jedoch hinsichtlich der erforderlichen axialen Baulänge nicht die Erfordernisse bestimmter vorgegebener Einbausituationen. Des weiteren ist diese Ausführung aufgrund der Vielzahl von Funktionselementen durch eine hohe Bauteilanzahl sowie einen enormen Montageaufwand charakterisiert. Die Größe der Anfahreinheit wird desweiteren auch durch die erforderliche Auslegung dieser im Zusammenwirken mit einer Antriebsmaschine und den nachgeordneten Schaltstufen beim Einsatz in Antriebssystemen bestimmt. Insbesondere erfordert eine Änderung der Antriebsmschine eine Änderung der Auslegung der Anfahreinheit.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anfahreinheit der eingangs genannten Art, umfassend eine hydrodynamische Kupplung und eine Überbrückungskupplung, welche parallel geschaltet werden können, sowie deren Einzelelemente derart weiterzuentwicklen, daß diese universeller für eine Mehrzahl von Antriebssträngen mit unterschiedlichen Randbedingungen, beispielsweise Antriebsmaschinen unterschiedlicher Leistung, ohne Änderungen in der konstruktiven Auslegung einsetzbar sind.
Desweiteren soll die Anfahreinheit durch einen sehr geringen Bauraumbedar in axialer Richtung, eine geringe Bauteiianzahl und die Zusammenfassung von Funktionselementen charakterisiert sein. Der konstruktive Aufwand ist gering zu halten. Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 20 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Eine Anfahreinheit mit einem mit einem Antrieb koppelbaren Eingang und einem mit dem Abtrieb koppelbaren Ausgang umfaßt ein Anfahrelement in Form einer hydrodynamischen Kupplung und eine schaltbare Kupplung, umfassend wenigstens zwei miteinander direkt oder indirekt über weitere Übertragungsmittel reibschlüssig in Wirkverbindung bringbare Kupplungselemente- ein erstes Kupplungselement und ein zweites
Kupplungselement, die jeweils mit dem Eingang und dem Ausgang drehfest gekoppelt sind. Erfindungsgemäß sind hydrodynamische Kupplung und schaltbare Kupplung parallel angeordnet und gemeinsam oder jeweils für sich allein schaltbar. Parallele Anordnung bedeutet, daß diese in zwei unterschiedlichen Leistungszweigen zwischen Antrieb und
Abtrieb angeordnet sind.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, die übertragbare Leistung gegebenenfalls auf zwei Leistungszweige aufzuteilen und am Ausgang wieder zusammenzuführen. Die mögliche Übertragung entweder nur über einen Zweig oder über beide Zweige bietet den Vorteil, daß die Anfahreinheit mit den einzelnen Bauelemente ohne Änderung der Auslegung in unterschiedlichen Antriebssystemen zum Einsatz gelangen kann und optimal an die Randbedingungen des jeweiligen Einsatzfalles anpaßbar ist. Da gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung die einzelnen Leistungsanteile frei, d.h. unabhängig voneinander steuerbar bzw. einstellbar sind, besteht zusätzlich die Möglichkeit, unterschiedliche Anfahrcharakteristiken zu erzeugen.
Bezüglich der Leistungsübertragung können durch die Schaltbarkeit die folgenden drei Grundfunktionszustände beschrieben werden: ein erster Grundfunktionszustand, der durch die alleinige
Leistungsübertragung über die hydrodynamische Kupplung, d.h. über den ersten Leistungszweig charakterisiert ist, ein zweiter Grundfunktionszustand, der durch die alleinige
Leistungsübertragung durch die schaltbare Kupplung, d.h. über den zweiten Leistungszweig charakterisiert ist und ein dritter Grundfunktionszustand, der durch die gemeinsame
Leistungsübertragung über die hydrodynamische und die schaltbare
Kupplung und damit beide Leistungszweige charakterisiert ist.
Im zweiten Grundfunktionszustand fungiert die schaltbare Kupplung als Überbrückungskupplung. Im dritten Grundfunktionszustand sind beide Kupplungen in Betrieb. Die Leistungsaufnahme der hydrodynamischen Kupplung wird durch den Füllungsrad gesteuert, während die Leistungsaufnahme der schaltbaren Kupplung durch die Anpreßkraft einstellbar ist. Beide Kupplungen sind separat, d.h. unabhängig voneinander steuerbar.
Im ersten Grundfunktionszustand ist die hydrodynamsiche Kupplung geschaltet. In diesem wird die am Eingang E anliegende Leistung nur über die hydrodynamische Kupplung übertragen. Die schaltbare Kupplung ist deaktiviert. Zusätzlich besteht jedoch die Möglichkeit, das
Übertragungsverhalten der hydrodynamischen Kupplung zu beeinflussen.
Dies geschieht über die Veränderung des Füllungsgrades. Dabei bewirkt ein steigender Füllungsgrad bei konstanter Drehzahl einen höheren Druck pκ im Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung und umgekehrt.
Im zweiten Grundfunktionszustand ist die schaltbare Kupplung geschaltet.
In diesem wird die am Eingang E anliegende Leistung nur über diese übertragen. Die hydrodynamische Kupplung ist deaktiviert. Zusätzlich kann bei Vorliegen bestimmter konstruktiver Voraussetzungen noch die
Möglichkeit bestehen, auch das Übertragungsverhalten der schaltbaren Kupplung zu beeinflussen. Dies geschieht über die Veränderung des Anpreßdruckes, so daß die Kupplung mit Schlupf betrieben wird.
Im dritten Grundfunktionszustand sind beide Leistungszweige aktiviert, d.h. es wird ein erster Leistungsanteil über die hydrodynamische Kupplung übertragen und ein zweiter Leistungsanteil über die schaltbare Kupplung. Zusätzlich können die einzelnen Leistungsanteile unabhängig voneinander gesteuert werden. Der dritte Grundzustand kann zeitlich von kurzzeitiger gemeinsamer Aktivierung bis Aktivierung über einen Hauptteil des Anfahrbereiches dauern.
Der entscheidende Vorteil dieser Lösung, insbesondere der Leistungsaufteilung und freien Steuerbarkeit der über die einzelnen Komponenten übertragbaren Leistungsanteile besteht zum einen in einer lediglich steuerungstechnisch vorzunehmenden Anpassung an unterschiedliche Randbedingungen, beispielsweise eine andere Antriebsmaschine, d.h. ohne vorzunehmende bauliche Veränderungen. Des weiteren können mit dieser Steuermöglichkeit unterschiedliche Anfahrcharakteristiken frei eingestellt werden. Diese freie Einstellbarkeit wird beispielsweise über entsprechende Algorithmen, welche über eine
Steuerung vorgegeben oder vorgebbar sind, gewährleistet.
Dabei kann die Leistungsaufteilung über a) eine, jedem Übertragungselement - hydrodynamische Kupplung und schaltbare Kupplung - zugeordnete und separat ansteuerbare Stelleinrichtung, beispielsweise in Form eines Betriebsmittel- oder Steuermittelbereitstellungssystems mit den entsprechenden Beeinflussungsmitteln, beispielsweise Ventilen oder b) eine, jedem Übertragungselement zugeordnete und separat ansteuerbare Stelleinrichtung zur Beaufschlagung des einzelnen Übertragungselementes mit dem entsprechenden Anpreßdruck oder einem bestimmten Füllungsgrad aus einem gemeinsam nutzbaren Betriebsmittel- und/oder Steuermittelvorrat oder c) eine gemeinsame Stelleinrichtung, die einem gemeinsam nutzbaren Betriebsmittel- oder Steuermittelversorgungssystem zugeordnet ist, erfolgen.
Gemäß einer besonders vorteilhaften und in axialer Richtung kurz bauenden Ausgestaltung erfolgt die Schaltbarkeit und Einstellbarkeit der übertragbaren Leistungsanteile über ein gemeinsam nutzbares Drucksteuersteuersystem, welches einen gemeinsame Betriebsmittel- und/oder Steuermittelvorrat nutzt. Konstruktive Voraussetzung für eine besonders kompakte Anfahreinheit ist die Ausgestaltung der hydrodynamischen Kupplung mit einer drehfest mit dem Pumpenrad gekoppelten Pumpenradschale, welche das Turbinenrad in axialer Richtung unter direkter Bildung eines ersten Betriebsmittel-Führungskanales-oder Raumes umschließt. Des weiteren ist ein zweiter Betriebsmittelführungskanal- oder bei Vorhandensein einer Zwischenwand unter Bildung des ersten Betriebsmittelführungskanales oder Raumes zwischen Pumpenradschale und Zwischenwand vorgesehen, welcher im Bereich des Innendurchmessers des torusförmigen Arbeitsraumes oder unterhalb dessen mündet. Der erste und zweite Betriebsmittel- führungskaπal- oder Raum sind wahlweise jeweils als Zufuhr-oder
Ablaufkanal- oder Raum zum torusförmigen Arbeitsraum nutzbar. Durch diese wahlweise Änderung der Funktion der einzelnen Betriebsmittelführungskanäle-bzw. Räume kann die Durchströmungsrichtung der hydrodynamischen Kupplung auf einfache Art und Weise zwischen zentripedal und zentrifugal geändert werden. Um eine Zuführung des Betriebsmittels bei zentripedaler Durchströmung, d.h. Durchströmung der hydrodynamischen Kupplung über den ersten Betriebsmittel- führungskanal - oder Raum zum radial äußeren Bereich des torusförmigen
Arbeitsraumes im Bereich der Trennebene zwischen Pumpen- und Turbinenrad und von dort in den sich im torusförmigen Arbeitsraum bildenden Arbeitskreislauf zu gewährleisten, ist es erforderlich, Pumpenrad und Turbinenrad in entsprechender Art und Weise zueinander anzuordnen und einen Spalt zwischen ihnen so zu gestalten, daß der so gebildete Eintrittswinkel immer eine Zufuhr in die Meridianströmung des Arbeitskreislaufes bewirkt und nicht abströmend wirkt. Dazu sind Pumpenrad und Turbinenrad in radialer Richtung vorzugsweise mit Versatz ausgeführt.
Zur Gewährleistung einer sicheren Funktionsweise sind beide Betriebsmittelführungskanäle- oder Räume gegeneinander abgedichtet.
Das der hydrodynamischen Kupplung zugeordnete Betriebsmittelversorgungs- und -führungssystem umfaßt eine Betriebsmittelversorgungsquelle - bzw. einen Vorrat und einen ersten Anschluß zur Kopplung mit dem ersten Betriebsmittelführungskanal-oder Raum sowie einen zweiten Anschluß zur Kopplung mit dem zweiten
Betriebsmittelführungskanal-oder Raum. Erfindungsgemäß sind Mittel zur wahlweisen Änderung der Durchströmungsrichtung der hydrodynamischen Kupplung durch Zuweisung der Funktion des Zulaufes oder des Ablaufes zu den beiden Betriebsmittelversorgungskanälen -oder Räumen vorgesehen. Der Begriff Anschluß ist dabei nicht nur als konstruktives
Bauelementzu verstehen, sondern ist hinsichtlich seiner Funktion als funktionales Element zu betrachten. Gemeint ist, dabei die Gestaltung bzw. Realisierung des Überganges zwischen den Betriebsmittelführungskanälen- oder Räumen der hydrodynamischen Kupplung und den Verbindungsleitungen - Speiseleitung und Rücklaufleitung e.tc. - zur
Betriebsmittelquelle. Dabei können einzelne Elemente des Betriebsmittelversorgungssystems auch Bestandteil der hydrodynamischen Kupplung sein oder nicht. Dies gilt insbesondere für die Mittel zur wahlweisen Änderung der Durchströmungsrichtung der hydrodynamischen Kupplung durch Zuweisung der Funktion des Zulaufes oder des Ablaufes zu den beiden Betriebsmittelversorgungskanälen -oder Räumen und/oder
Teile der Verbindungsleitungen zwischen Betriebsmittelversorgungsquelle und den Betriebsmittelführungskanälen oder Räumen. Mit diesem Betriebsmittelversorgungssystem einer hydrodynamischen Kupplung kann die Durchströmungsrichtung einer hydrodynamischen Kupplung auf einfache Art und Weise ohne zusätzliche bauliche Modifikationen geändert werden.
Bezüglich der Ausgestaltung des Betriebsmittelversorgungssystems bestehen mehrere Möglichkeiten. Die konkrete Ausführung erfolgt entsprechend den Erfordernissen des Einsatzfalles und liegt im Ermessen des zuständigen Fachmannes.
In einer besonders einfachen Ausgestaltung umfassen die Mittel eine Ventileinrichtung mit wenigstens zwei Schaltstellungen. Eine erste Schaltstellung ist dabei durch die Kopplung zwischen Zulauf, d. h.
Speiseleitung und erstem Betriebsmittelführungskanal-oder Raum und Ablauf, d. h. Rücklaufleitung und zweitem Betriebsmittelführungskanal- oder Raum und die zweite Schaltstellung durch die Kopplung zwischen Zulauf und zweitem Betriebsmittelführungskanal-oder Raum und Ablauf und erstem Betriebsmittelführungskanal- oder Raum charakterisiert. Beide
Betriebsmittelführungskanäle - oder Räume sind vorzugsweise über einen offenen Kreislauf miteinander gekoppelt. Der offene Kreislauf beinhaltet die Betriebsmittelversorgungsquelle, welche auch als Betriebsmittelspeicher fungiert, und eine Kopplung dieser über die Speise- und Rücklauf leitung mit den Betriebsmittelführungskanälen- oder Räumen in der hydrodynamischen Kupplung. Die Ventileinrichtung ist lediglich zwischengeschaltet. Mit dieser Konfiguration kann auch im Dauerbetrieb der Übertragungselemente, insbesondere der hydrodynamischen Kupplung ein Kühlkreislauf zwischen Austritt aus dem Arbeitsraum und Eintritt über den Betriebsmittelspeicher aufrechterhalten werden.
Zur Änderung der Leistungsaufnahme "der hydrodynamischen Kupplung ist unter einem weiteren Aspekt der Erfindung der Füllungsgrad veränderbar. Um zusätzlich die gewünschte aufzunehmende Leistung der hydrodynamischen Kupplung zu steuern oder zu regeln, ist der Füllungsgrad Steuer- oder regelbar. Diese Steuer- und/oder Regelbarkeit kann auf unterschiedliche Art und Weise realisiert werden. Im einfachsten Fall erfolgt dies durch Vorsehen eines entsprechenden Druckregelventiles in der Zulauf- bzw. Speiseleitung und/oder der Rücklaufleitung. Diese freie Einstellbarkeit ermöglicht es, hinsichtlich unterschiedlicher Kriterien, beispielsweise Energieverbrauch und Schadstoffemission, optimierte
Betriebspunkte im Kennfeld der Antriebsmaschine anzusteuern, ohne hierfür die konstruktive Ausgestaltung und Auslegung der Kupplung verändern zu müssen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung besteht die Möglichkeit, die einzelnen Betriebsmittelführungskanäle oder Räume über einen ebenfalls offenen Kreislauf miteinander zu koppeln und jedem Betriebsmittelführungskanal oder Raum eine steuerbare Ventileinrichtung, die miteinander über eine Verbindungsleitung gekoppelt sind, zuzuordnen, wobei über die Vorgabe der in den Betriebsmittelkanälen bzw. Räumen einzustellenden Druckwerte sowohl die Strömungsrichtung und die übertragbare Leistung in der hydrodynamischen Kupplung festgelegt werden kann. Die Anbindung an die Betriebsmittelquelle - bzw. den Speicher erfolgt über entsprechende Leitungen zwischen Verbindungsleitung und Betriebsmittelspeicher. Die schaltbare Kupplung umfaßt mindestens ein erstes Kupplungselement in Form einer ersten Kupplungsscheibe und ein zweites Kupplungselement in Form einer zweiten Kupplungsscheibe, die miteinander wenigstens mittelbar, d. h. entweder direkt oder indirekt über weitere Kupplungsscheiben reibschlüssig miteinander in Wirkverbindung bringbar sind. Dabei ist eine Integration von Bestandteilen der schaltbaren Kupplung im hydrodynamischen Bauelement vorgesehen. Diese wird dadurch realisiert, daß ein Kupplungselement, in der Regel eine erste Kupplungsscheibe drehfest mit dem Eingang, insbesondere der Primärradschale verbunden ist, während die andere zweite
Kupplungsscheibe drehfest mit dem Ausgang, vorzugsweise direkt dem Turbinenrad verbunden ist. Eine andere Möglichkeit, insbesondere mit einer ungeraden Anzahl an Reibflächen, besteht im Vorsehen einer, einen Kolben bildenden, drehfest mit dem Turbinenrad jedoch gegenüber diesem axial verschiebbar angeordneten Zwischenwand. Den Kupplungsscheiben sind
Mittel zur Erzeugung einer Anpreßkraft und damit zur Erzeugung einer wenigstens mittelbaren reibschlüssigen Verbindung zwischen erster Kupplungsscheibe und zweiter Kupplungsscheibe zugeordnet. Diese Lösung ermöglicht durch Integration der einzelnen Elemente der Überbrückungskupplung in das Anfahrelement in Form der hydrodynamischen Kupplung eine Ausgestaltung einer Anfahreinheit mit sehr geringem Bauraumbedarf in axialer Richtung, da hier bereits ohnehin vorhandene Bauelemente gleichzeitig mit der Übernahme der Funktion des anderen Elementes betraut werden.
Die Mittel zur Erzeugung einer Anpreßkraft umfassen mindestens ein mit Druckmittel beaufschlagbares Kolbenelement. Dieses kann separat den Kupplungsscheiben zugeordnet werden. In einer besonders kompakten und damit vorteilhaften Ausgestaltung wird jedoch das Turbinenrad oder eine mit diesem drehfest verbundene, jedoch axial verschiebbare
Zwischenwand als Kolbenelement genutzt. Der Druckraum zur Beaufschlagung des Kolbenelementes wird vom Turbinenrad umschlossenen Teil des torusförmigen Arbeitsraumes gebildet. Bezüglich der konstruktiven Ausführung zur Übernahme der Funktion eines Elementes und des weiteren eines Elementes der Mittel zur Erzeugung einer 5 Anpreßkraft durch das Turbinenrad bestehen im wesentlichen die nachfolgend genannten Möglichkeiten:
1. drehfeste Kopplung des Turbinenrades mit dem Ausgang der Anfahreinheit jedoch axiale Verschiebbarkeit des Turbinenrades;
2. drehfeste Verbindung des Turbinenrades mit dem Ausgang der 0 Anfahreinheit und in axialer Richtung elastische Ausführung der
Kopplung zwischen Turbinenrad und Ausgang.
Im erstgenannten Fall wird die reibschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Kupplungselement und dem zweiten, drehfest mit dem Turbinenrad 5 verbundenen Kupplungselement durch die Verschiebung des
Turbinenrades gewährleistet, während im zweiten Fall lediglich eine reversible Verformung der Verbindung zwischen Turbinenrad und Ausgang der Anfahreinheit die Anpreßung ermöglicht. Die axiale Verschiebbarkeit des Turbinenrades erfolgt dabei in einem Bereich von 0,1 bis 2 mm. 0
Um eine nahezu selbsttätige Überbrückung und des weiteren eine sichere Betriebsweise bei Leistungsübertragung über das hydrodynamische Kupplungselement zu realisieren bedarf es bei axialer Verschiebbarkeit des Turbinenrades einer entsprechenden Gegenkraft, welche das Turbinenrad 5 in seiner Lage gegenüber dem Pumpenschaufelrad fixiert. Diese
Gegenkraft wird von zum Arbeitsraum zugeführtem Betriebsmittel erzeugt, welches entlang des Außenumfanges des Turbinenrades zwischen den einzelnen Kupplungsscheiben der Überbrückungskupplung in den Bereich der Trennebene zwischen Pumpenrad und Turbinenrad im Bereich des o äußeren Durchmessers des torusförmigen Arbeitsraumes geführt wird und von dort in das Pumpenrad eingebracht wird und die hydrodynamische Kupplung zentripedal durchströmt. Üblicherweise liegen beide Kupplungsscheiben der schaltbaren Kupplung nahe aufeinander. Der dabei verbleibende Spalt dient als Drosselstelle für das durchströmende Betriebsmittel. Durch diese Drossel stellt sich eine Druckdifferenz zwischen den Kolbenflächen ein, aus der die erforderliche Anpreßkraft für das Öffnen und Schließen für die Überbrückungskupplung resultiert. Diese wird im einfachsten Fall bei Ausführungen mit drehfester Verbindung und axialer Verschiebbarkeit durch Vorspannung des Turbinenrades realisiert, beispielsweise mittels mindestens einer Federeinrichtung, welche das Turbinenrad und damit die mit dieser verbundene Kupplungsscheibe in einem minimalen Abstand von ca. 1 oder mehreren 10-teln zur anderen ersten Kupplungsscheibe oder weiteren dazwischen angeordneten Scheibenelementen in seiner Lage fixiert. Dies ist in Analogie auch bei der in axialer Richtung erfolgenden elastischen Anbindung des Turbinenrades an den Ausgang möglich. Bei Umschaltung vom hydrodynamischen
Betrieb auf mechanischen Durchtrieb wird lediglich die Betriebsmittelzuführung hinsichtlich ihrer Richtung geändert, d. h. nicht mehr um den Außenumfang des Turbinenrades herum, sondern die Durchströmung der hydrodynamischen Kupplung erfolgt zentrifugal. Das Kräftegleichgewicht der zwischen den Kupplungsscheiben durch das
Betriebsmittel am Turbinenrad oder der mit diesem verbundenen und als Kolben fungierenden Zwischenwand und im torusförmigen Arbeitsraum wirkenden Kräfte verschiebt sich. Das Betriebsmittel wird nunmehr im Bereich des Innenumfanges dem torusförmigen Arbeitsraum zugeführt und die durch das Betriebsmittel am Turbinenrad bzw. der Zwischenwand erzeugte Druckkraft bewirkt eine Verschiebung oder Verkippung des Turbinenrades in Richtung vom Pumpenrad weg, wobei die mit dem Turbinenrad drehfest verbundene Kupplungsscheibe reibschlüssig mit der mit der Pumpenradschale gekoppelten Kupplungsscheibe in Wirkverbindung gebracht wird. Im reinen Kupplungsbetrieb der schaltbaren
Kupplung wird dabei die gesamte Leistung über diese übertragen. Bei Schlupfbetrieb erfolgt die Übertragung des anderen Leistungsanteiles über die hydrodynamische Kupplung.
Bezüglich der räumlichen und konstruktiven Anbindung der ersten und zweiten Kupplungsscheibe an das Turbinenrad oder die Zwischenwand bzw. die Pumpenradschale bestehen eine Vielzahl von Möglichkeiten. Die räumliche Anordnung erfolgt in axialer Richtung betrachtet neben dem torusförmigen Arbeitsraum davor oder dahinter. Die Anordnung in radialer Richtung ist durch Außen- und Innenabmessungen gekennzeichnet, welche vorzugsweise im Bereich zwischen dem äußeren und dem inneren
Durchmesser des torusfömigen Arbeitsraumes liegen. Vorzugsweise sind die Reibflächen, welche von den Kupplungsscheiben gebildet werden, parallel zur Trennebene zwischen dem Pumpenrad und dem Turbinenrad ausgerichtet. Fertigungstechnische Toleranzen sind ohne Probleme ausgleichbar.
Vorzugsweise erfolgt die drehfeste Kopplung bei Anbindung direkt aus dem Turbinenrad an der Rückseite des den To s bildenden Teiles des Turbinenrades. Die drehfeste Verbindung der einzelnen Kupplungsscheiben mit dem Turbinenrad und dem Pumpenrad bzw. der Pumpenradschale kann ebenfalls auf unterschiedliche Art und Weise realisiert werden. Denkbar sind
a) die einteilige Ausführung von Kupplungsscheibe und Turbinenrad und/oder Kupplungsscheibe und Pumpenradschale; b) Ausbildung der einzelnen Kupplungsscheiben als separate Bauelemente und drehfeste Kopplung über entsprechende Verbindungselemente mit dem Pumpenrad und/oder dem Turbinenrad. In beiden Fällen kann die Reibfläche direkt von der Kupplungsscheibe, d. h. im erstgenannten Fall von der Außenseite des Turbinenrades und einer
I
Innenfläche der Pumpenradschale und im zweiten Fall vom separaten Bauelement gebildet werden oder aber von einem, dem Außenumfang des Turbinenrades oder den einzelnen Kupplungsscheiben zugeordneten
Reibbelag.
Unter einem weiteren besonders vorteilhaften Aspekt der Erfindung umfaßt die Anfahreinheit eine Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen, insbesondere einen Torsionsschwingungsdämpfer. Bezüglich der
Wirksamkeit in den einzelnen Leistungsübertragungsbereichen kann dieser unterschiedlich angeordnet sein. Denkbar ist die Zuordnung des Torsionsschwingungsdämpfers (TSD) zu a) einem Leistungszweig oder b) beiden Leistungszweigen - hydrodynamische Kupplung und
. schaltbare Kupplung gemeinsam. Im ersten Fall ist der TSD im Leistungszweig der schaltbaren Kupplung zugeordnet und dieser in diesem Leistungszweig vor- oder nachgeordnet. Im zweiten Fall ist der TSD den beiden Leistungszweigen in Reihe vor- und nachgeschaltet. Vorzugsweise ist dieser zum hydrodynamischen
Bauelement in Form der hydrodynamischen Kupplung und zur Überbrük- ' kungskupplung in Reihe angeordnet. Dies wird dadurch erzielt, daß die Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen zwischen dem Turbinenrad und dem Ausgang angeordnet ist. Das bedeutet, daß das Turbinenrad mit dem Eingang der Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen gekoppelt ist oder über die reibschlüssige Verbindung bei Überbrückung des hydrodynamischen Leistungszweiges der Eingang der Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen mit dem Pumpenrad über die Pumpenradschale drehfest verbunden wird. Räumlich erfolgt die Anordnung der Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen dabei in axialer Richtung betrachtet im wesentlichen im Bereich bzw. in einer Ebene mit dem hydrodynamischen Bauelement. In radialer Richtung ist die Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen innerhalb des den Innenumfanges des den torusförmigen Arbeitsraum bildenden Teiles der hydrodynamischen Kupplung beschreibenden Durchmessers angeordnet. Mit dieser Ausführung wird neben einer besonders kurzen axialen Baulänge auch der in radialer Richtung zur Verfügung stehende Bauraum optimal ausgenutzt.
Bezüglich der Ausführung der Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen bestehen keinerlei Restriktionen, d. h. jegliche Art von
Schwingungsdämpfer ist denkbar. Zum Einsatz gelangen dabei beispielsweise Vorrichtungen zur Dämpfung von Schwingungen, welche lediglich auf Reibdämpfung basieren oder hydraulische Dämpfungseinrichtungen. Die Ausführung als hydraulische Dämpfungseinrichtung umfaßt neben einem Primärteil und einem
Sekundärteil, welche drehfest miteinander zum Zwecke der Drehmomentenübertragung koppelbar sind, und in Umfangsrichtung gegeneinander um einen bestimmten Winkel verdrehbar sind, Mittel zur Feder- und/oder Dämpfungskopplung zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil. Die Mittel zur Dämpfungskopplung umfassen dabei mit
Hydraulikflüssigkeit füllbare Kammern, in welche Schwingungen verlagert werden. Die Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen muß dabei lediglich auf das Ausgangsmoment am Turbinenrad ausgelegt werden, weshalb die Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen in radialer und axialer Richtung sehr klein baut und in der Regel keine Vergrößerung der durch das hydrodynamische Bauelement vorgegebenen Abmessungen der Anfahreinheit bewirkt.
Bezüglich der räumlichen Anordnung von Pumpenrad und Turbinenrad bezogen auf den Eingang und den Ausgang der Anfahreinheit bestehen im wesentlichen die zwei folgenden Möglichkeiten: 1. Anordnung des Pumpenrades in axialer Richtung zwischen dem Eingang der Anfahreinheit und dem Turbinenrad der hydrodynamischen Kupplung;
2. Anordnung des Turbinenrades der hydrodynamischen Kupplung in axialer Richtung zwischen dem Eingang der Anfahreinheit und dem
Pumpenrad.
Vorzugsweise findet die letztgenannte Möglichkeit Anwendung, da in diesem Fall trotz geringem Bauraumes die Kollisionsmöglichkeiten der einzelnen Elemente optimal beherrscht werden können.
Die erfindungsgemäße Lösung und deren Weiterentwicklungen eignet sich insbesondere für den Einsatz in Automatgetrieben. Denkbar ist aber auch der Einsatz in automatisierten Schaltgetrieben. Die Anfahreinheit kann dabei als Baueinheit separat vormontiert handelbar sein. Die Verbindung mit dem Getriebe erfolgt dabei durch Integration im Getriebegehäuse oder Hintereinanderschaltung mit Schaltstufen oder stufenlosen Getriebeteilen, beispielsweise Zugmittelgetrieben oder Toroidalgetrieben, wobei in allen Fällen die Kopplung beispielsweise durch Aufstecken auf eine mit Nachschaltstufen oder stufenlosen Getriebeteilen koppelbare Welle realisiert werden kann.
Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die erfindungsgemäße Anfahreinheit sowohl für den Einsatz in Antriebssträngen in stationären Anlagen als auch Fahrzeugen geeignet.
Die erfindungsgemäß gestaltete Anfahreinheit ermöglicht ein Verfahren zur Anpassung dieser an Antriebsstränge mit unterschiedlichen Randbedingungen, ohne das die konstruktiven Gegebenheiten, insbesondere die Auslegung der einzelenen Komponenten geändert werden müssen. Erforderlich ist lediglich eine entsprechende Ansteuerung der Stelleinrichtungen der einzelnen Übertragungselemente - hydrodynamische Kupplung oder schaltbare Kupplung -. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsübertragung entweder wahlweise über die hydrodynamische Kupplung, die schaltbare Kupplung oder teilweise in einem ersten Leistungszweig über die hydrodynamische
Kupplung und in einem zweiten Leistungszweig über die schaltbare Kupplung gemeinsam übertragen wird. Grundvoraussetzung für diese Möglichkeit ist lediglich die gemeinsame oder wahlweise separate Schaltbarkeit der einzelnen Übertragungselemente - hydrodynamische Kupplung oder schaltbare Kupplung. Allein mit dieser Möglichkeit, ohne zusätzliche Steuerungsmöglichkeiten hinsichtlich der Größe der übertragbaren Leistungsanteile kann bereits eine Aufteilung entsprechend der möglichen übertragbaren Leistungen über die einzelnen Elemente erfolgen. Eine Optimierung erfolgt über zusätzliche Steuer- und/oder Regelungsmöglichkeiten.
Gemäß einer Weiterentwicklung ist die über den ersten Leistungszweig übertragbare Leistung Steuer- und/oder regelbar. Zusätzlich oder unabhängig von dieser Möglichkeit kann die über die schaltbare Kupplung übertragbare Leistung ebenfalls Steuer- und/oder regelbar sein. Die Steuer- und/oder Regelbarkeit der über die einzelnen Leistungszweige übertragbare Leistung kann in Abhängigkeit der Nutzung eines gemeinsamen oder von jeweils separaten Betriebsmittel- bzw. Steuermittelversorgungssystemen und entsprechenden Stelleinrichtungen entweder unabhängig voneinander oder gekoppelt erfolgen. Bei
Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Anfahreinheit mit Integration der schaltbaren Kupplung baulich in der Konstruktion der hydrodynamischen Kupplung, insbesondere einer Ausführung mit drehfester Kopplung eines ersten Kupplungselementes mit der Pumpenradschale und eines mit dem Abtrieb verbundenen zweiten
Kupplungselementes mit dem Turbinenrad oder mit einem, mit diesem drehfest verbundenen Element unter Ausnutzung eines gemeinsam benutzbaren Drucksteuersystems, wird der über die hydrodynamische
Kupplung übertragbare Leistungsanteil durch Steuerung des Absolutdruckes im torusförmigen Arbeitsraum und der über die schaltbare Kupplung übertragbare Leistungsanteil durch Steuerung des
Differenzdruckes zwischen den beiden Betriebsmittelführungskanälen- oder Räumen eingesteuert. Als Stellgröße für die Steuerung des Absolutdruckes fungiert dabei entweder der Einlaßdruck, d. h. der Druck im Zulauf im torusförmigen Arbeitsraum oder vorzugsweise der Auslaßdruck. Stellegröße für die Steuerung des übertragbaren Leistungsanteiles über die schaltbare
Kupplung ist der Differenzdruck zwischen Einlaß und Auslaß, d. h. Zulauf und Rücklauf.
Die erfindungsgemäße Lösung ist nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:
Figur 1 verdeutlicht in vereinfachter Darstellung das
Grundprinzip des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Anfahreinheit und eines Verfahrens zur Leistungsaufteilung;
Figur 2a bis 2c verdeutlichen die einzelnen möglichen Grundzustände der Leistungsübertragung über einzelne Leistungszweige;
Figur 3a und 3b verdeutlichen das Grundprinzip des Aufbaus einer erfindungsgemäß gestalteten Anfahreinheit anhand einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung; Figur 3c verdeutlicht anhand eines Schemas das Grundprinzip der Drucksteuerung zur Realisierung der Leistungsaufteilung;
Figuren 4a und 4b verdeutlichen anhand von Diagrammen die
Drucksteuerung der hydraulischen Komponente;
Figur 5 und 6 verdeutlichen anhand von Diagrammen den zeitlichen
Verlauf der Leistungsaufteilung während eines Anfahrvorganges;
Figur 7 verdeutlicht eine vorteilhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anfahreinheit;
Figur 8 verdeutlicht eine vorteilhafte Ausführung einer
Anfahreinheit mit gegenüber den Ausführungen gemäß Figur 1a und 1b mit vertauschten Schaufelrädern.
Figur 1 verdeutlicht in schematisierter vereinfachter Darstellung den
Grundaufbau einer erfindungsgemäß gestalteten Anfahreinheit 1. Die Anfahreinheit 1 umfaßt einen, mit einem Antrieb koppelbaren Eingang E und einen, mit nachgeschalteten Übersetzungsstufen oder einem Abtrieb koppelbaren Ausgang A. Die Anfahreinheit 1 umfaßt ein Anfahrelement 2 in Form einer hydrodynamischen Kupplung 3. Die hydrodynamische
Kupplung 3 umfaßt zwei Schaufelräder, ein als Pumpenrad 4 fungierendes Primärrad und ein als Turbinenrad 5 fungierendes Sekundärrad, die miteinander einen Arbeitsraum 6 bilden, welcher in der Regel torusförmig ist. Die Anfahreinheit 1 umfaßt des weiteren eine parallel zum Anfahrelement 2 in Form der hydrodynamischen Kupplung 3 schaltbare
Kupplung 7. Erfindungsgemäß sind hydrodynamische Kupplung 3 und schaltbare Kupplung 7 entweder jeweils separat oder aber gemeinsam schaltbar. Die hydrodynamische Kupplung 3 und die schaltbare Kupplung 7 sind somit in zwei unterschiedlichen Leistungszweigen angeordnet, einem ersten Leistungszweig 8 und einem zweiten Leistungszweig 9.
Die schaltbare Kupplung 7 umfaßt mindestens zwei miteinander reibschlüssig in Wirkverbindung bringbare Kupplungselemente, vorzugsweise in Form von Kupplungsscheiben, d.h. in Kraftflußrichtung zwischen dem Eingang E und dem Ausgang A der Anfahreinheit 1 betrachtet eine erste Kupplungsscheibe 10, welche auch als
Kupplungseingangsscheibe bezeichnet werden kann und eine zweite Kupplungsscheibe 11, die als Kupplungsausgangsscheibe bezeichnet wird. Eine Wirkverbindung durch Reibschluß zwischen der ersten Kupplungsscheibe 10 und der zweiten Kupplungsscheibe 11 kann dabei direkt oder indirekt realisiert werden, im erstgenannten Fall wird die
Reibpaarung von der ersten Kupplungsscheibe 10 und der zweiten Kupplungsscheibe 11 gebildet, während im zweiten Fall weitere Reibflächen tragende Elemente zwischengeschaltet werden.
Zum Zwecke der Leistungsaufteilung ist jedem Übertragungselement - hydrodynamische Kupplung 3 und schaltbare Kupplung 7 - eine eigene, hier lediglich als Blackbox angedeutete Stelleinrichtung 34 und 35 zugeordnet, welche die Schaltbarkeit gewährleistet. Die Schaltbarkeit der schaltbaren Kupplung 7 wird durch Erzeugung eines entsprechenden Anpreßdruckes gewährleistet. Die Schaltbarkeit der hydrodynamischen
Kupplung 3 beispielsweise durch Befüllung und Entleerung. Die Steuerung der übertragbaren Leistungsanteile über den ersten und zweiten Leistungszweig 8 und 9 erfolgt durch Steuerung bzw. Variation der Anpreßkraft an der schaltbaren Kupplung 7 und Steuerung und/oder Regelung des Füllungsgrades der hydrodynamischen Kupplung 3. Die drei Grundzustände sind in schematisierter Darstellung in den Figuren 2a bis 2c verdeutlicht. Diese zeigen-noch einmal die einzelnen Leistungszweige 8 und 9, die Zuordnung der einzelnen Elemente zu diesen und mittels Pfeillinie die Leistungsübertragung in den einzelnen Grundzuständen - erster Grundfunktionszustand Figur 2a, zweiter
Grundfunktionszustand Figur 2b und dritter Grundfunktionszustand Figur 2c.
Im ersten Grundfunktionszustand ist die hydrodynamsiche Kupplung 3 geschaltet. In diesem wird die am Eingang E anliegende Leistung nur über die hydrodynamische Kupplung 3 übertragen. Die schaltbare Kupplung 7 ist deaktiviert. Zusätzlich besteht jedoch die Möglichkeit, das Übertragungsverhalten der hydrodynamischen Kupplung 3 zu beeinflussen. Dies geschieht über die Veränderung des Füllungsgrades. Dabei bewirkt ein steigender Füllungsgrad bei konstanter Drehzahl einen höheren Druck pκ im Arbeitsraum 6 der hydrodynamischen Kupplung 3 und umgekehrt.
Im zweiten Grundfunktionszustand ist die schaltbare Kupplung 7 geschaltet. In diesem wird die am Eingang E anliegende Leistung nur über diese übertragen. Die hydrodynamische Kupplung 3 ist deaktiviert. Dies geschieht über die Veränderung des Anpreßdruckes, so daß die Kupplung ohne Schlupf betrieben wird.
Im dritten Grundfunktionszustand sind beide Leistungszweige 8 und 9 aktiviert, d.h. es wird ein erster Leistungsanteil über die hydrodynamische
Kupplung 3 übertragen und ein zweiter Leistungsanteil über die schaltbare Kupplung 7. Zusätzlich können unter einem weiteren Aspekt der Erfindung die einzelnen Leistungsanteile unabhängig voneinander gesteuert werden. Der dritte Grundfunktionszustand kann zeitlich von kurzzeitiger gemeinsamer Aktivierung bis Aktivierung über einen Hauptteil des
Anfahrbereiches andauern. Der entscheidende Vorteil dieser Lösung, insbesondere der
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Leistungsaufteilung und freien Steuerbarkeit der über die einzelnen Komponenten übertragbaren Leistungsanteile besteht zum einen in einer lediglich steuerungstechnisch vorzunehmenden Anpassung an unterschiedliche Randbedingungen, beispielsweise eine andere
Antriebsmaschine, d.h. ohne vorzunehmende bauliche Veränderungen. Des weiteren können mit dieser Steuermöglichkeit unterschiedliche Anfahrcharakterisitiken frei eingestellt werden.
Als Stellgröße der Steuerung der Leistungsanteile fungiert in der Regel ein
Druck. Beiden Kupplungen kann dazu eine separate Drucksteuerung zugeordnet sein, welche durch eine übergeordnete Steuerung miteinander verknüpft werden. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung nutzen beide Systeme jedoch ein Drucksteuerungssystem, um den erforderlichen Bauraum und die Bauteilanzahl zu minimieren. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung in den Figuren 3a und 3b umfaßt das Pumpenrad 4 dazu eine Pumpenradschale 12. Diese wird entweder von einem separaten Bauelement, welches drehfest mit dem Pumpenrad 4 gekoppelt ist, gebildet oder ist als integrale Baueinheit mit dem Pumpenrad 4 ausgeführt. Die Pumpenradschale 12 erstreckt sich dabei in Einbaulage in axialer Richtung im wesentlichen über die axiale Erstreckung des Turbinenrades 5 bzw. umschließt dieses zumindest teilweise auch in radialer Richtung. Vorzugsweise erfolgt das Umschließen des Turbinenrades 5 durch die Pumpenradschale 12 bzw. bei mehrteiliger Ausführung von deren Einzelteilen derart, daß diese sich in radialer
Richtung bis in den Bereich des Ausganges A erstrecken. Das Turbinenrad 5 ist direkt oder indirekt, d. h. über weitere Übertragungselemente, mit dem Ausgang A der Anfahreinheit 1 verbunden. Der grundlegende Aufbau der Anfahreinheit 1 entspricht ansonsten dem in Figur 1 beschriebenen. Für gleiche Elemente werden daher die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Vorzugsweise ist, dabei die erste Kupplungsscheibe 10 drehfest mit dem Pumpenrad 4, insbesondere der Pumpenradschale 12 verbunden, während die zweite Kupplungsscheibe 11 drehfest" mit dem Turbinenrad 5 gekoppelt ist. Vorzugsweise erfolgt des weiteren die Anordnung der schaltbaren Kupplung 7 in radialer Richtung im Bereich der radialen Erstreckung des torusförmigen Arbeitsraumes 6.
Bezüglich der Leistungsübertragung können durch die Schaltbarkeit die folgenden drei Grundbetriebszustände beschrieben werden: ein erster Grundfunktionszustand, der durch die alleinige Leistungsübertragung über die hydrodynamische Kupplung 3, d.h. über den ersten Leistungszweig 8 charakterisiert ist, ein zweiter Grundfunktionszustand, der durch die alleinige Leistungsübertragung durch die schaltbare Kupplung 7, d.h. über den zweiten Leistungszweig 9 charakterisiert ist und - ein dritter Grundfunktionszustand, der durch die gemeinsame
Leistungsübertragung über die hydrodynamische und die schaltbare Kupplung 3 bzw. 7 und damit beide Leistungszweige 8 und 9 charakterisiert ist.
Im zweiten Grundfunktionszustand fungiert die schaltbare Kupplung 7 als
Überbrückungskupplung. Im dritten Grundfunktionszustand sind beide Kupplungen in Betrieb. Die Leistungsaufnahme der hydrodynamischen Kupplung 3 wird durch den Füllungsrad gesteuert, während die Leistungsaufnahme der schaltbaren Kupplung 7 durch die Anpreßkraft einstellbar ist. Beide Kupplungen sind separat, d.h. unabhängig voneinander steuerbar.
Bei der besonders kompakten Ausführung gemäß der Figuren 3a und 3b sind des weiteren Mittel 13 zur Erzeugung einer Anpreßkraft zur Realisierung einer reibschlüssigen Verbindung zwischen beiden
Kupplungsscheiben, der Kupplungsscheibe 10 und zweiten Kupplungsscheibe 11 , vorgesehen. Die Mittel 13 umfassen vorzugsweise ein mit Druckmittel beaufschlagbares Kolbenelement 14, wobei die Funktion des Kolbenelementes 14 vom Turbinenrad 5 übernommen wird. Das Turbinenrad 5 ist zu diesem Zweck entweder, wie in der Figur 3a angedeutet, drehfest mit dem Ausgang A verbunden, jedoch in axialer Richtung verschiebbar ausgeführt oder die Anbindung an den Ausgang A erfolgt direkt drehfest, in Umfangsrichtung drehsteif und in axialer Richtung elastisch. Bevorzugt wird jedoch eine Ausführung mit axialer Verschiebbarkeit.
Bei Vorsehen einer Rückführung sind die genannten Steuerungen auch als Regelungen betreibbar.
Um während des Betriebes die Funktionsweise der hydrodynamischen Kupplung 3 und damit die Leistungsübertragung über den sich im torusförmigen Arbeitsraum 6 einstellenden Arbeitskreislauf zu gewährleisten, erfolgt die Betriebsmittelzufuhr gemäß Figur 3b, welche einen Funktionszustand mit betätigter hydrodynamischer Kupplung 3 darstellt, zum Arbeitsraum 6 um den Außenumfang 13 des Turbinenrades 5 und damit zwischen den einzelnen Elementen der schaltbaren Kupplung 7, d. h. zumindest zwischen der ersten Kupplungsscheibe 10 und der zweiten Kupplungsscheibe 11. Die durch die Führung bei Zufuhr des Betriebsmittelstromes bedingte Gegenkraft ermöglicht während der alleinigen Leistungsübertragung in der hydrodynamischen Kupplung 3 eine axiale Fixierung des Turbinenrades 5. Entfällt diese Gegenkraft bzw. verringert sie sich durch Umlenkung bzw. Änderung der Zuführung des Betriesmittelstromes zum Arbeitsraum, bewirkt das Betriebsmittel im torusförmigen Arbeitsraum 6 aufgrund des sich im Arbeitsraum 6 aufbauenden Druckes eine Axialkraft, welche nicht vom Turbinenrad 5 abgestützt wird, sondern zu einer Verschiebung des Turbinenrades 5 in axialer Richtung führt. Dieser Zustand ist in Figur 3a dargestellt. Diese Verschiebung liegt dabei beispielsweise in einer Größenordnung zwischen 0,1 und 2 mm. Die Verschiebung bewirkt dabei ein reibschlüssig miteinander in Wirkverbindung bringen der beiden Kupplungsscheiben, der Kupplungsscheibe 10 und der zweiten Kupplungsscheibe 11 , so daß das Turbinenrad 5 mechanisch an das Pumpenrad 4 gekoppelt wird, wobei das mit einer Druckkraft beaufschlagte Kolbenelement 14 in der hydrodynamischen Kupplung 3 integriert ist und zwar vom Turbinenrad 5 gebildet wird. Dabei übernimmt der die zweite Kupplungsscheibe 11 tragende Teil des Turbinenrades 5 die Funktion des Kolbenelementes 14 und das sich im torusförmigen Arbeitsraum 6 befindliche Betriebsmittel die
Funktion der Druckbeaufschlagung, bei einem Kolbenelement 14 die Funktion einer Druckkammer 15. Entsprechend der Größe des Druckes wird über das Kolbenelement eine Anpreßkraft erzeugt, die die alleinige Leistungsübertragung über die schaltbare Kupplung 7 und damit die rein mechanische Übertragung ermöglicht, oder die schaltbare Kupplung wird mit Schlupf betrieben und nur ein Leistungsanteil über diese übertragen, während der andere Leistungsanteil über die hydrodynamische Kupplung 3 übertragen wird.
Bei der in den Figuren 3a und 3b dargestellten Ausführung der
Anfahreinheit 1 handelt es sich um eine besonders vorteilhafte Anordnung der einzelnen Elemente - Pumpenrad 4 und Turbinenrad 5 - der hydrodynamischen Kupplung 3. Bei dieser sind in Kraftübertragungsrichtung zwischen dem Eingang E und dem Ausgang A der Anfahreinheit 1 das Pumpenrad 4 räumlich in axialer Richtung hinter dem Turbinenrad 5 bzw. neben diesem angeordnet, während das Turbinenrad 5 räumlich zwischen dem Eingang E und dem Pumpenrad 4 angeordnet ist. Aufgrund der Integration der Mittel 13 zur Erzeugung einer Anpreßkraft zur Realisierung einer reibschlüssigen Verbindung der einzelnen Elemente der schaltbaren Kupplung 7 in die hydrodynamische
Kupplung 3 kann die Anzahl der erforderlichen Bauelemente auf ein Minimum reduziert werden, da keine zusätzliche separate Einrichtung zur Erzeugung bzw. Bereitsstellung der -Anpreßkraft für die einzelnen Elemente, insbesondere erste Kupplungsscheibe 10 und zweite Kupplungsscheibe 11 der schaltbaren Kupplung 7 erforderlich ist. Ein weiterer Vorteil besteht aufgrund der integrierten Ausführung in der sehr kurzen axialen Baulänge.
Diese kann bei optimierten Schaufelrädern mit der erfindungsgemäßen Lösung gegenüber den Ausführungen im Stand der Technik auch noch weiter verkürzt werden.
Erfindungsgemäß wird des weiteren die Leistungsaufteilung bzw.
Leistungsübertragung in der Anfahreinheit durch die Betriebsmittelführung und die Drücke in den entsprechenden Anschlußleitungen bzw. Betriebsmittelführungskanälen- oder Räumen charakterisiert. Konstruktive Voraussetzung an der Anfahreinheit 1 ist, daß die Pumpenradschale 12 das Turbinenrad 5 derart umschließt, daß zwischen dem Außenumfang 16 des
Turbinenrades und der Innenkontur 17 der Pumpenradschale 12 mindestens ein Betriebsmittelführungskanal - oder Raum 18 zur Führung von Betriebsmittel gebildet wird. Im einzelnen soll dieser es ermöglichen, Betriebsmittel zwischen Turbinenrad 5 und Pumpenradschale 6 im Bereich der radial äußeren Abmessungen 20 der hydrodynamischen Kupplung 3, insbesondere des Primärrades 4 und des Turbinenrades 5 im Bereich einer Trennebene 21 zwischen Pumpenrad 4 und Turbinenrad 5 von oben in Richtung des sich im torusförmigen Arbeitsraum 6 einstellenden Arbeitskreislaufes in diesen einzubringen und eine zentripedale Durchströmung zu gewährleisten. Des weiteren ist der hydrodynamischen
Kupplung 1 mindestens ein Betriebsmittelführungskanal - oder Raum 19 zugeordnet, welcher eine Zufuhr des Betriebsmittels zum torusförmigen Arbeitsraum 6 in zentrifugaler Richtung ermöglicht. Bei dem Betriebsmittelführungskaπal - oder Raum 19 kann es sich dabei um eine Leitung oder speziell in der Anschlußkonstruktion ausgebildete und eingearbeitete Kanäle handeln. Der Begriff Kanal ist hier hinsichtlich der Funktion zu betrachten und kann auch Innenräume oder kombinierte Kanal und Raumabschnitte mit einschließen. Insbesondere der mit 18 bezeichnete Betriebsmittelführungskanal - oder Raum liegt hier als ringförmiger Betriebsmittel-Führungsraum vor. Des weiteren wird jeder der Betriebsmittelführungskanäle 18 bzw. 19 derart gestaltet, daß diese neben der Zufuhr von Betriebsmittel zum torusförmigen Arbeitsraum 6 auch der Abfuhr dienen können, d.h. somit mit mindestens einem Eintritt und/oder einem Austritt aus dem torusförmigen Arbeitsraum 6 verbunden ist. Dabei ist es unerheblich, in welchem Bereich das Betriebsmittel aus dem torusförmigen Arbeitsraum 6 austritt. Erfindungsgemäß sind die beiden
Betriebsmittelführungskanäle- oder Räume 18 und 19 wahlweise als Zulauf oder Ablauf nutzbar, so daß auch die Durchströmungsrichtung geändert wird. Dazu sind Mittel zur wahlweisen Änderung der Durchströmungsrichtung der hydrodynamischen Kupplung 1 vorgesehen. Diese Mittel können auch als Durchströmungsrichtungsänderungsmittel 22 bezeichnet werden. Diese umfassen im einfachsten Fall eine Ventileinrichtung, welche die Funktion der beschriebenen Betriebsmittelkanäle bzw. Betriebsmittel-Führungsräume hinsichtlich ihrer Funktion Zulauf oder Ablauf vertauscht. Die Ventileinrichtung ist dabei im einfachsten Fall als Wegeventileinrichtung 23 ausgeführt. Dieses kann
Bestandteil der Anfahreinheit 1 sein, es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Betriebsmittelführungskanäle - oder Räume 18 und 19 an ein Betriebsmittelversorgungssystem 24 zu binden, welches räumlich im wesentlichen außerhalb der Anfahreinheit 1 angeordnet ist. In diesem Fall kann die Ventileinrichtung 23 auch in einem Getriebe oder an beliebiger
Stelle außerhalb der Anfahreinheit 1 angeordnet sein.
Die in Figur 3a dargestellte zweite Ventilstellung II der Ventileinrichtung 23 bewirkt, daß die hydrodynamische Kupplung 3 zentrifugal durchströmt wird. In diesem Fall wird im Bereich des Innenumfanges dem torusförmigen Arbeitsraum 6 Betriebsmittel über die Betriebsmittelführungskanäle oder Räume 19 zugeführt. In der in Figur -3b , dargestellten ersten Schaltstellung des Wegeventils 23 erfolgt die Führung des Betriebsmittels über den Betriebsmittelführungskanal oder -Raum 18 am Außenumfang 16 des Turbinenrades 5 und von dort in den Bereich der
Trennebene 21 im Bereich der radial äußeren Abmessung 20 der hydrodynamischen Kupplung 3, in den torusförmigen Arbeitsraum 6 hinein. Die hydrodynamische Kupplung wird bei Aufbau eines Kreislaufes dabei zentripedal durchströmt. Um eine sichere Funktionsweise zu gewährleisten und auch Möglichkeiten der Drucksteuerung nutzen zu können, sind beide
Betriebsmittelführungskanäle - oder Räume gegeinander abgedichtet, d. h. druckdicht und flüssigkeitsdicht.
Das Betriebsmittelversorgungssystem 24 ist in den Figuren unabhängig von der tatsächlichen Integration bestimmter Teile in der Anfahreinheit 1 dieser zugeordnet dargestellt. Die einzelnen Anschlußleitungen 25 und 26 sind miteinander über entsprechende Verbindungsleitungen 27.1 und 27.2 mit einem Behälter 36 als Betriebsmittelquelle und Speichereinrichtung zu einem offenem System 28 verbunden. Die Verbindungsleitung 27.1 fungiert in Figur 3a als Rücklaufleitung, während 27.2 als Speiseleitung fungiert. Die
Drucksteuerung kann über ein regelbares Druckbegrenzungsventil 29 in der Rücklaufleitung 27.1 erfolgen. In der Speiseleitung 27.2 ist eine Förderpumpe 38 angeordnet Damit wird es möglich, die Leistungsübertragung gleichzeitig über die schaltbare Kupplung 7 und die hydrodynamische Kupplung 3 erfolgen zu lassen. Über den Differenzdruck zwischen den beiden Anschlüssen 25 und 26 wird dabei die Leistungsübertragung für die schaltbare Kupplung 7 direkt gesteuert und somit indirekt auch die Leistungsübertragung über den hydrodynamischen Zweig 8, d.h. die hydrodynamische Kupplung 3. Über den Absolutdruck in der hydrodynamischen Kupplung 3 kann die Leistungsübertragung über die diese verändert werden. In Figur 3a befindet sich die Ventileinrichtung 23 in der zweiten Schaltposition II. Diese ist dadurch charakterisiert, daß die Durchströmung zentrifugal erfolgt. Entsprechend der Größe der Anpreßkraft wird die schaltbare Kupplung 7 allein zur Leistungsübertragung genutzt oder aber gemeinsam - da mit Schlupf betrieben - mit der hydrodynamischen Kupplung 3. Die erste Schaltstellung I gemäß Figur 3b ist dadurch gekennzeichnet, daß eine zentripedale Durchströmung und alleinige Leistungsüberragung über die hydrodynamische Kupplung vorliegt.
Zur Erläuterung der Steuerung der Leistungsübertragung im Einzelnen wird auf das Schema gemäß Figur 3c für die parallele Anordnung der Komponenten - hydrodynamische Kupplung und schaltbare Kupplung - verwiesen. Daraus ersichtlich sind das Pumpenrad 4, das Turbinenrad 5, die drehfest mit dem Pumpenrad 4 gekoppelte Pumpenradschale 12, der Kolben 14, welcher mit dem Turbiπenrad 5 drehfest gekoppelt ist sowie die schaltbare Kupplung 7 mit einer ersten Kupplungsscheibe 10 und einer zweiten Kupplungsscheibe 11 , welche mit dem Kolbenelement 14 gekoppelt ist. Der Druck p., ist der im ersten Betriebsmittelführungskanal- oder Raum 18 anliegende Druck, der Druck p2 ist der im zweiten Betriebsmittelführungskanal- oder Raum 19 anliegende Druck. Als pkwird der Druck in der hydrodynamischen Kupplung 3 bezeichnet.
Die Drucksteuerung der hydrodynamischen Kupplung 3 ist durch Veränderung des Druckes p2 gekennzeichnet. Durch Änderung von p2 kann das Übertragungsvehalten der Kupplung 3 über große Bereiche bei konstanten Drehzahlen von Pumpenrad- und Turbienradd rehzahl beeinflußt werden.
Der Druck p2 ist proportional zum Kreislauf druck pk . Dieser ist abhängig vom Füllungsgrad. Ein steigender Füllungsgrad bedeutet dabei einen größeren Anteil des Betriebsmediums im Betriebsmittelumlauf, wodurch die Übertragungsfähigkeit steigt. Über den Druck p2 bzw. die Druckdifferenz (p2-pk) wird dabei der Füllungsgrad im hydrodynamischen Kreislauf beeinflußt und dieser wiederum beeinflußt den Kreislaufdruck pk.
Eine weitere Einflußgröße für den Kreislaufdruck pk stellt die
Primärraddrehzahl bzw. die Drehzahl der Antriebsmaschine dar. Der Kreislaufdruck pk steigt mit dem Quadrat der Motor - bzw. Antriebsdrehzahl an. Da im stationären Zustand pk proportional zu p2 ist, paßt sich der Kreislauf druck pküber den Füllungsgrad an den Druck p2an, d.h. der hydrodynamische Kreislauf im Arbeitsraum 6 geht bei konstantem Druck p2 stärker in Teilfüllung über und die Übertragungsfähigkeit, ausgedrückt durch die Leistungszahl, fällt. Bei steigendem Druck und konstanter Drehzahl steigt auch die Übertragungsfähigkeit. Durch Anpassung der Größe des Druckes p2 mit dem Quadrat der Motor- bzw. Antriebsdrehzahl n kann dieses Verhalten verändert werden, wie in Figur 4a verdeutlicht. Sind der Druck p2 und die Antriebsdrehzahl konstant, überträgt die hydrodynamische Kupplung 3 bei einer variablen Abtriebsdrehzahl Momente entsprechend einer Kennlinie konstanten Druckes, wie in Figur 4b dargestell. Durch Veränderung des Druckes steigt oder fällt das übertragbare Moment auf eine andere Kennlinie konstanten Druckes, beispielsweise von pkonstanM auf pkoπstant-2.
Die Drucksteuerung der schaltbaren Kupplung erfolgt durch beidseitige Druckbeaufschlagung des axial bewegbaren Kolbens 14. Die resultierende Axialkraft ergibt sich dabei aus der Druckdifferenz (p2-p.,) und den
Flächenverhältnissen des Kolbens 14. Stellgröße zur Steuerung der übertragbaren Leistung über die schaltbare Kupplung ist daher die Druckdifferenz zwischen den Anschlüssen bzw. Betriebsmittelführungskanälen- oder Räumen 19 und 18. Aus der Kombination beider Möglichkeiten zur Drucksteuerung der einzelnen Komponenten ergibt sich -die Möglichkeit der Steuerung der Leistungsaufteilung auf beide Komponenten. Dabei fungiert p2 als Stellgröße für die Drucksteuerung der hydrodynamischen Kupplung 3 und die Druckdifferenz (p2-p.,) als Stellgröße zur Steuerung der
Leistungsaufnahme der schaltbaren Kupplung 7.
Figur 5 verdeutlicht dabei anhand eines Diagrammes den zeitlichen Verlauf einer möglichen Momentenaufteilung während des Betriebes der Anfahreinheit 1. Im Anfahrbereich beträgt dabei die über die hydrodynamische Kupplung übertragbare Leistung, bzw. das Moment nahezu 100% des Antriebsmomentes, hier bis etwa t1. Mit zunehmender Abtriebsdrehzahl, d.h. bei Koppelung der Anfahreinheit mit Nachschaltstufen der Getriebeeingangsdrehzahl kann dann die schaltbare Kupplung 7 über die Erhöhung der Druckdifferenz (p2-p.,) dazu geschaltet werden, bis diese bei t3 im Synchronlauf von Antriebsdrehzahl, d.h. Drehzahl am Eingang der Anfahreinheit und Ausgang der Anfahreinheit das gesamte Moment überträgt. Durch Veränderung des Druckes p2 kann zusätzlich das übetragene Moment der hydrodynamischen Kupplung 3 an die Erfordernisses des jeweiligen Fahrzustandes angepaßt werden. Der
Zeitpunkt t2 charakterisiert einen Zeitpunkt mit gemeinsamer Leistungsübertragung.
Figur 6 verdeutlicht die diesen Vorgang charakterisierenden Kennlinien im Drehzahi-Zeit -Diagramm.
Figur 7 verdeutlicht demgegenüber eine besonders vorteilhafte Weiterentwicklung der Ausführung gemäß Figur 3a. Auch hier erfolgt die Kopplung der beiden Betriebsmittelführungskanäle - oder Räume 18 und 19 an eine Betriebsmittelversorgung 24 über ein offenes System 28 mit
Verbindungsleitung 32 zur Betriebsmittelquelle 36, 37. Dabei ist jedem Betriebsmittelführungskanal- oder Raum 18 bzw. 19 bzw. dem Anschluß an diesen eine separat steuerbare Ventileinrichtung zugeordnet. Bei dieser Ventileinrichtung handelt es sich beispielsweise um ein Druckregelventil 30 und 31 , wobei über die Vorgabe der in den Betriebsmittelkanälen bzw. Räumen 18 und 19 einzustellenden Druckwerte sowohl die
Strömungsrichtung als auch die übertragbaren Leistungsanteile der hydrodynamischen Kupplung und der schaltbaren Kupplung festgelegt werden kann. Zusätzlich sind die über jede Kupplung - hydroydanamische Kupplung 3 und schaltbare Kupplung 7 - übertragbaren Leistungsanteile steuerbar, und zwar ohne gegenseitige Beeinflussung. Ein erster
Leistungsanteil wird dabei bei parallelem Betrieb von hydrodynamischer Kupplung 3 und schaltbarer Kupplung 7 über den ersten Leistungszweig 9 übertragen, in welchem die hydrodynamische Kupplung angeordnet ist. Ein zweiter Leistungsanteil wird über einen zweiten Leistungszweig übertragen, in welchem die schaltbare Kupplung 7 angeordnet ist. Die Steuerung des ersten Leistungsanteiles erfolgt über die Steuerung des Absolutdruckes pk in der hydrodynamischen Kupplung 1. Als Stellgröße diesbezüglich fungiert der am ersten Betriebsmittelzufuhrkanal- oder Raum 19 über den Anschluß 25 anliegende Druck. Die Steuerung des zweiten Leistungsanteiles wird über den an den Anschlüssen 25 und 26 angelegten Differenzdruck realisiert.
Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung umfaßt die Anfahreinheit 1 gemäß Figur 3a eine Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen 33 insbesondere einen Torsionsschwingungsdämpfer. Dieser kann vielgestaltig ausgeführt sein. Im einfachsten Fall ist dieser als einfache Reibdämpfungseinrichtung ausgeführt. Es sind jedoch auch Ausführungen mit hydraulischer Dämpfung denkbar. Bezüglich der konkreten Ausgestaltung einer derartigen Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen 33 kann auf die aus dem Stand der Technik bekannten
Ausführungen verwiesen werden. Die konkrete Auswahl liegt dabei im Ermessen des zuständigen Fachmannes. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind dabei das hydrodynamische Bauelement, die hydrodynamische Kupplung 3, die schaltbare Kupplung 7 und die Vorrichtung 33 zur Dämpfung von Schwingungen in Reihe geschaltet. Die Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen 33 umfaßt dabei ein
Primärteil, welches drehfest mit dem Turbinenrad 3 verbunden ist und damit der zweiten Kupplungsscheibe 11 und ein Sekundärteil, welches drehfest mit dem Ausgang A gekoppelt ist. Zwischen Primärteil und Sekundärteil sind Mittel zur Dämpfungs- und/oder Federkopplung vorgesehen. Die Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen 33 ist je nach Leistungsübertragungszweig bei der Leistungsübertragung über die hydrodynamische Kupplung 3 zwischen der hydrodynamischen Kupplung 3, insbesondere dem Turbinenrad 5 und dem Ausgang A angeordnet, des weiteren bei Leistungsübertragung über die schaltbare Kupplung 7 zwischen der schaltbaren Kupplung 7, insbesondere dem durch die zweite
Kupplungsscheibe 11 gebildeten Ausgang und dem Ausgang A der Anfahreinheit 1. In beiden Fällen ist die Vorrichtung 33 zur Dämpfung von Schwingungen dem jeweils leistungsübertragenden Element - hydrodynamische Kupplung 3 oder schaltbare Kupplung 7 - in Reihe nachgeschaltet. Der übrige Grundaufbau der Anfahreinheit entspricht dem in den Figuren 3a und 3b beschriebenen. Für gleiche Elemente werden dabei die gleichen Bezugszeichen verwendet. Auch bei gleichzeitigem Betrieb von hydrodynamischer Kupplung 3 und schaltbarer Kupplung 7, d.h. Leistungsübertragung über zwei Leistungszweige - Übertragung eines ersten Leistungsanteiles der Gesamtleistung über die hydrodynamische
Kupplung und Übertragung des zweiten Leistungsanteiles über die schaltbare Kupplung 7 - ist der Torsionsschwingungsdämpfer den beiden Leistungszweigen 8, 9 in Reihe nachgeschaltet.
Die Figur 8 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäß gestalteten Anfahreinheit 1.8 mit einem Anfahrelement 2.8 in Form einer hydrodynamischen Kupplung 3.8. Die hydrodynamische Kupplung 3.8 umfaßt auch hier ein Primärrad 4.8 und ein Sekundärrad 5.8, welche miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum 6.8 bilden. Des weiteren ist auch hier eine schaltbare Kupplung 7.8 vorgesehen, welche parallel zur hydrodynamischen Kupplung schaltbar ist. Die Grundfunktion entspricht der in den Figuren 1 bis 7 beschriebenen. Für gleiche Elemente werden dabei auch die gleichen Bezugszeichen verwendet. Im Unterschied zur Ausführung gemäß Figur 1a ist jedoch das Pumpenrad 4.8 räumlich in axialer Richtung betrachtet zwischen dem Eingang E und dem Turbinenrad 5.8 angeordnet, d.h. das
Turbinenrad 5.8 ist entgegen den Ausführungen der vorangegangenen Figuren nicht auf der Motorabtriebsseite, sondern auf der Motorseite angeordnet. Die Kopplung zwischen einem Antrieb, insbesondere dem Eingang E der Anfahreinheit 1.8 und dem Pumpenrad 4.8 erfolgt dabei unter Umschließung des Sekundärrades 5.8 in axialer Richtung.
Bezugszeichenliste
1 , 1.8 Anfahreinheit , 2.8 Anfahrelement , 3.8 hydrodynamische Kupplung , 4.8 Pumpenrad , 5.8 Turbinenrad , 6.8 Arbeitsraum , 7.8 schaltbare Kupplung , 8.8 erster Leistungszweig , 9.8 zweiter Leistungszweig
10, 10.8 erstes Kupplungselement
11 , 11.8 zweites Kupplungselement
12, 12.8 Pumpenradschale
13 Mittel zur Erzeugung einer Anpreßkraft
14 Kolbenelement
15 Druckraum
16 Außenumfang des Turbinenrades
17 Innenumfang der Pumpenradschale
18 erster Betriebsmittelführungskanal - oder Raum
19 zweiter Betriebsmittelführungskanal - oder Raum
20 radial äußere Abmessung
21 Trennebene
22 Durchströmrichtungsänderungsmittel
23 Wegeventileinrichtung
24 Betriebsmittelversorgungssystem
25 Anschluß
26 Anschluß
27.1 , 27.2 Verbindungsleitungen
28 offenes System 9.1 Druckbegrenzungsventil 0 Druckregelventil 1 Druckregelventil 2 Verbindungsleitung 3 Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen 4 Stelleinrichtung 5 Stelleinrichtung 6 Behälter 7 Förderpumpe

Claims

Patentansprüche
1. Anfahreinheit (1 ; 1.8)
1.1 mit einem mit einem Antrieb koppelbaren Eingang (E) und einem mit dem Abtrieb koppelbaren Ausgang (A);
1.2 mit einem Anfahrelement (2; 2.8) in Form einer hydrodynamischen Kupplung (3; 3.8);
1.3 mit einer schaltbaren Kupplung (7; 7.8), umfassend wenigstens zwei miteinander direkt oder indirekt über weitere Übertragungsmittel reibschlüssig in Wirkverbindung bringbare
Kupplungselemente- ein erstes Kupplungselement (10; 10.8) und ein zweites Kupplungselement (11; 11.8), die jeweils mit dem Eingang (E) und dem Ausgang (A) drehfest gekoppelt sind; gekennzeichnet durch das folgende Merkmal:
1.4 hydrodynamische Kupplung (3; 3.8) und schaltbare Kupplung (7; 7.8) sind parallel in zwei Leistungszweigen (8, 9) angeordnet und gemeinsam oder jeweils für sich allein schaltbar.
2. Anfahreinheit (1 ; 1.8) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Erzeugung einer Anpreßkraft (13) zur Realisierung einer wenigstens mittelbaren reibschlüssigen Verbindung zwischen erstem und zweitem Kuppiungselement (10, 11; 10.8, 11.8) vorgesehen sind.
3. Anfahreinheit (1 ; 1.8) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
3.1 die hydrodynamische Kupplung (3; 3.8) umfaßt ein Pumpenrad (4; 4.8) und ein Turbinenrad (5; 5.8), die . miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum (6; 6.8) bilden;
3.2 mit einer drehfest mit dem Pumpenrad (4; 4.8) gekoppelten »
Pumpenradschale (12; -12.8), welche das Turbinenrad (5; 5.8) in axialer Richtung unter Bildung eines ersten Betriebsmittelführuπgskanales-oder Raumes (18) umschließt; 3.3 mit einem zweiten Betriebsmittelführungskanal- oder Raum
(19), welcher im Bereich des Innendurchmessers des torusförmigen Arbeitsraumes (6; 6.8) oder unterhalb dessen mündet;
3.4 der erste und zweite Betriebsmittelführungskanal- oder Raum (18, 19) sind wahlweise jeweils als Zufuhr-oder Ablaufkanaloder Raum zum torusförmigen Arbeitsraum (6; 6.8) nutzbar.
4. Anfahreinheit (1 ; 1.8) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 4.1 das erste Kupplungselement (10; 10.8) ist drehfest mit der
Pumpenradschale (12; 12.8) und das zweite Kupplungselement (11 ; 11.8) ist drehfest mit dem Turbinenrad (5.8) verbunden; 4.2 die Mittel (B) zur Erzeugung einer Anpreßkraft zur Realisierung einer wenigstens mittelbaren reibschlüssigen Verbindung zwischen erstem Kupplungselement (10; 10.8) und zweitem Kupplungselement (11 ; 11.8) umfassen mindestens ein mit Druckmittel beaufschlag bares Kolbenelement (14).
5. Anfahreinheit (1 ; 1.8) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 5.1 das Turbinenrad (5; 5.8) ist drehfest jedoch in axialer Richtung verschiebbar mit dem Ausgang (A) der Anfahreinheit (1 ; 1.8) verbunden; 5.2 das Kolbenelement (14) wird vom Turbinenrad (5; 5.8) gebildet;
5.3 eine mit Druckmittel befüllbare Kammer zur Beaufschlagung des Kolbenelementes (14) wird vom torusförmigen Arbeitsraum (6; 6.8) gebildet.
6. Anfahreinheit (1 ; 1.8) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Erzeugung einer Gegenkraft zum Kolbenelement (14) vorgesehen sind, welche einen Schlupf oder eine Deaktivierung der schaltbaren Kupplung (7; 7.8) während des Betriebes der hydrodynamischen Kupplung (3; 3.8) bewirken.
7. Anfahreinheit (1; 1.8) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung der Gegenkraft die Mittel zur Betriebsmittelführung über den ersten Betriebsmittelführungskanal- oder Raum (18) zwischen den einzelnen Kupplungselementen (10, 11 ; 10.8, 11.8) umfassen.
8. Anfahreinheit (1 ; 1.8) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung (13) der Anpreßkraft und die Mittel zur Erzeugung der Gegenkraft
Mittel zur Änderung der Durchströmrichtung der hydrodynamischen Kupplung (3; 3.8) umfassen.
9. Anfahreinheit (1; 1.8) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
9.1 das erste Kupplungselement (10; 10.8) und/oder das zweite
Kupplungselement (11 ; 11.8) sind einteilig mit der Pumpenradschale (12; 12.8) und/oder dem Turbinenrad (5; 5.8) ausgeführt; 9.2 die Pumpenradschale (12; 12.8) und/oder das Turbinenrad (5;
5.8) sind mit einem Reibbelag beschichtet.
10. Anfahreinheit (1 ; 1.8) nach einem der Ansprüche 3 bis 9, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
10.1 das erste Kupplungselement (10; 10.8) und/oder das zweite Kupplungselement (11 ; 11.8) sind als separates Bauelement ausgeführt, welche drehfest mit der Pumpenradschale (12;
12.8) und/oder dem Turbinenrad (5; 5.8) verbunden sind;
10.2 die Reibfläche wird vom separaten Bauelement oder einem auf diesem aufgetragenen Reibbelag gebildet.
11. Anfahreinheit (1 ; 1.8) nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kupplungselement (11; 11.8) an der Rückseite des Turbinenrades (5; 5.8) angeordnet ist.
12. Anfahreinheit (1 ; 1.8) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kupplungselement (11; 11.8) in radialer Richtung in einem Bereich zwischen dem äußeren Durchmesser und dem inneren Durchmesser des torusförmigen Arbeitsraumes (6; 6.8) angeordnet ist.
13. Anfahreinheit (1 ; 1.8) nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kupplungselement (10; 10.8) und das zweite Kupplungselement (11; 11.8) parallel zur Trennebene zwischen dem Pumpenrad (4; 4.8) und dem Turbinenrad (5; 5.8) ausgerichtet ist.
14. Anfahreinheit (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Turbinenrad (5) räumlich zwischen dem Eingang (E) und dem Pumpenrad angeordnet ist.
15. Anfahreinheit (1.8) nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Turbinenrad (5.8) räumlich hinter dem Pumpenrad (4.8) und das Pumpenrad (4.8) zwischen dem Eingang (E) und dem Turbinenrad (5.8) angeordnet ist.
16. Anfahreinheit (1 ; 1.8) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrodynamische Kupplung Steuer- und/oder regelbar ist.
17. Anfahreinheit (1; 1.8) nach einem der Ansprüche 3 bis 16, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
17.1 mit einem der hydrodynamischen Kupplung (3; 3.8) zugeordneten Betriebsmittelsystem (24); 17.2. das Betriebsmittelsystem (24) umfaßt
17.2.1 eine Betriebsmittelversorgungsquelle (36);
17.2.2 einen ersten Anschluß (26) zur Kopplung mit dem ersten Betriebsmittelführungskanal-oder Raum (18);
17.2.3 einen zweiten Anschluß (25) zur Kopplung mit dem zweiten Betriebsmittelführungskanal-oder Raum (19);
17.3 mit Mitteln (22, 23) zur wahlweisen Änderung der
Durchströmungsrichtung der hydrodynamischen Kupplung (3; 3.8) durch Zuweisung der Funktion des Zulaufes oder des Ablaufes zu den beiden Betriebsmittelversorgungskanälen - oder Räumen (26, 25) und Mitteln zur Steuerung des
Absolutdruckes im Arbeitsraum (6; 6.8) der hydrodynamsichen Kupplung (3; 3.8) und des Differenzdruckes zwischen dem ersten Anschluß (26) und dem zweiten Anschluß (25).
18. Anfahreinheit (1 ; 1.8) nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
18.1 die Mittel (22) umfassen eine Ventileinrichtung (23) mit wenigstens zwei Schaltstellungen (I, II); 18.2 eine erste Schaltstellung (I) ist durch die Kopplung zwischen
Zulauf und erstem Betriebsmittelführungskanal-oder Raum
(18) und Ablauf und zweitem Betriebsmittelführungskanal- oder Raum (19) charakterisiert;
18.3 eine zweite Schaltstellung (II) ist durch die Kopplung zwischen Zulauf und zweitem Betriebsmittelführungskanal-oder Raum
(19) und Ablauf und erstem Betriebsmittelführungskanal- oder Raum (18) charakterisiert;
18.4 die Mittel zur Steuerung des Absolut und Differenzdruckes umfassen mindestens eine, mindestens einem Anschluß entsprechend der Funktion als Zu- oder Ablauf zugeordnete
Druckregel-oder begrenzungsventileinrichtung.
19. Anfahreinheit (1 ; 1.8) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (22) zur wahlweisen Änderung der Durchströmungsrichtung der hydrodynamischen
Kupplung (3; 3.8) durch Zuweisung der Funktion des Zulaufes oder des Ablaufes zu den beiden
Betriebsmittelversorgungskanälen -oder Räumen (18, 19) und die Mittel zur Steuerung des Absolut- und Differenzdruckes jeweils eine den einzelnen Betriebsmittelführungskanälen - oder Räumen zugeordnete und separat steuerbare Druckregelventileinrichtung (30, 31) umfassen.
20. Anfahreinheit (1; 1.8) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, o dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (33) zur
Dämpfung von Schwingungen vorgesehen ist, welche entweder in Reihe zum zum ersten und zweiten Leistungszweig (8, 9) diesen vor oder nachgeschaltet ist oder im zweiten Leistungszweig (9) der schaltbaren Kupplung (7; 7.8) in Reihe vor - oder nachgeschaltet ist.
21. Verfahren zur Anpassung einer Anfahreinheit (1 ; 1.8) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20 an Antriebsstränge mit unterschiedlichen Randbedingungen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: 0 bei welchem die Leistungsübertragung wahlweise entweder über die hydrodynamische Kupplung (3; 3.8), die schaltbare Kupplung (7; 7.8) oder teilweise in einem ersten Leistungszweig (8) über die hydrodynamische Kupplung (3; 3.8) und einen zweiten Leistungszweig (9) über die schaltbare Kupplung (7; 7.8) gemeinsam übertragen wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil, der über die hydrodynamische Kupplung (3; 3.8) übertragbaren Leistung Steuer- und/oder regelbar ist. 0
23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil, der über die schaltbare Kupplung (7; 7.8) übertragbaren Leistung steuerbar und/oder regelbar ist. 5
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der über die hydrodynamische Kupplung (3; 3.8) übertragbaren Leistung unabhängig von der Leistungsübertragung über die schaltbare Kupplung (7; 7.8) o steuerbar ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der über die hydrodynamische Kupplung (3; 3.8) übertragbare Leistunganteil durch Steuerung des Absolutdruckes im torusförmigen Arbeitsraum (6; 6.8) und der über die schaltbare Kupplung (7; 7.8) übertragbare Leistungsanteil durch Steuerung des Differenzdruckes zwischen den beiden Betriebsmittelführungskanälen - oder Räumen (18, 19) einsteuerbar ist.
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