WO2000055520A1 - Getriebebaueinheit - Google Patents
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- F16H61/14—Control of torque converter lock-up clutches
- F16H61/143—Control of torque converter lock-up clutches using electric control means
Definitions
- the invention relates to a gear unit, in particular with the features from the preamble of claim 1.
- Transmission assemblies comprising at least one mechanical transmission part, a starting element and a hydrodynamic retarder with associated control at least for setting the required braking torque, which acts at least indirectly on the transmission output shaft with regard to its mode of operation, are available in a large number
- the invention is therefore based on the object of further developing a gear unit of the type mentioned in such a way that the disadvantages mentioned are avoided. Specifically, a design of the gear unit with the least possible design and control expenditure as well as a small installation space is required. The costs are to be kept low. Another aspect to be taken into account is a very comfortable shifting behavior, particularly in the case of automated gear units.
- the solution according to the invention is characterized by the features of claim 1. Advantageous configurations are given in the subclaims.
- a controlled starting element is used as the starting element in a transmission module comprising an echanic transmission part, a starting element that can be coupled to the transmission input shaft, and a hydrodynamic retarder that acts at least indirectly on the transmission output shaft.
- the starting element and the hydrodynamic retarder are also common
- Control device assigned at least to influence the power that can be generated or transmitted, which is used alternately by the individual elements - retarders or starting elements - for example by switching. This has the advantage that, due to the use of the tax or
- Control elements of the hydrodynamic retarder a wear-free, controlled starting element can be integrated into a gear unit with low costs and space requirements.
- the principle of the hydraulic changeover control is based on the basic idea that for secondary retarders, i.e. Hydrodynamic flow machines, which are arranged in the direction of power flow in traction mode behind the internal combustion engine, and starting element at no time there is a need for simultaneous actuation, so that in the period of non-use of the retarder or starting element, the control device for the respective other element - starting element or
- Retarder - is available.
- the starting elements are a) regulated turbo clutches or b) regulated multi-plate clutches
- a regulated turbo coupling is used.
- the turbo coupling is a fluid coupling that works according to the Föttinger principle.
- Regulated turbo couplings are couplings in which the degree of filling can be changed during operation between full filling and emptying, which makes the coupling's transmission capacity adjustable and, when used in vehicles when driving against the load characteristic curve, enables a stepless (load-dependent) speed control of the drive machine.
- the turbo couplings can be used as couplings with a toroidal working space
- Primary impeller and secondary impeller or so-called double clutches i.e. be formed with two toroidal working spaces formed by the primary impeller and the secondary impeller.
- the controllability is the same as with a hydrodynamic retarder by influencing the degree of filling of the
- the equipment supply system can be one of the two components
- Elements - retarders or starting elements - can be assigned and preassembled with them as a structural unit and offered as a tradable module, which leads to a reduction in the space available for the other element.
- At least the following components are considered to be basic elements of the operating medium supply system to which the control device is assigned: a) means for conveying the operating means, for example pump device b) means for influencing the operating means circulation, for example in the form of a hydraulic control block
- means for cooling the equipment or dissipating heat for example in the form of cooling devices or heat exchangers, pressure accumulators and other components, can be provided.
- a gear pump is generally used as the pumping device.
- the operating center supply system itself can be a) open circuit or b) closed circuit or c) coupling two circuits, each separate from the individual
- the individual circuits are coupled to one another, the basic elements preferably being integrated in the coupling.
- turbo coupling, heat exchanger, hydraulic control block, pump device, pressure accumulator are integrated into a complete start-up module.
- a lock-up clutch is preferably also integrated in the start-up module.
- the turbo coupling can be designed with a very small diameter for a large required slip at nominal torque and has good controllability at low torques.
- the hydrodynamic retarder can be arranged in a very space-saving manner in the area of the transmission output, since as a module it contains only the necessary retarder circuit parts, usually only rotor blade wheel and stator blade wheel.
- the start-up module can only be made very small and light with a turbo coupling or possibly additionally with a lock-up clutch and gear pump.
- a regulated starting element in the form of a regulated turbo clutch also leads to an improvement in the shift quality during a gear change, i. H. the change between two gear stages in the transmission assembly, comprising at least one transmission branch for power transmission with a hydrodynamic clutch, which in this power transmission branch is in series with a mechanical transmission part, comprising the means for realizing at least two
- Gears is arranged.
- the degree of filling of the hydrodynamic clutch is monitored and set, for example, in such a way that the speed of the pump wheel of the hydrodynamic
- Coupling at least indirectly characterizing size is kept almost constant over a certain range of the Heidelbergvorga ⁇ ges. Accordingly, at the beginning of the switching process, the speed of the pump wheel is preferably regulated by appropriate filling control on the hydrodynamic clutch, the speed level existing before the shift being to be maintained.
- a comparison variable or setpoint variable can also serve as a definable setpoint speed which can be predetermined for each switching operation. With this control, the following is achieved: for example, switching between individual gear stages in upshifting trains, i.e. the change from a first lower gear stage to a second higher gear stage, would normally result in a depression of the speed at least on the primary paddle wheel and the components that can be coupled to it, in particular the drive shaft.
- the hydrodynamic clutch becomes softer and allows the required slip in the hydrodynamic clutch itself.
- the circuit itself can be done quickly without large pressure build-up.
- a reduction in the slip is again due to the change in the driving speed or the forced hardening of the hydrodynamic clutch, in particular by increasing the filling, taking into account the minimum permissible speed of the
- the duration of the regeneration process preferably extends to a range between the beginning of the switching process and reaching the synchronous speed, but can also be offset in time from the beginning of the switching process and / or when a certain slip value has been reached, that is to say a certain difference between the speeds of the primary impeller and secondary paddle wheel on the hydrodynamic clutch.
- the control process is preferably only ended when the slip has reduced to a minimum, in particular by this is understood to mean the slip level of two to three percent usually present in the hydrodynamic power transmission.
- the drive machine can then continue accelerate, while the hydrodynamic clutch works again with maximum superimposition pressure, ie high efficiency.
- the control device preferably comprises a pressure balance, i.e. the functional principle is based on the compensation of the compressive force acting on a piston of known cross-sectional area or the sealing liquid in an annular tube by a counterforce, an equilibrium of forces being set by displacement of the piston, for example.
- the control device has a housing in which at least one control bore is machined. The control bore points over its axial
- Control pistons which can be coupled with connections.
- At least one control piston is arranged in the control bore, which can be displaced in the axial direction and which has different diameters over its axial extent.
- the individual sections of different diameters on the control piston and the control bore form the so-called control edges.
- the areas of different outside diameters of the control piston can alternately be arranged alternately.
- the control piston is preferably designed such that, viewed over the axial length, it has only two different diameters, a first diameter which is smaller than the diameter of the control bore and a second diameter which is essentially the diameter of the control bore, taking into account the required tolerances corresponds. According to the position of the control piston, especially the
- Connection 1 operating fluid supply source and cooling device Connection 2 - supply line to the switchover device Connection 3 - discharge line of the switchover device
- the input variable is a target variable for a variable that at least indirectly characterizes the functional state of the hydrodynamic component. This can be predetermined, for example in the form of a signal for starting up the hydrodynamic component. From this, a manipulated variable for acting on an actuating device for influencing the supply of operating fluid to the hydrodynamic component is formed.
- the pressure compensator is a simple, inexpensive and compact control device.
- additional valve devices for fulfilling different functions are preferably integrated in the pressure compensator depending on other connection options, for example quantity control for supplying lubricant regardless of the pressures present in the system.
- the switching device is designed as a valve device. This enables the connections of the pressure compensator to be connected to the inlet and outlet lines of the hydrodynamic components retarder and turbo coupling.
- 1 illustrates the basic principle of the hydraulic changeover control according to the invention on the basis of a possible transmission design in a schematically simplified representation
- 2a and 2b illustrate diagrams for a switching sequence the influence of a friction clutch for a conventional solution and the influence of the use of a regulated turbo clutch according to the invention on the switching process
- 3 illustrates in a schematically simplified representation, using a hydraulic plan, a section from a drive system, an advantageous embodiment of a resource supply system and control device used jointly by the retarder and clutch in the form of a pressure compensator.
- FIG. 1 illustrates the basic principle according to the invention of the hydraulic changeover control in a schematically simplified representation based on a possible transmission design.
- a transmission assembly 1, comprising a transmission input shaft E and a transmission output shaft A, has at least one starting element 2 and a hydrodynamic retarder 3.
- a mechanical transmission part is interposed between the starting element and the hydrodynamic retarder.
- the hydrodynamic retarder 3 functions as a so-called secondary retarder, that is to say that it is arranged in the drive train when the gear unit 1 and a drive device are integrated in the direction of force flow in traction mode behind the drive machine, generally an internal combustion engine.
- the specific arrangement of the hydrodynamic retarder 3 in the gear unit 1 preferably takes place behind the mechanical gear part 4, as shown schematically in simplified form in FIG.
- the starting element 2 is a regulated clutch which, for example, as illustrated in FIG. 1, is a regulated clutch
- Turbo clutch 2.1 or can be designed as a controlled multi-plate clutch.
- the turbo coupling is a fluid coupling that works according to the Föttinger principle.
- the regulated turbo couplings are couplings in which the degree of filling can be chosen between full filling and during operation
- the regulated turbo clutch has at least one so-called primary impeller 6, which functions as a pump impeller, and a secondary impeller 7, which is also referred to as a turbine wheel. Together they form a toroidal work space in which the equipment is circulated.
- the primary impeller 6 is at least indirectly coupled to the transmission input shaft E and the secondary wheel 7 is coupled at least indirectly via the mechanical transmission part 4 to the transmission output shaft A.
- means 9 are required which enable the degree of filling of the hydrodynamically regulated turbo coupling 2.1 to be changed.
- a mechanical gear unit is coupled to a hydrodynamically controlled turbo coupling, the engine starts when the clutch is empty.
- the load after the motor starts can be controlled by any setting, which can also be done fully automatically within a control loop.
- Working space 8 of the gelt turbo coupling 2.1 a temporary shutdown of the working machine, that is, the consumer possible with the engine running.
- Means 9 are provided for realizing the functions of emptying and filling, their control and the dissipation of the heat of hatching. These include at least one closed or open equipment circuit 10, in which elements 11 for conveying the equipment in the closed or open circuit of the turbo coupling 10 and / or elements 12 for intermediate storage of equipment in the closed or open equipment circuit of the turbo coupling and / or elements 13 for removal the heat of hatching, if the
- the speed can be controlled arbitrarily by hand or automatically by means of a control variable with the aid of a servo motor 14 within a control loop.
- the elements 1 1 for conveying the equipment are generally pumps that rotate continuously. Above all, they always find them
- turbo coupling 2.1 is assigned a storage device which is located below the working space of the hydrodynamic coupling.
- the height of the liquid level in the working space 8 and thus the transmission capacity of the turbo coupling 2.1 is determined, for example, by the radial position of a displaceably arranged scoop pipe, while in other cases the equipment can also be sprayed off via nozzles on the circumference of the coupling and from there into one Container arrives.
- the working space 8 and the scoop tube chamber are communicatively connected to one another.
- the scoop tube is considerably larger than that of a pump device as element 1 1 for the promotion of operating funds.
- a regulated turbo coupling reference is made to the statements in Voith: "Hydrodynamics in Drive Technology", United Specialized Publishers, Krauskopf Engineer Digest, Chapter 5.2, page 304 to page 318. The disclosure content regarding the structure of
- Turbo couplings 2.1 and the means 9 assigned to them are hereby fully incorporated into the present application.
- the starting element in the form of a regulated turbo coupling 2.1 is further connected in the mechanical transmission unit 1 by a device for bridging, that is, to bypass the starting element.
- the hydrodynamic retarder 4 comprises a rotor blade wheel 17 and a stator blade wheel 18, which together form a toroidal working space 19 which can be filled with operating media.
- Braking torque in particular for influencing the level of the braking torque that can be generated with the hydrodynamic retarder 4, is assigned to this means for influencing the braking torque that can be generated. These enable the braking torque that can be generated to be controlled and regulated via the ability to fill the working space 19.
- the hydrodynamic retarder 3 is also assigned a closed or open operating medium circuit 20, in which, depending on the embodiment, elements 21 for conveying the operating medium and / or 22 elements for temporarily storing the operating medium in the open or closed circuit and / or elements 23 for removing the resulting heat integrated.
- the controllable turbo clutch 2.1 and the hydrodynamic retarder 3 are assigned a common controller 24, which enables switching between the control or regulation of the turbo clutch and the hydrodynamic retarder 3.
- the controllable turbo clutch 2.1 and the hydrodynamic retarder 3 are assigned a common controller 24, which enables switching between the control or regulation of the turbo clutch and the hydrodynamic retarder 3.
- the elements are shared by both. This means that the elements that are otherwise to be assigned to each hydrodynamic structural unit only have to be provided once, since these can be used alternately by both hydrodynamic components.
- the other possibility shown in simplified form in FIG. 1, consists in providing only a single closed or open operating medium circuit, which is assigned to the controllable turbo coupling 2.1 and the hydrodynamic retarder 3, or integrates these two hydrodynamic components, with the latter being integrated therein Circuit elements to promote the equipment and / or elements for
- Resource circuit 10 of the turbo coupling 2.1 and the open resource circuit 20 of the retarder forms there are then a device for conveying the operating medium in the form of a gear pump 28 and a device 26 for temporarily storing operating medium in the form of that which can be formed by the transmission housing
- the gear pump 28 is to be equated with the elements for demanding the equipment 1 1 and 21 for the turbo coupling 2 1 or the retarder 3.
- the device for intermediate storage in the form of a container 26 that can be formed by the interior of the housing is to be equated with the
- Elements 12 for intermediate storage or 20 for intermediate storage corresponds to the elements 13 which are assigned to the turbo coupling 2 1 and the elements 23 which are assigned to the hydrodynamic retarder 3.
- a shared control device 24 is assigned to the common circuit 25, which one Device for switching to retard operation or clutch operation enabled
- appropriate actuators for influencing the supply and outflow of fuel to the working spaces 8 or 19 of the controllable turbo coupling 2 1 or the hydrodynamic retarder 3 are actuated via the control device 24.
- Actuators are preferably used as far as possible Which can be effective both on the hydrodynamic retarder 3 and on the controllable turbo clutch 2 1.
- the control device 24 can be designed as a separate structural unit or can be integrated in a higher-level control device 29 The parent
- Control device when used in vehicles generally corresponds to the electronic drive control. There are then a large number of possibilities for linking the drive control 29 and control device 24, which will not be dealt with in detail here, however, since these are generally within the discretion of the person responsible
- the transmission module 1 with a chip in which, in addition to the transmission data, possible characteristic curves for the operation of the controllable turbo clutch 2 1 or the retarder 3 are stored and which, when coupled to the drive control 29, automatically or as specified Commands can be read from the chip.
- ERSATZBLKTT (RULE 26) a gear unit with a starting element in the form of a controllable clutch, preferably a controllable hydrodynamic turbo clutch or a controllable multi-plate clutch, and a hydrodynamic retarder, both of which are assigned a shared equipment circuit, which is activated by alternately actuating the
- Starting element 2.3 or the hydrodynamic retarder 3 is used by these elements, has the advantage that an element is used as the starting element, which is otherwise not used in manual transmissions due to the high structural complexity and the associated costs.
- Characteristic curves for the input speed, output speed and the torque when using a conventional, non-controllable starting element in the form of a friction clutch This shows the individual sections of the switching process. These run sequentially and are designated as follows: a) disengaging, torque reduction b) shifting c) torque delivery d) engagement, torque delivery e) decay phase
- a major disadvantage of the conventional solution is that the period of the interruption of the tractive force is very long. The regulation of the torque control takes a long time and causes strong vibrations when the clutch is closed
- FIG. 2b illustrates the characteristic curves for a shifting process with a design of the transmission assembly according to the invention with a regulated starting element in the form of a turbo coupling. From this it can be seen that faster opening and closing processes can be achieved with this
- FIG. 3 illustrates in a schematically simplified representation, using a hydraulic plan, a section of a drive system 31, comprising a mechanical transmission unit 1 3, comprising the two hydrodynamic components, controllable turbo clutch 2 3 and hydrodynamic retarders 3 3, a mechanical transmission part 4 3 and one of the two Used equipment supply system 25 3
- the hydrodynamic retarder 3 3 is located on the output side of the transmission.
- the lubricant or operating medium supply system 25 3 shared with the starting element 2 3 comprises an operating medium source 30, here in the form of an oil sump, from which the oil is extracted by means of a pump device, here a gear pump 28 3 in corresponding line systems for supplying the individual elements - hydrodynamic retarder 3 3 and / or Getnebeteil 4 3 and / or adjustable turbo coupling 2 3 - the two hydrodynamic components retarder 4 3 and clutch 2 3 is assigned a common control device 24 3, which in addition to the Control of the functional state of the Various additional supply tasks, for example a lubricant system 32 of the mechanical transmission part 4.3, are realized or controlled by hydrodynamic elements of at least indirectly characterizing size, preferably the degree of filling.
- Retarder 3.3 or the controllable turbo coupling 2.3 at least indirectly characterizing size is preferably designed as a pressure compensator 33.
- the principle of operation is based on the compensation of the compressive force acting on a piston of known cross-sectional area or the sealing liquid in an annular tube by a counterforce, whereby by
- Displacement of the piston for example, a balance of forces is set.
- at least 4 basic functional states of the hydrodynamic components can be set via the pressure compensator 33, but the adjustment is preferably carried out continuously. Possible functional states are illustrated using the example of the hydrodynamic retarder
- operating fluid is fed from the operating medium source 30 via a cooling device 34 into the lubricant system 32 of the mechanical transmission part 4.3.
- the operating medium which is used primarily as oil, passes from the oil sump via a line 35 into the adjoining one
- a check valve R 5 is preferably arranged in the lubrication line 38, which prevents the operating medium from then flowing back out of the lubrication line 38.
- the equipment supply system also supplies the individual switching elements with the required control pressure.
- supply lines here the supply line 45 and the lines 45.1, 45.2, 45.3, 45.4 and 45.5 branching off from it, are coupled directly to the main supply line 46, which connects the pump device, here the gear pump 28.3, to the line 35.
- a memory 47 is assigned to the hydrodynamic components 2.3 or 3.3. This is preferably operated by compressed air.
- a valve 48 is assigned to it, which is only briefly switched on and off again for the purpose of filling the hydrodynamic component.
- the state in which the hydrodynamic component is started up, the so-called filling phase, can be described as follows: The filling process takes place essentially via the reservoir 47, which can be coupled via a line 39 to the inlet 40 by means of the pressure compensator 33.
- a valve device in the form of a check valve R 2 is preferably provided in the line 39, which returns the operating medium return from the hydrodynamic component into the
- Memory 47 in the event that the filling resistance is greater than that Available insertion pressure, which is applied by means of the valve device 48, is prevented.
- the coupling between the pressure compensator and the accumulator is implemented via a line 40.
- the line 40 is also connected to the lubrication line 38 of the gear part 4.3.
- a valve device for example a check valve R 1 is provided in the connecting line between the storage unit and line 40.
- a supply of operating equipment is provided via the operating equipment source 30. The operating equipment reaches the connecting line 35 to the line 41 coupled to the cooler 34 via a main line.
- the operating material then reaches the line 41, the coupling between the Line 41 with a line, which is coupled to the inlet 50 of the hydrodynamic component, into the working space thereof.
- resources are fed into the connection between the line 41 and the above-mentioned line from the memory 47, in which the line 39 is also coupled to this line, by means of the pressure compensator 33.
- operating means enters a line 52 via the outlet 51 and is characterized by this functional state
- This closed circuit can also be referred to as a cooling circuit and is identified here by 53.
- the cooling circuit 53 is thus coupled to the line 35 and thus the supply line from the operating medium source 30 to the hydrodynamic component, preferably, as shown in the present case, common
- the Operating fluid flow for the purpose of cooling that is to say the cooling circuit 53 which arises in addition to the working circuit in the working space of the hydrodynamic retarder, is characterized by a change in direction of the operating medium flow compared to the guidance of the operating fluid or lubricant in the first functional state of the hydrodynamic retarder.
- Another third functional state describes the control state of the hydrodynamic retarder.
- the lines 41 and the inlet 50 of the hydrodynamic component are coupled to one another.
- Channel 41 corresponds approximately to the inflow resistance in line 60.
- the pump device in the form of gear pump 28.3 merely conveys the amount of leakage from the hydrodynamic component. Excess operating medium, which was pumped by the pump device, in particular the gear pump 28.3, reaches the line 41
- Connecting line 37 arrives at the cooling device 34 and, after passing through the cooling device 34, is fed to the supply line and fed into the inlet 50 of the hydrodynamic retarder, with part being fed via line 40 into the lubricant system of the mechanical transmission part 4.3.
- Functional state can also be subdivided into a further fourth functional state, which is required for the setting of very low retarder pressures, that is to say the generation of a lower braking torque.
- this functional state the inlet pressure is reduced below the level of the pressure in line 40.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Getriebebaueinheit (1), umfassend wenigstens eine Getriebeeingangswelle (E) und eine Getriebeausgangswelle (A); mit einem mechanischen Getriebeteil (4); mit einem, mit der Getriebeeingangswelle (E) wenigstens mittelbar koppelbaren Anfahrelement (2); mit einem, wenigstens mittelbar mit der Getriebeausgangswelle (A) koppelbaren hydrodynamischen Retarder (3). Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: das Anfahrelement (2) ist bezüglich des Übertragungsverhaltens als regelbare Baueinheit ausgeführt; dem regelbaren Anfahrelement (2) und dem hydrodynamischen Retarder (3) ist eine von jedem Bauelement nutzbare Steuervorrichtung zur wahlweisen Ansteuerung dieser Bauelemente zugeordnet.
Description
Getriebebaueinheit
Die Erfindung betrifft eine Getriebebaueinheit, im Einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Getriebebaueinheiten, umfassend wenigstens einen mechanischen Getriebeteil, ein Anfahrelement und einen hydrodynamischen Retarder mit zugeordneter Steuerung wenigstens zur Einstellung des erforderlichen Bremsmomentes, welcher hinsichtlich seiner Wirkungsweise wenigstens mittelbar auf die Getriebeausgangswelle wirkt, sind in einer Vielzahl von
Ausführungen, insbesondere hinsichtlich der Anordnung und Ausbildung der einzelnen Getriebeelemente bekannt. Diese Getriebe können als reine Schaltgetriebe, automatisierte Getriebe oder automatische Getriebe ausgeführt sein. Als Anfahrelemente finden im allgemeinen trockene Reibungskupplungen, hydrodynamische Kupplungen oder hydrodynamische
Wandler Verwendung. Während die trockene Reinungskupplung aufgrund des frühzeitigen Verschleißes die Verfügbarkeit der Getriebebaueinheit herabsetzt, sind hydrodynamische Anfahrelemente in der Regel sehr teuer und benötigen viel Bauraum, was sich in der Größe der Getriebebaueinheit niederschlägt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Getriebebaueinheit der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß die genannten Nachteile vermieden werden. Im Einzelnen ist auf eine Ausführung der Getriebebaueinheit mit möglichst geringem konstruktiven und steuerungstechnischem Aufwand sowie geringem Bauraumbedarf abzustellen. Die Kosten sind gering zu halten. Als weiterer Aspekt ist auf ein sehr komfortables Schaltverhalten, insbesondere bei automatisierten Getriebebaueinheiten, abzustellen.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Erfiπdungsgemäß wird in einer Getriebebaueinheit, umfassend einen echanischen Getriebeteil, ein mit der Getriebeeingangswelle koppelbares Anfahrelement und einen, wenigstens mittelbar auf die Getriebeausgangswelle wirkenden hydrodynamischen Retarder als Anfahrelement ein geregeltes Anfahrelement verwendet. Dem Anfahrelement und dem hydrodynamischen Retarder sind desweiteren eine gemeinsame
Steuervorrichtung wenigstens zur Beeinflussung der erzeugbaren oder übertragbaren Leistung zugeordnet, welche wechselweise von den einzelnen Elementen - Retarder oder Anfahrelement - beispielsweise durch Umschaltung genutzt wird. Dies bietet den Vorteil, daß aufgrund der Nutzung der bereits ohnehin vorhandenen und erforderliche Steuer- bzw.
Regelelemente des hydrodynamischen Retarders ein verschleißfrei arbeitendes, geregeltes Anfahrelement mit geringen Kosten und Bauraumbedarf in eine Getriebebaueinheit integrierbar ist. Das Prinzip der hydraulischen Wechselsteuerung basiert dabei auf dem Grundgedanken, daß für Sekundärretarder, d.h. hydrodynamische Strömungsmaschinen, welche in Kraftflußrichtung im Traktionsbetrieb hinter der Verbrennungskraftmaschine angeordnet sind, und Anfahrelement zu keiner Zeit die Notwendigkeit einer gleichzeitigen Betätigung besteht, so daß in dem Zeitraum der Nichtnutzung von Retarder oder Anfahrelement die Steuervorrichtung für das jeweilige andere Element - Anfahrelemeπt oder
Retarder - zur Verfügung steht.
Als Anfahrelemente finden a) geregelte Turbokupplungen oder b) geregelte Lamellenkupplungen
Verwendung.
In einer bevorzugten Ausführung wird eine geregelte Turbokupplung eingesetzt. Bei der Ausführung als Turbokupplung handelt es sich um Strömungskupplungen, welche nach dem Föttinger-Prinzip arbeiten. Geregelte Turbokupplungen sind Kupplungen, bei denen der Füllungsgrad während des Betriebes beliebig zwischen voller Füllung und Entleerung verändert werden kann, wodurch die Übertragungsfähigkeit der Kupplung einstellbar wird und beim Einsatz in Fahrzeugen beim Fahren gegen die Lastkennlinie eine stufenlose (lastabhängige) Drehzahlregelung der Antriebsmaschine ermöglicht. Die Turbokupplungen können dabei als Kupplungen mit einem torusförmigen Arbeitsraum zwischen
Primärschaufelrad und Sekundärschaufelrad oder sogenannte Doppelkupplungen, d.h. mit zwei, von Primärschaufelrad und Sekundärschaufelrad gebildeten torusförmigen Arbeitsräumen ausgebildet sein. Die Regelbarkeit wird in gleichem Maße wie bei einem hydrodynamischen Retarder über die Beeinflussung des Füllungsgrades des
Arbeitsraumes bzw. des Betriebsmittelumlaufes im Arbeitskreislauf realisiert. Da beide Systeme - hydrodynamischer Retarder und Anfahrelement - als Strömungsmaschine ausgeführt sind, können diese sogar in ein gemeinsam genutztes Betriebsmittelversorgungssytem integriert werden. Das Betriebsmittelversorgungssystem kann bauteilmäßig einem der beiden
Elemente - Retarder oder Anfahrelement- zugeordnet sein und mit diesem als Baueinheit vormontiert und als handelbares Modul angeboten werden, was zu einer Verringerung des bereitzustellenden Bauraumes für das jeweils andere Element führt. Als Grundelemente des Betriebsmitteiversorgungssytems, welchem die Steuervorrichtung zugeordnet ist, werden wenigstens die folgenden Komponenten angesehen: a) Mittel zur Fördrung des Betriebsmittels, beispielsweise Pumpeneinrichtung b) Mittel zur Beeinflusung des Betriebsmittelumlaufes, beispielsweise in Form eines hydraulischen Steuerblockes
Zusätzlich können Mittel zur Kühlung des Betriebsmittels bzw. Abfuhr von Wärme, beispielsweise in Form von Kühleinrichtungen oder von Wärmetauschern, Druckspeicher und weitere Komponenten vorgesehen werden. Als Pumpeinrichtung findet in der Regel eine Zahnradpumpe Verwendung.
Das Betriebsmitteiversorgungssystem selbst kann als a) offener Kreislauf oder b) geschlossener Kreislauf oder c) Kopplung zweier Kreisläufe, welche jeweils separat den einzelnen
Elementen zugeordnet sind, ausgeführt sein.
Im Fall b) sind jedoch Mittel vorzusehen, welche eine Verschiebung von Betriebsmittel aus dem oder den Arbeitsräumen und eine
Zwischenspeicherung in Speicherräumen, die in den hydrodynamischen Bauelementen integriert sein können, erlauben.
Im Fall c) werden die einzelnen Kreisläufe miteinander gekoppelt, wobei die Grundelemente vorzugsweise in der Kopplung integriert sind.
Prinzipiell werden zwei Möglichkeiten der Integration der einzelnen zur Steuer- bzw. Regelbarkeit erforderlichen Komponenten in Anfahrmodul und Sekundärmodul (Retardermodul) unterschieden: a) Hauptmodul Turbokupplung und Zusatzmodul Sekundärretarder b) Hauptmodul Sekundärretarder und Zusatzmodul Turbokupplung
Im erstgenannten Fall erfolgt die Integration von Turbokupplung, Wärmetauscher, hydraulischem Steuerblock, Pumpeinrichtung, Druckspeicher zu einem kompletten Anfahrmodul. Vorzugsweise ist zusätzlich auch eine Uberbrückungskupplung mit im Anfahrmodul integriert.
Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, daß die Turbokupplung dabei mit sehr kleinem Durchmesser für einen großen erforderlichen Schlupf bei Nennmoment ausgelegt werden kann und eine gute Regelbarkeit bei kleinen Drehmomenten aufweist. Der hydrodynamische Retarder kann in diesem Fall in sehr platzsparender Weise im Bereich des Getriebeausganges angeordnet werden, da dieser als Modul nur die notwendigen Retarderkreislaufteile enthält, in der Regel nur Rotorschaufelrad und Statorschaufelrad.
Im zweiten Fall, d.h. der Ausbildung des hydrodynamischen Retarders als Hauptmodul kann der Anfahrmodul nur mit Turbokupplung oder evt. zusätzlich mit Uberbrückungskupplung und Zahnradpumpe sehr klein und leicht ausgeführt werden.
Die Verwendung eines geregelten Anfahrelementes in Form einer geregelten Turbokupplung führt auch zu einer Verbesserung der Schaltqualität während eines Gangwechsels, d. h. des Wechsels zwischen zwei Schaltstufen in der Getriebebaueinheit, umfassend wenigstens einen Getriebezweig zur Leistungsübertragung mit einer hydrodynamischen Kupplung, welche in diesem Leistungsübertragungszweig in Reihe mit einem mechanischen Getriebeteil, umfassend die Mittel zur Realisierung wenigstens zweier
Gangstufen, angeordnet ist. Dazu wird während des Schaltvorganges im hydrodynamisch-mechanischen Leistungsübertzragungsgetriebezweig zwischen zwei mechanischen Gangstufeπ der Füllungsgrad der hydrodynamischen Kupplung beispielsweise derart überwacht und eingestellt, daß eine, die Drehzahl des Pumpenrades der hydrodynamsichen
Kupplung wenigstens mittelbar charakterisierende Größe nahezu konstant über einen bestimmten Bereich des Schaltvorgaπges gehalten wird. Demzufolge setzt zu Beginn des Schaltvorganges vorzugsweise eine Regelung der Drehzahl des Pumpenrades durch entsprechende Füllungssteuerung an der hydrodynamischen Kupplung ein, wobei das vor der Schaltung vorhandene Drehzahlniveau beibehalten werden soll. Als
Vergleichs- bzw. Sollgröße kann auch eine, für jeden Schaltvorgang vorgebbare, fest definierbare Solldrehzahl dienen. Mit dieser Steuerung wird folgendes erzielt: Beispielsweise das Schalten zwischen einzelnen Gangstufen bei Zug-Hochschaltungen, d. h. dem Wechsel von einer ersten niederen Gangstufe in eine zweite höhere Gangstufe, würde normalerweise zu einer Drückung der Drehzahl wenigstens am Primärschaufelrad und der mit diesem koppelbaren Bauteilen, insbesondere der Antriebsmaschinenwelle, führen. Durch Regelung der Drehzahl des Pumpenrades auf einen nahezu konstanten Wert wird die hydrodynamische Kupplung weicher und läßt den erforderlichen Schlupf in der hydrodynamischen Kupplung selbst entstehen. Dadurch wird während des Schaltvorganges beim Wechsel der Leistungsübertragungseinrichtung und/oder des Verhältnisses Drehzahl-/Drehmoment im mechanischen Getriebeteil keinerlei Veränderung der Drehzahl an der Getriebeeingangswelle bzw. der mit dieser koppelbaren Antriebsmaschine erzielt. Die Schaltung selbst kann zügig ohne großen Druckaufbau erfolgen. Eine Verringerung des Schlupfes wird wieder durch die Änderung der Fahrgeschwindigkeit bzw. das zwangweise Härtermachen der hydrodynamsichen Kupplung, insbesondere durch Erhöhung der Befüllung, unter Berücksichtigung der minimal zulässigen Drehzahl der
Antriebsmaschine realisiert. Die zeitliche Dauer des Regeivorganges erstreckt sich dabei vorzugsweise auf einen Bereich zwischen dem Beginn des Schaltvorganges und dem Erreichen der Synchrondrehzahl, kann jedoch auch zeitlich versetzt zum Beginn des Schaltvorganges und/oder mit Erreichen eines bestimmten Schlupfwertes, d. h. einer bestimmten Differenz zwischen den Drehzahlen von Primärschaufelrad und Sekundärschaufelrad an der hydrodynamischen Kupplung beendet werden. Vorzugsweise wird der Regelvorgang erst dann beendet, wenn der Schlupf sich auf ein minimales Maß verringert hat, insbesondere wird darunter die üblicherweise bei der hydrodynamischen Leistungsübertragung vorliegende Schlupfhöhe von zwei bis drei Prozent verstanden. Die Antriebsmaschine kann dann weiter
beschleunigen, während die hydrodynamische Kupplung wieder mit maximalen Überlagerungsdruck, d. h. hohem Wirkungsgrad, arbeitet.
Die Steuervorrichtung umfaßt vorzugsweise eine Druckwaage, d.h. das Funktionsprinzip beruht dabei auf der Kompensation der auf einen Kolben bekannter Querschnittsfläche oder die Sperrflüssigkeit in einem Ringrohr wirkenden Druckkraft durch eine Gegenkraft, wobei durch Verschiebung beispielsweise des Kolbens ein Kräftegleichgewicht eingestellt wird. Die Steuervorrichtung weist ein Gehäuse auf, in welches wenigstens eine Steuerbohrung eingearbeitet ist. Die Steuerbohrung weist über ihre axiale
Erstreckung betrachtet unterschiedliche Durchmesser auf. Diese bilden einzelne Steuerkammern, welche mit Anschlüssen koppelbar sind. In der Steuerbohrung ist wenigstens ein Steuerkolben angeordnet, weicher in axialer Richtung verschiebbar ist und der über seine axiale Erstreckung unterschiedliche Durchmesser aufweist. Die einzelnen Teilbereiche unterschiedlichen Durchmessers am Steuerkolben und der Steuerbohrung bilden die sogenannten Steuerkanten. Die Bereiche unterschiedlichen Außendurchmessers des Steuerkolbens können dabei alternierend abwechselnd angeordnet sein. Vorzugsweise ist der Steuerkolben derart ausgeführt, daß dieser über die axiale Länge betrachtet lediglich zwei unterschiedliche Durchmesser aufweist, einen ersten Durchmesser, welcher kleiner dem Durchmesser der Steuerbohrung ausgeführt ist, und einen zweiten Durchmesser, welcher im wesentlichen dem Durchmesser der Steuerbohrung unter Berücksichtigung der erforderlichen Toleranzen entspricht. Entsprechend der Stellung des Steuerkolbens, insbesondere der
Steuerkanten in der Steuerbohrung, werden die einzelnen Anschlüsse wenigstens teilweise oder ganz freigegeben oder verdeckt, wodurch die einzelnen Funktionszustände des hydrodynamischen Bauelementes und die Funktion der Versorgung des Schmiermittelsystems des Getriebeteils realisiert werden. Als einzelne Anschlußmöglichen sind dabei wenigstens die folgenden vorzusehen:
Anschluß 1 - Betriebsmittelversorgungsquelle und Kühleinrichtung Anschluß 2 - Zulaufleitung zur Umschalteinrichtung Anschluß 3 - Ablaufleitung der Umschalteinrichtung
Die Eingangsgröße ist eine Sollgröße für eine, den Funktionszustand des hydrodynamischen Bauelementes wenigstens mittelbar charakterisierende Größe. Diese ist vorgebbar, beispielsweise in Form eines Signaies für eine Inbetriebnahme des als hydrodynamischen Bauelementes. Aus dieser wird eine Stellgröße zur Beaufschlagung einer Stelleinrichtung zur Beeinflussung der Betriebsmittelversorgung des hydrodynamischen Bauelementes gebildet.
Die Druckwaage stellt eine einfache kostengünstige und kompakte Steuereinrichtung dar. Zur Schaffung einer universellen Baueinheit werden vorzugsweise weitere Ventileinrichtungen zur Erfüllung unterschiedlicher Funktionen in Abhängigkeit weiterer Anschlußmöglichkeiten, beispielseise einer Mengenregelung zur Schmiermittelversorgung unabhängig von den im System vorhandenen Drücken, in der Druckwaage integriert.
Die Umschaiteinrichtung ist im einfachsten Fall als Ventileinrichtuπg ausgeführt. Diese ermöglicht die Koppelung der Anschlüsse der Druckwaage mit den Zu- und Ablaufleitungen der hydrodynamischen Bauelemente Retarder und Turbokupplung.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
Fig. 1 verdeutlicht anhand einer möglichen Getriebeausführung in schematich vereinfachter Darstellung das erfindungsgemäße Grundprinzip der hydraulischen Wechselsteuerung; Fig. 2a und 2b verdeutlichen anhand von Diagrammen für einen Schaltablauf
den Einfluß einer Reibungskupplung für eine konventionelle Lösung und den Einfluß des erfindungsgemäßen Einsatzes einer geregelten Turbokupplung auf den Schaltvorgang; Fig. 3 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung anhand eines Hydraulikplanes einen Ausschnitt aus einem Antriebssystem eine vorteihafte Ausgestaltung eines gemeinsam von Retarder und Kupplung genutzten Betriebsmittelversorgungssystems und Steuervorrichtung in Form einer Druckwaage.
Die Figur 1 verdeutlicht anhand einer möglichen Getriebeausführung in schematisch vereinfachter Darstellung das erfindungsgemäße Grundprinzip der hydraulischen Wechselsteuerung. Eine Getriebebaueinheit 1 , umfassend eine GetriebeeingangswelleE und eine Getriebeausgangswelie A, weist wenigstens ein Anfahrelement 2 und einen hydrodynamischen Retarder 3 auf. Zwischen Anfahrelement und hydrodynamischem Retarder ist ein mechanischer Getriebeteil zwischengeschaltet. Der hydrodynamische Retarder 3 fungiert als sogenannter Sekundärretarder, das heißt, daß dieser im Antriebsstrang bei Integration der Getriebebaueinheit 1 und einer Antriebsvorrichtung in Kraftflußrichtung im Traktionsbetrieb hinter der Antriebsmaschine, in der Regel eine Verbrennungskraftmaschine, angeordnet ist. Die konkrete Anordnung des hydrodynamischen Retarders 3 in der Getriebebaueinheit 1 erfolgt dabei vorzugsweise wie in der Figur 1 schematisch vereinfacht dargestellt hinter dem mechanischen Getriebeteil 4, wobei der hydrodynamische Retarder 3 mit der Getriebeausgangswelle A direkt gekoppelt ist und somit direkt ohne zusätzliche weitere Übersetzung auf die Getriebeausgangswelle A wirkt. Denkbar wäre jedoch auch eine hier nicht dargestellte Ausführung mit Anordnung des hydrodynamischen Retarders 3 räumlich bezogen auf die axiale Erstreckung zwischen Getriebeeingangswelle und Getriebeausgangswelle im Bereich des mechanischen Getriebeteils oder bezogen auf die Kraftflußrichtung zwischen
Getriebeeingangswelle und Getriebeausgangswelie A vor dem mechanischen
Getriebeteil, wobei jedoch bei beiden Varianten die Wirkung des hydrodynamischen Retarders 3 entsprechend der Ausgestaltung des mechanischen Getriebeteiles entweder direkt auf die Getriebeausgangswelie A erfolgt oder aber zwischen dem hydrodynamischen Retarder 3 und der Getriebeausgangswelie A Drehzahl-/Drehmomentenwandlungseinrichtungen zwischengeschaltet sein können. Die einzelnen Elemente der Getriebebaueinheit 1 werden von einem Gehäuse 5 umschlossen.
Bei dem Anfahrelement 2 handelt es sich um eine geregelte Kupplung, welche beispielsweise, wie in der Figur 1 verdeutlicht als geregelte
Turbokupplung 2.1 oder als geregelte Lamellenkupplung ausgeführt sein kann. Bei der Ausführung als Turbokupplung handelt es sich um Strömungskupplungen, welche nach dem Föttinger-Prinzip arbeiten. Bei den geregelten Turbokupplungen handelt es sich um Kupplungen, bei denen der Füllungsgrad während des Betriebes beliebig zwischen voller Füllung und
Entleerung verändert werden kann. Dadurch wird die Übertragungsfähigkeit der Kupplung einstellbar und gestattet beim Einsatz in Fahrzeugen beim Fahren gegen die Lastkennlinie stufenlose (lastabhängige) Drehzahlregelung der Arbeitsmaschine.
Im einzelnen weist die geregelte Turbokupplung wenigstens ein sogenanntes Primärschaufelrad 6, welches als Pumpenrad fungiert, und ein Sekundärschaufelrad 7, welches auch als Turbinenrad bezeichnet wird, auf. Beide bilden miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum, in welchem das Betriebsmittel umgewälzt wird. Das Primärschaufelrad 6 ist dabei wenigstens mittelbar mit der Getriebeeingangswelle E und das Sekundärrad 7 wenigstens mittelbar über den mechanischen Getriebeteil 4 mit der Getriebeausgangswelie A gekoppelt. Zur Realisierung der Drehzahlregelung über das Anfahrelement 2 bzw. die geregelte Turbokupplung 2.1 sind Mittel 9 erforderlich, welche eine Veränderung des Füllungsgrades der hydrodynamischen geregelten Turbokupplung 2.1 ermöglichen. Im einzelnen
erfolgt bei Kopplung einer mechanischen Getriebebaueinheit mit hydrodynamischer geregelter Turbokupplung der Motorstart bei entleerter Kupplung lastfrei. Die Belastung nach dem Motoranlauf kann durch beliebiges Einstellen, welches innerhalb eines Regelkreises auch vollautomatisch erfolgen kann, kontrolliert werden. Durch Entleerung des
Arbeitsraumes 8 der gergelten Turbokupplung 2.1 ist ein vorübergehendes Abschalten der Arbeitsmaschine, das heißt des Verbrauchers bei durchlaufendem Motor möglich. Zur Realisierung der Funktionen Entleerung und Befüllung, deren Steuerung und der Abfuhr der Schlupfwärme sind Mittel 9 vorgesehen. Diese umfassen wenigstens einen geschlossenen oder offenen Betriebsmittelkreislauf 10, in welchem Elemente 1 1 zur Förderung des Betriebsmittels im geschlossenen oder offenen Kreislauf der Turbokupplung 10 und/oder Elemente 12 zur Zwischenspeicherung von Betriebsmittel im geschlossenen oder offenen Betriebsmittelkreislauf der Turbokupplung und/oder Elemente 13 zur Abfuhr der Schlupfwärme, falls die
Eigenkühlung nicht ausreicht, integriert sind. Die Drehzahl kann willkürlich von Hand oder automatisch durch eine Steuergröße mit Hilfe eines Servomotors 14 innerhalb eines Regelkreises geregelt werden. Bei den Elementen 1 1 zur Förderung des Betriebsmittels handelt es sich in der Regel um ständig umlaufende Pumpen. Diese finden vor allem immer dann
Verwendung, wenn der Turbokupplung 2.1 eine Speichereinrichtung zugeordnet ist, welche sich unterhalb des Arbeitsraumes der hydrodynamischen Kupplung befindet. Die Höhe des Flussigkeitsspiegels im Arbeitsraum 8 und damit die Übertragungsfähigkeit der Turbokupplung 2.1 wird beispielsweise durch die radiale Stellung eines verschiebbar angeordneten Schöpfrohres bestimmt, während in anderen Fällen anstatt eines Schöpfrohres das Betriebsmittel auch über Düsen am Umfang der Kupplung abgespritzt werden kann und von dort in einen Behälter gelangt. Im erstgenannten Fall sind Arbeitsraum 8 und Schöpfrohrkammer kommunizierend miteinander verbunden. Das Schluckvermögen des
Schöpfrohres ist dabei erheblich größer als die von einer Pumpeinrichtung
als Element 1 1 zur Förderung von Betriebsmittel geförderte Menge. Bezüglich der konkreten Ausführung einer geregelten Turbokupplung wird auf die Ausführungen in Voith: "Hydrodynamik in der Antriebstechπik", Vereinigte Fachverlage, Krauskopf-Ingenieur Digest, Kapitel 5.2, Seite 304 bis Seite 318 verwiesen. Der Offenbarungsgehalt betreffend den Aufbau von
Turbokupplungen 2.1 und den diesen zugeordneten Mitteln 9 wird hiermit vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mit einbezogen. Dem Anfahrelement in Form einer geregelten Turbokupplung 2.1 ist des weiteren in der mechanischen Getriebebaueinheit 1 eine Einrichtung zur Überbrückung, das heißt zur Umgehung des Anfahrelementes vorgeschaltet.
Diese ist in Form einer sogenannten Uberbrückungskupplung 15 ausgeführt.
Der hydrodynamische Retarder 4 umfaßt ein Rotorschaufelrad 17 und ein Statorschaufelrad 18, welche miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum 19 bilden, der mit Betriebsmittel befüllbar ist. Zur Erzeugung des
Bremsmomentes, insbesondere zur Beeinflußbarkeit der Höhe des erzeugbaren Bremsmomentes mit dem hydrodynamischen Retarder 4 sind diesem Mittel zur Beeinflussung des erzeugbaren Bremsmomentes zugeordnet. Diese ermöglichen die Steuer- und Regelbarkeit des erzeugbaren Bremsmomentes über die Befüllbarkeit des Arbeitsraumes 19.
Zu diesem Zweck ist dem hydrodynamischen Retarder 3 ebenfalls ein geschlossener oder offener Betriebsmittelkreislauf 20 zugeordnet, in welchem je nach Ausführung Elemente 21 zur Förderung des Betriebsmittels und/oder 22 Elemente zur Zwischenspeicherung des Betriebsmittels im offenen oder geschlossenem Kreislauf und/oder Elemente 23 zur Abfuhr der entstehenden Wärme integriert. Erfiπdungsgemäß ist vorgesehen, der regelbaren Turbokupplung 2.1 und dem hydrodynamischen Retarder 3 eine gemeinsame Steuerung 24 zuzuordnen, welche eine Umschaltung zwischen der Steuerung bzw. Regelung der Turbokupplung und des hydrodynamischen Retarders 3 ermöglicht. Zu diesem Zweck sind die zur
Realisierung der Funktion der regelbaren Turbokupplung 2.1 und der
Regelbarkeit bzw. Steuerbarkeit des Retarders 3 vorgesehenen Mittel 9 bzw. 16 ebenfalls miteinander gekoppelt. Dabei können im wesentlichen zwei Ausführungsformen unterschieden werden, zum einen die Kopplung zweier geschlossen oder offen ausgeführter Betriebsmittelkreisläufe, bei denen einer der Turbokuppluπg 2.1 und der andere dem hydrodynamischen Retarder 3 zugeordnet ist, und welche miteinander gekoppelt sind, wobei in der Kopplung die Elemente 1 1 bzw. 21 zur Förderung des Betriebsmittels und/oder die Elemente 12 bzw. 22 zur Zwischenspeicherung des Betriebsmittels und/oder die Elemente 13 bzw. 23 zur Abfuhr der entstehenden Schlupfwärme angeordnet sind. Dabei werden die Elemente gemeinsam von beiden genutzt. Dies bedeutet, daß die ansonsten jeder hydrodynamischen Baueinheit zuzuordnenden Elemente nur noch einmal vorgesehen werden müssen, da diese gemeinsam von beiden hydrodynamischen Komponenten im Wechsel genutzt werden können. Die andere, in der Figur 1 vereinfacht dargestellte Möglichkeit, besteht darin, lediglich einen einzigen geschlossenen oder offenen Betriebsmittelkreislauf vorzusehen, welcher der regelbaren Turbokupplung 2.1 und dem hydrodynamischen Retarder 3 gemeinsam zugeordnet ist, bzw. diese beiden hydrodynamischen Komponenten in sich integriert, wobei in diesem Kreislauf Elemente zur Förderung des Betriebsmittels und/oder Elemente zur
Zwischenspeicherung des Betriebsmittels und/oder Elemente zur Wärmeabfuhr vorgesehen sind. Dies hängt jedoch von der konkreten Ausführung des vorgesehenen Kreislaufes für das Betriebsmittel ab. Für die in der Figur 1 dargestellte Ausführung bedeutet dies im einzelnen, daß dieser als offener Kreislauf 25 ausgeführt ist, welcher den offenen
Betriebsmittelkreislauf 10 der Turbokupplung 2.1 und den offenen Betriebsmittelkreislauf 20 des Retarders bildet. In dem offenen Kreislauf 25 sind dann eine Einrichtung zur Förderung des Betriebsmittels in Form einer Zahnradpumpe 28, eine Einrichtung 26 zur Zwischenspeicherung von Betriebsmittel in Form des durch das Getriebegehäuse bildbaren
Behältnisses und eine Einrichtung zur Abfuhr der entstehenden
Schlupfwarme in Form eines Wärmetauschers 27 vorgesehen Dabei ist die Zahnradpumpe 28 gleichzusetzen mit den Elementen zur Forderung des Betriebsmittels 1 1 und 21 für die Turbokupplung 2 1 bzw den Retarder 3 Die Einrichtung zur Zwischenspeicherung in Form eines durch den Gehauseinnenraumes bildbaren Behältnisses 26 ist gleichzusetzen mit den
Elementen 12 zur Zwischenspeicherung bzw 20 zur Zwischenspeicherung Der Wärmetauscher 27 entspricht den Elementen 13, welche der Turbokupplung 2 1 zugeordnet sind und den Elementen 23, die dem hydrodynamischen Retarder 3 zugeordnet werden Für den gemeinsamen Kreislauf 25 ist eine gemeinsam genutzte Steuervorrichtung 24 zugeordnet, welche einer Einrichtung zur Umschaltung auf Retard erbetrieb oder Kupplungsbetrieb ermöglicht Über die Steuervorrichtung 24 werden zu diesem Zweck entsprechende Stellglieder zur Beeinflussung des Betπebsmittelzu- und abflusses zu den Arbeitsraumen 8 bzw 19 der regelbaren Turbokupplung 2 1 bzw des hydrodynamischen Retarders 3 angesteuert Vorzugsweise werden soweit wie möglich Stellglieder genutzt, welche sowohl am hydrodynamischen Retarder 3 als auch an der regelbaren Turbokupplung 2 1 wirksam werden können Die Steuervorrichtung 24 kann dabei als separate Baueinheit ausgeführt sein oder aber in einer übergeordneten Steuervorrichtung 29 integriert werden Die übergeordnete
Steuervorrichtung beim Einsatz in Fahrzeugen entspricht dabei in der Regel der elektronischen Fahrsteuerung Für die Verknüpfung zwischen Fahrsteuerung 29 und Steuervorrichtung 24 bestehen dann eine Vielzahl von Möglichkeiten, auf welche hier im einzelnen jedoch nicht eingegangen werden soll, da diese in der Regel im Ermessensbereich des zustandigen
Fachmannes liegen Denkbar ist es beispielsweise die Getriebebaueinheit 1 mit einem Chip zu versehen, in welchem neben den Getriebedaten auch mögliche Kennlinien für den Betrieb der regelbaren Turbokupplung 2 1 bzw des Retarders 3 gespeichert sind und die bei Kopplung mit der Fahrsteuerung 29 automatisch oder nach Vorgabe bestimmter Befehle aus dem Chip ausgelesen werden können Die erfmdungsgemaße Ausfuhrung
E R S A T Z B L K T T (REGEL 26)
einer Getriebebaueinheit mit einem Anfahrelement in Form einer regelbaren Kupplung, vorzugsweise einer regelbaren hydrodynamischen Turbokupplung bzw. einer regelbaren Lamellenkupplung, und einem hydrodynamischen Retarder, wobei beiden ein gemeinsam genutzter Betriebsmittelkreislauf zugeordnet ist, welcher durch wechselweise Ansteuerung des
Anfahrelementes 2.3 oder des hydrodynamischen Retarders 3 von diesen Elementen benutzt wird, bietet den Vorteil, daß als Anfahrelement ein Element zum Einsatz gelangt, welches ansonsten aufgrund des hohen konstruktiven Aufwandes und der damit verbundenen Kosten nicht zum Einsatz in Schaltgetrieben gelangt. Mit diesem Anfahrelement besteht die
Möglichkeit, den erhöhten Anforderungen an eine verbesserte Schaltqualität sowie ein verbessertes Anfahrverhalten in Getriebebaueinheiten für den Einsatz in Antriebsvorrichtungen in Fahrzeugen gerecht zu werden. Die Ausführung des Anfahrelementes kann aufgrund der gemeinsamen Nutzung der Kreisläufe mit dem hydrodynamischen Retarder sehr einfach gehalten werden, was sich in einer Verringerung des benötigten Bauraumbedarfes niederschlägt. Die besonders vorteilhaften Einflüsse bei Verwendung dieser Art des Anfahrelementes in einer Getriebebaueinheit gegenüber einer konventionell nicht regelbaren Kupplung als Anfahrelement sind anhand von Diagrammen in der Figur 2 dargestellt. Fig. 2a verdeutlicht dabei die
Kennlinien für die Antriebsdrehzahl, Abtriebsdrehzahl und das Moment bei Verwendung eines konventionellen, nicht regelbaren Anfahrelementes in Form einer Reibungskupplung. Daraus werden die einzelnen Abschnitte des Schaltverlaufes ersichtlich. Diese laufen sequentiell ab und sind wie folgt bezeichnet: a) Auskuppeln, Drehmomentrücknahme b) Schaltung c) Drehmomentzustellung d) Einkuppeln, Drehmomentzustellung e) Ausschwingphase
Ein wesentlicher Nachteil der konventionellen Losung besteht dann, daß die Zeitdauer der Zugkraftunterbrechung sehr lang ist Die Regelung der Drehmomentzusteuerung dauert lange und verursacht beim Schließen der Kupplung starke Schwingungen
Die Figur 2b verdeutlicht demgegenüber die Kennlinien für einen Schaltvorgang mit erfmdugsgemaßer Ausgestaltung der Getriebebaueinheit mit einem geregelten Anfahrelement in Form einer Turbokupplung Daraus wird ersichtlich, daß mit dieser schnellere Offnungs- und Schließvorgange erzielt werden können Desweiteren ist ein Aπsteuervorgang durch die
Ausnutzung der hydraulischen Dampfung möglich, wodurch eine erhebliche Verkürzung der Schaltzeit und der Zeitdauer der Zugkraftunterbrechung möglich ist
Die Figur 3 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung anhand eines Hydraulikplanes einen Ausschnitt aus einem Antriebssystem 31 , umfassend eine mechanische Getriebebaueinheit 1 3, umfassend die beiden hydrodynamischen Bauelemente regelbare Turbokupplung 2 3 und hydrodynamische Retarder 3 3, einen mechanischen Getriebeteil 4 3 und ein gemeinsam von beiden genutztes Betriebsmittelversorgungssystem 25 3
Der hydrodynamische Retarder 3 3 befindet sich auf der Abtriebseite des Getriebes Das mit dem Anfahrelement 2 3 gemeinsm genutzte Schmiermittel- bzw Betriebsmittelversorgungssystem 25 3 umfaßt eine Betriebsmittelquelle 30, hier in Form eines Olsumpfes, aus welchem mittels einer Pumpeinrichtung, hier einer Zahnradpumpe 28 3 das Ol in entsprechende Leitungssysteme zur Versorgung der einzelnen Elemente - hydrodynamischer Retarder 3 3 und/oder Getnebeteil 4 3 und/oder regelbare Turbokupplung 2 3 - erfolgt Den beiden hydrodynamischen Bauelementen Retarder 4 3 und Kupplung 2 3 ist eine gemeinsame Steuervorrichtung 24 3 zugeordnet, welche neben der Steuerung einer den Funktionszustand der
hydrodynamischen Elemente wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe, vorzugsweise des Füllungsgrades, verschiedene weitere Versorgungsaufgaben, beispielsweise ein Schmiermittelsystem 32 des mechanischen Getriebeteiles 4.3 realisiert bzw. steuert. Die Steuervorrichtung 24.3 zur Steuerung einer den Funktionszustand des hydrodynamischen
Retarders 3.3 bzw. der regelbaren Turbokuppluπg 2.3 wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe ist vorzugsweise als Druckwaage 33 ausgeführt. Das Funktionsprinzip beruht dabei auf der Kompensation der auf einen Kolben bekannter Querschnittsfläche oder die Sperrflüssigkeit in einem Ringrohr wirkenden Druckkraft durch eine Gegenkraft, wobei durch
Verschiebung beispielsweise des Kolbens ein Kräftegleichgewicht eingestellt wird. Über die Druckwaage 33 sind im dargestellten Fall wenigstens 4 Grundfunktionszustände der hydrodynamischen Komponenten einstellbar, vorzugsweise erfolgt die Verstellung jedoch stufenlos. Mögliche Funktionszustände werden am Beispiels des hydrodynamischen Retarders
3.3 erläutert. Bei diesem wird in einem ersten Funktionszustand Betriebsmittel von der Betriebsmittelquelle 30 über eine Kühleinrichtung 34 in das Schmiermittelsystem 32 des mechanischen Getriebeteils 4.3 eingespeist. Das Betriebsmittel, als welches vor allem Öl Verwendung findet, gelangt vom Ölsumpf über eine Leitung 35 in den sich daran anschließenden
Leitungsabschnitt 36, die Kühleinrichtung 34 und die Leitung 37 in die Schmierleitung 38, welche mit den Schmiermittelanschlüsseπ 42, 43 und 44 des Schmiermitteiversorgungssystems 32 des mechanischen Getriebeteiles 4.3 gekoppelt ist. In diesem Funktionszustand ist der hydrodynamische Retarder 3.3 vollständig entleert, es wird auch kein Betriebsmittel in den torusförmigen Arbeitsraum eingeführt. Vorzugsweise wird jedoch eine geringe Betriebsmittelmenge gezielt in den Arbeitsraum des hydrodynamischen Retarders eingespritzt, um die Ventilationsverluste abzusenken. Das zugeführte Betriebsmittel dient dann gleichzeitig der Schmierung der Dichtringe zwischen der Ablauf- und der Zulaufseite des hydrodynamischen Retarders im ausgeschalteten Zustand. In diesem
Zustand wird kein Bremsmoment erzeugt, und das Betriebsmittel wird lediglich zur Schmierung der einzelnen Elemente des Getriebeteils 4.3 oder dem Betrieb der regelbaren Turbokupplung 2.3 benötigt. Befindet sich auch die regelbare Turbokupplung 2.3 im Nichtfunktionszustand, das heißt ist diese entweder im Getriebe überbrückt, entkoppelt oder nicht befüllt, wird das Betriebsmittel lediglich zur Schmierung der einzelnen Elemente des mechanischen Getriebeteiles 4.3 verwendet. In der Schmierleitung 38 ist vorzugsweise ein Rückschlagventil R 5 angeordnet, welches verhindert, daß das Betriebsmittel dann aus der Schmierieitung 38 zurückströmt.
Das vom Getriebeteil 4.3 und den hydrodynamischen Bauelementen 2.3 bzw. 3.3 gemeinsam genutzte Schmiermittel- bzw.
Betriebsmittelversorgungssystem versorgt auch die einzelnen Schaltelemente jeweils mit dem erforderlichen Steuerdruck. Im dargestellten Fall sind dazu Versorgungsleitungen, hier die Versorgungsleitung 45 und die von dieser abzweigenden Leitungen 45.1 , 45.2, 45.3, 45.4 und 45.5 direkt an die Hauptversorgungsleitung 46 gekoppelt, welche die Pumpeinrichtung, hier die Zahnradpumpe 28.3 mit der Leitung 35 verbindet.
Den hydrodynamischen Bauelementen 2.3 bzw. 3.3 ist ein Speicher 47 zugeordnet. Dieser ist vorzugsweise druckluftbetätigt. Zu diesem Zweck ist diesem ein Ventil 48 zugeordnet, welches nur kurz zum Zwecke des Befüllens des hydrodynamischen Bauelementes eingeschaltet und wieder ausgeschaltet wird. Der Zustand der Inbetriebnahme des hydrodynamischen Bauelementes, die sogenannte Füllphase kann wie folgt beschrieben werden: Der Füllvorgang erfolgt im wesentlichen über den Speicher 47, welcher über eine Leitung 39 mit dem Zulauf 40 mittels der Druckwaage 33 koppelbar ist. Dabei ist vorzugsweise in der Leitung 39 eine Ventileinrichtung in Form eines Rückschlagventils R 2 vorgesehen, welches den Betriebsmittelrücklauf aus dem hydrodynamischen Bauelement in den
Speicher 47 für den Fall, daß der Füllwiderstand größer wird als der zur
Verfügung stehende Eiπschiebedruck, welcher mittels der Ventileinrichtung 48 aufgebracht wird, verhindert. Die Koppelung zwischen Druckwaage und Speicher wird über eine Leitung 40 realisiert. Die Leitung 40 ist des weiteren mit der Schmierleitung 38 des Getriebeteils 4.3 verbunden. Zur Verhinderung des Ausschiebens der Speichermenge in die Schmierieitung 38 und damit in das Schmiermittelsystem des Getriebeteils 4.3 ist eine Ventileinrichtung, beispielsweise ein Rückschlagventil R 1 in der Verbindungsleitung zwischen Speicher und Leitung 40 vorgesehen. Zusätzlich zur Befüllung über den Speicher 47 erfolgt eine Versorgung mit Betriebsmittel über die Betriebsmittelquelle 30. Das Betriebsmittel gelangt über eine Hauptleitung in die Verbindungsleitung 35 zu der mit dem Kühler 34 gekoppelten Leitung 41. Das Betriebsmittel gelangt dann über die Leitung 41 , die Kopplung zwischen der Leitung 41 mit einer Leitung, welche mit dem Zulauf 50 des hydrodynamischen Bauelementes gekoppelt ist, in den Arbeitsraum dessen. Zusätzlich wird in die mittels der Druckwaage 33 realisierten Verbindung zwischen der Leitung 41 und der o.g. Leitung Betriebsmittel aus dem Speicher 47 eingespeist, in dem die Leitung 39 ebenfalls mit dieser Leitung gekoppelt ist. Infolge der sich einstellenden Druckdifferenzen im hydrodynamischen Bauelement tritt Betriebsmittel über den Ablauf 51 in eine Leitung 52 und wird durch die diesen Funktionszustand charakterisierende
Stellung bzw. Stellungen der Druckwaage 33 in die Verbindungsleitung zur Kühleinrichtung 34 eingespeist und über diesen der Leitung 41 zugeführt, um erneut in das hydrodynamische Bauelement eingespeist zu werden. Es bildet sich somit bereits während der Füllphase ein geschlossener Kreislauf zwischen dem Ablauf des hydrodynamischen Bauelementes und dem Zulauf
50 aus. Dieser geschlossene Kreislauf kann auch als Kühlkreislauf bezeichnet werden und ist hier mit 53 gekennzeichnet. Der Kühlkreislauf 53 ist somit mit der Leitung 35 und damit der Zufuhrleitung von der Betriebsmittelquelle 30 zum hydrodynamischen Bauelement gekoppelt, wobei wie im vorliegenden Fall dargestellt, vorzugsweise gemeinsame
Leitungen, hier ein Leitungsabschnitt der Leitung 41 , genutzt werden. Der
Betriebsmittelstrom zum Zwecke der Kühlung, das heißt der neben dem Arbeitskreislauf im Arbeitsraum des hydrodynamischen Retarders sich einstellende Kühlkreislauf 53 ist durch einen Richtungswechsel der Betriebsmittelströhmung gegenüber der Führung des Betriebs- bzw. Schmiermittels im ersten Funktionszustand des hydrodynamischen Retarders charakterisiert.
Ein weiterer dritter Funktionszustand beschreibt den Regelzustand des hydrodynamischen Retarders. Die Leitungen 41 und der Zulauf 50 des hydrodynmischen Bauelementes sind miteinander gekoppelt. Der Druck im
Kanal 41 entspricht annähernd dem Zuflußwiderstand in der Leitung 60. Die Pumpeinrichtung in Form der Zahnradpumpe 28.3 fördert lediglich die Leckagemenge des hydrodynamischen Bauelementes nach. Überschüssiges Betriebsmittel, welches von der Pumpeinrichtung, insbesondere der Zahnradpumpe 28.3 gefördert wurde, gelangt von der Leitung 41 zum
Leitungsabschnitt 40 und von diesem in die Schmiermittelleitung 38 zu den Schmiermittelanschlüssen 42-44. Die Koppelung zwischen Zulauf des hydrodynamischen Bauelementes 50 und Speicher 47 ist unterbrochen. Aufgrund der sich einstellenden Druckdifferenzen wird auch hier ein Kühlmittel kreislauf 53 erzeugt, wobei das Kühlmittel vom Ablauf 52 in die
Verbindungsleitung 37 zur Kühleinrichtung 34 gelangt und nach Passieren der Kühleinrichtung 34 der Zufuhrleitung zugeführt wird und in den Zulauf 50 des hydrodynamischen Retarders eingespeist wird, wobei bei überschüssigem Betriebsmittel ein Teil über die Leitung 40 in das Schmiermittelsystem des mechanischen Getriebeteils 4.3 geleitet wird. Dieser
Funktionszustand kann auch noch einmal in einen weiteren 4. Funktionszustand unterteilt werden, welcher für die Einstellung von sehr geringen Retarderdrücken, das heißt der Erzeugung eines geringeren Bremsmomentes, erforderlich ist. In diesem Funktionszustand wird der Zulaufdruck unter das Niveau des Druckes in der Leitung 40 abgesenkt.
Bezugszeichenliste
1 Getriebebaueinheit
2 Anfahrelement 2.1 , 2.3 regelbare Turbokupplung
3 hydrodynamischer Retarder
4 mechanischer Getriebeteil
5 Gehäuse
6 Primärschaufelrad 7 Sekundärschaufelrad
8 torusförmiger Arbeitsraum
9 Mittel
10 geschlossener oder offener Betriebsmittelkreislauf der regelbaren Turbokupplung 11 Elemente zur Förderung des Betriebsmittels im geschlossenen oder offenen Betriebsmittelkreislauf der regelbaren Turbokupplung
12 Elemente zur Zwischenspeicherung von Betriebsmittel im geschlossenen oder offenen Betriebsmittelkreislauf der regelbaren Turbokupplung
13 Elemente zur Abfuhr der Schlupfwärme im geschlossenen oder offenen Betriebsmittelkreislauf der regelbaren Turbokupplung 4 Servomotor 5 Uberbrückungskupplung 6 Mittel zur Beeinflussung des mit dem hydrodynamischen
Retarder erzeugbaren Bremsmomentes 7 Rotorschaufelrad 8 Statorschaufelrad 9 torusförmiger Arbeitsraum 0 geschlossener oder offener Betriebsmittelkreislauf des hydrodynamischen Retarders
Elemente zur Förderung des Betriebsmittels im geschlossenen oder offenen Betriebsmittelkreislauf des hydrodynamischen Retarders Element zur Zwischenspeicherung des Betriebsmittels im geschlossenen oder offenen Betriebsmittelkreislauf des hydrodynamischen Retarders Elemente zur Wärmeabfuhr im geschlossenen oder offenen Betriebsmittelkreislauf des hydrodynamischen Retarders Steuervorrichtung offener Kreislauf Einrichtung zur Zwischenspeicherung von Betriebsmittel, durch den Gehäuseinneπraum gebildetes Behältnis Wärmetauscher Zahnradpumpe Fahrsteuerung Betriebsmittelversorgungsquelle Antriebssystem Schmiermittelsystem des mechanischen Getriebeteiles Druckwaage Kühleinrichtung Leitung Leitungsabschnitt Leitung Schmiermittelleitung , 40 Leitung Leitung , 43, 44 Schmiermittelanschlüsse Speicher Zulauf Ablauf Kühlkreislauf
E Getriebeeingaπgswelle
A Getriebeausgangswelie
Claims
1 . Getriebebaueinheit, umfassend wenigstens eine Getriebeeingangswelle und eine Getriebeausgangswelie; 1 .1 . mit einem mechanischem Getriebeteil;
1.2 mit einem, mit der Getriebeeingangswelle wenigstens mittelbar koppelbaren Anfahrelement;
1.3 mit einem, wenigstens mittelbar mit der Getriebeausgangswelie koppelbaren hydrodynamischen Retarder; gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
1.4 das Anfahrelement ist bezüglich des Übertragungsverhaltens als regelbare Baueinheit ausgeführt;
1.5 dem regelbaren Anfahrelement und dem hydrodynamischen Retarder ist eine von jedem Bauelement nutzbare Steuervorrichtung zur wahlweisen Ansteuerung dieser Bauelemente zugeordnet.
2. Getriebebaueinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung in einer dieser übergeordneten Fahr- oder Getriebesteuerung integriert ist.
3. Getriebebaueinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung eine Regeleinrichtung umfaßt.
4. Getriebebaueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuervorrichtung Mittel zur Realisierung der wechselweisen Ansteuerung von Anfahrelement und hydrodynamichen Retarder zugeordnet sind.
5. Getriebebaueinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel wenigstens eine Schaltventileinrichtuπg umfaßt.
6. Getriebebaueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Aπfahrelement als regelbare hydrodynamische Turbokupplung ausgeführt ist.
7. Getriebebaueienheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbokupplung und der hydrodynamische Retarder in einem Betriebsmittelversorgungssystem, umfassend Mittel zur Förderung des Betriebsmittels Mittel zur Wärmeabfuhr - Mittel zur Beeinflußbarkeit des Betriebsmittelumlaufes integriert sind.
8. Getriebebaueinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichent, daß das Betriebsmittelversorgungssystem einen offenen Kreislauf umfaßt, welcher dem hydrodynamischen Retarder und der Turbokupplung zgeordnet ist.
9. Getriebebaueinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichent, daß das Betriebsmittelversorgungssystem zwei Kreisläufe umfaßt, die jeweils Retarder und Anfahrelement zugeordnet und miteinander gekoppelt sind.
10. Getriebebaueiπheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die den einzelnen hydrodynamischen Komponenten -Retarder und Turbokupplung- zugeordneten Kreisläufe als offene Kreisläufe ausgeführt sind.
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