DE10255054B4

DE10255054B4 - Anfahreinheit und Getriebebaueinheit

Info

Publication number: DE10255054B4
Application number: DE2002155054
Authority: DE
Inventors: Werner Adams
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 2002-11-25
Filing date: 2002-11-25
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2022-11-26
Also published as: DE10255054A1

Abstract

Anfahreinheit (2)
1.1 mit einem Eingang (E) und einem Ausgang (A);
1.2 mit einem hydrodynamischen Bauelement (33), umfassend ein mit dem Eingang (E) koppelbares Primärrad (5) und ein mit dem Ausgang (A) koppelbares Sekundärrad (6), die miteinander einen mit Betriebsmittel befüllbaren torusförmigen Arbeitsraum (7) bilden;
1.3 das hydrodynamische Bauelement (33) ist frei von einem Leitrad;
1.4 mit einer, dem Sekundärrad (6) zugeordneten kraftschlüssigen Bremseinrichtung (11);
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
1.5 mit einer dem Sekundärrad (6) oder dessen Verbindung mit dem Ausgang (A) zugeordneten synchron schaltbaren formschlüssigen Kupplung (16) zur Realisierung einer formschlüssigen Verbindung zwischen einem Gehäuse (13) oder einem ortsfesten Bauteil (34) und dem Sekundärrad (6) oder der Verbindung dessen mit dem Ausgang (A);
1.6 mit einer, der synchron schaltbaren Kupplung (16) zugeordneten Betätigungseinrichtung (36).

Description

Die Erfindung betrifft eine Anfahreinheit, insbesondere für den Einsatz in Schaltgetrieben von Fahrzeugen, insbesondere automatischen oder automatisierten Schaltgetrieben, im einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1; ferner ein Schaltgetriebe, insbesondere ein automatisiertes Schaltgetriebe.

Getriebe für den Einsatz in Fahrzeugen, insbesondere Nutzkraftwagen, in Form von Schaltgetrieben oder automatisierten Schaltgetrieben sind in einer Vielzahl von unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Diesen gemeinsam ist in der Regel, dass der Anfahrvorgang über eine Kupplungseinrichtung in Form einer Reibkupplung, eines hydrodynamischen Wandlers oder einer hydrodynamischen Kupplung realisiert wird. Eine Ausführung mit einer hydrodynamischen Kupplung ist dabei aus der Druckschrift DE 196 50 339 A1 bekannt. Mit dieser werden mindestens zwei Betriebszustände – ein erster Betriebszustand zur Leistungsübertragung in wenigstens einer Schaltstufe und ein zweiter Betriebszustand zur Abbremsung – realisiert. Dabei werden beide Funktionen vom hydrodynamischen Bauelement in Form der hydrodynamischen Kupplung übernommen. Diese umfasst ein Primärrad und ein Sekundärrad, welche miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum bilden. Die Kupplung ist frei von einem Leitrad. Die Realisierung der Funktion eines hydrodynamischen Retarders erfolgt durch Zuordnung der Funktion des Statorschaufelrades entweder zum Pumpenrad durch Festsetzung gegenüber einem ruhenden Getriebeteil und der Funktion des Rotorschaufelrades zum Turbinenrad oder umgekehrt. Das die Funktion des Rotorschaufelrades übernehmende Schaufelrad ist in beiden Fällen mit der Getriebeausgangswelle über den mechanischen Getriebeteil gekoppelt. Die Anbindung der hydrodynamischen Kupplung an die Antriebswelle bzw. den mechanischen Getriebeteil der Getriebebaueinheit erfolgt dabei derart, dass zur Realisierung des ersten Betriebszustandes das Sekundärrad mit dem mechanischen Getriebeteil und das Primärrad mit der Getriebeeingangswelle verbindbar ist, während zur Realisierung der zweiten Betriebsweise, d.h. zur Abbremsung, eines der beiden Schaufelräder festgesetzt wird. Zu diesem Zweck sind der hydrodynamischen Kupplung Mittel zur Festsetzung und Entkopplung vom Antriebsstrang zugeordnet. Diese Ausführung erlaubt zwar die Gestaltung einer besonders kompakten Getriebebaueinheit, da auf ein separates Bauelement in Form des Retarders verzichtet werden kann. Ein Nachteil besteht jedoch darin, dass die zur Festsetzung des jeweiligen Schaufelrades verwendete Bremseinrichtung in der Regel als Scheibenbremseinrichtung ausgeführt ist, so dass bezüglich der Abstützung der Momente eine entsprechende Dimensionierung erforderlich ist, die zu einer Vergrößerung des erforderlichen Bauraumes in axialer und radialer Richtung führt.

Eine weitere Ausführung einer Getriebebaueinheit, insbesondere einer Anfahreinheit, ist aus der WO 02/21020 A1 bekannt. Die Anfahreinheit umfasst dabei ein Anfahrelement in Form eines hydrodynamischen Bauelementes mit mindestens einem Primärschaufelrad und einem Sekundärschaufelrad. Die Anfahreinheit umfasst ferner einen Eingang und einen Ausgang. Das Anfahrelement selbst weist eine An- und eine Abtriebsseite auf. Die Abtriebsseite des Anfahrelementes in Form der hydrodynamischen Kupplung ist mit dem Ausgang der Anfahreinheit verbunden. Dabei ist zwischen dem Sekundärrad, d.h. dem Abtrieb des Anfahrelementes, und dem Ausgang der Anfahreinheit ein Freilauf vorgesehen. Der Freilauf ermöglicht als richtungsgeschaltete Kupplung im wesentlichen die zwei folgenden Funktionszustände:

1. Ist die Drehzahl auf der Abtriebsseite des Anfahrelementes, d.h. dem Sekundärrad, gleich der am Ausgang der Anfahreinheit, wird ein Moment vom Sekundärrad auf den Ausgang der Anfahreinheit übertragen.
2. Ist die Drehzahl des Sekundärrades, d.h. des Abtriebes des Anfahrelementes, geringer als am Ausgang der Anfahreinheit, wird über das Sekundärrad kein Moment auf den Ausgang übertragen. Das Sekundärrad ist frei.

Ferner umfasst diese Anfahreinheit eine Einrichtung zum wahlweisen Festhalten des Sekundärrades, wodurch gleichzeitig die vollwertige Funktion des hydrodynamischen Bauelementes als hydrodynamischer Retarder realisiert wird. Eine separate hydrodynamische Bremseinrichtung, welche insbesondere beim Einsatz in Nutzkraftwagen Verwendung findet, kann dann entfallen. Die Ventilationsverluste des Retarders sind im Vergleich zum konventionellen Retarder sehr gering. Die Einrichtung zum Festhalten bzw. zur Ankopplung des Sekundärrades an das Gehäuse ist im einfachsten Fall als Bremseinrichtung in Scheibenbauweise ausgeführt. Dabei stellt sich jedoch das Problem, dass eine Abstützung sehr hoher Bremsmomente nur durch die entsprechende Auslegung der Scheibenbremseinrichtung möglich ist, was wiederum eine entsprechende Dimensionierung bedingt, die sich in einer Vergrößerung des erforderlichen Bauraumes, insbesondere in axialer und/oder radialer Richtung, niederschlägt, um die kraftschlüssig miteinander in Wirkverbindung bringbaren Flächen bereitstellen zu können. Ferner ist mit beiden genannten Lösungen keine befriedigende Wirkung als Feststellbremse beim Anfahren am Berg erzielbar, da hier zur Betätigung der Bremseinrichtung immer sehr große Kräfte aufzubringen sind und geringe Schwankungen bereits zum Rutschen der Bremseinrichtung führen. Auch sind Reibbremseinrichtungen erhöhtem Verschleiß unterworfen.

Aus der Druckschrift DE 101 04 813 A1 ist eine Getriebebaueinheit mit einer Anfahreinheit bekannt, die als hydrodynamische Kupplung ausgebildet ist und mindestens ein Primärrad und ein Sekundärrad umfasst, die miteinander einen mit Betriebsmittel befüllbaren Arbeitsraum bilden. Der Anfahreinheit ist eine Überbrückungskupplung zugeordnet, welche das Primärrad mit dem Sekundärrad drehfest verbindet. Die Überbrückungskupplung ist als synchron schaltbare Kupplung ausgeführt und basiert auf Formschluß. Ferner ist zur Realisierung der Funktion des Retarders durch eine hydrodynamische Komponente dieser eine Bremseinrichtung zugeordnet, die als Reibbremse ausgeführt ist. Diese ist wie für die Ausführung gemäß WO 02/21020 A1 beschrieben, dem Sekundärrad zugeordnet. Auch bei dieser Ausführung ist es zum einen erforderlich, der Bremseinrichtung entsprechende Betätigungsmittel zuzuordnen, die in der Regel nur im Betrieb des Systems fungieren, da diese hydraulisch oder pneumatisch betätigt werden. Auch hier stellt sich das Problem, dass eine Abstützung sehr hoher Bremsmomente nur durch die entsprechende Auslegung der Bremseinrichtung möglich ist, was wiederum eine entsprechende Dimensionierung bedingt und sich in der Vergrößerung des erforderlichen Bauraumes, insbesondere in radialer Richtung niederschlägt. Dem gegenüber offenbart die WO 00/55020 A1 eine Ausführung, bei der die dem Sekundärrad zugeordnete Bremseinrichtung als hydrodynamischer Retarder ausgeführt ist. Diese Bremseinrichtung arbeitet zwar verschleißfrei, benötigt jedoch zur Abstützung entsprechend hoher Bremsmomente ebenfalls Bauraum in radialer und axialer Richtung und ferner ein entsprechendes Betriebsmittelversorgungssystem.

Eine weitere Ausführung einer hydrodynamischen Anfahreinheit mit Mitteln zur Festsetzung des Sekundärrades gegenüber einem Gehäuse durch eine elektromagnetische Bremseinrichtung ist der Druckschrift CH 195718 zu entnehmen. Auch hier erfolgt die Betätigung aktiv, d. h. durch Anlegen eines entsprechenden Erregerstromes. Das Sekundärrad wird dabei so lange festgehalten, wie der Strom anliegt. Die Betätigung ist in entsprechender Weise in eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung zu integrieren, um keine unerwünschten Betriebszustände zu erhalten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anfahreinheit der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die genannten Nachteile vermieden werden. Diese soll dabei durch einen geringen konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand sowie eine geringe Baulänge in axialer Richtung und in radialer Richtung und eine nahezu verschleißlose Betriebsweise charakterisiert sein. Die Funktionsweise der Bremseinrichtung ist dabei möglichst mit geringem steuerungstechnischen Aufwand einfach zu realisieren. Aufwendige Steuerungen und/oder Regelungen sind zu vermeiden.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Eine Anfahreinheit mit einem Eingang und einem Ausgang und einem zwischen diesen angeordneten hydrodynamischen Bauelement, umfassend ein mit dem Eingang koppelbares Primärrad und ein mit dem Ausgang koppelbares Sekundärrad, die miteinander einen mit Betriebsmittel befüllbaren torusförmigen Arbeitsraum bilden, umfasst eine dem Sekundärrad zugeordnete kraftschlüssige Bremseinrichtung. Das hydrodynamische Bauelement ist dabei frei von einem Leitrad. Dies bedeutet, dass das hydrodynamische Bauelement im Traktionsbetrieb zur Leistungsübertragung zwischen Eingang und Ausgang als hydrodynamische Kupplung und damit Drehzahlwandler fungiert. Dem Sekundärrad ist eine kraftschlüssige Bremseinrichtung zugeordnet, welche ein Festsetzen des Sekundärrades gegenüber dem Gehäuse oder einem ruhenden, d.h. ortsfesten Bauteil ermöglicht. Erfindungsgemäß ist dem Sekundärrad oder dessen Verbindung mit dem Ausgang eine synchron schaltbare formschlüssige Kupplung zur Realisierung einer formschlüssigen Verbindung zwischen einem Gehäuse oder einem ortsfesten Bauteil und dem Sekundärrad oder der Verbindung dessen mit dem Ausgang vorgesehen. Der Formschluss erfolgt dabei in Umfangsrichtung, so dass eine Relativbewegung des Sekundärrades bzw. des mit diesem drehfest gekoppelten Elementes gegenüber dem Gehäuse oder dem ortsfesten Bauteil in Umfangsrichtung ausgeschlossen wird, bzw. nur im Rahmen des Kupplungsspiels möglich ist. Dieser ist eine Betätigungseinrichtung zugeordnet. Zur Einstellung des normalen Bremsbetriebes, d.h. bei Auftreten eines Fahrerwunsches bzw. eines diesen wenigstens mittelbar, d.h. direkt oder indirekt charakterisierenden Signals zur Verringerung der Fahrgeschwindigkeit, der Einhaltung einer Beschleunigung oder der Erzeugung eines bestimmten Bremsmomentes wird dabei die Bremseinrichtung zum Abbremsen des Sekundärrades aktiviert. Die Abbremsung erfolgt dabei nahezu bis zum Stillstand, vorzugsweise bis zum Stillstand. Das hydrodynamische Bauelement wird entsprechend des gewünschten Bremsmomentes bzw. der erforderlichen Bremsleistung befüllt oder befindet sich noch im befüllten Zustand. Bei Erreichen des Stillstandes oder einer sehr geringen Umlaufgeschwindigkeit am Sekundärrad erfolgt eine Aktivierung der synchron schaltbaren Kupplung. Diese koppelt das Sekundärrad oder ein mit diesem drehfest gekoppeltes Element an das Gehäuse oder ein ortsfestes Bauteil. Die synchron schaltbare Kupplung übernimmt somit hier die Funktion einer Brems- bzw. Festhalteeinrichtung für das Sekundärrad bzw. das mit diesem drehfest gekoppelte Element.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird es möglich, die kraftschlüssige Bremseinrichtung hinsichtlich ihrer Dimensionierung sehr klein und kompakt auszulegen, beispielsweise als einfache Scheibenbremseinrichtung, da diese lediglich derart dimensioniert werden muss, dass eine Abbremsung des Sekundärrades bis zum Stillstand oder nahezu zum Stillstand möglich ist. Eine Abstützung des mittels des dann als Retarder arbeitenden hydrodynamischen Bauelementes aufgebrachten Bremsmomentes erfolgt allein über die synchron schaltbare formschlüssige Kupplung am Gehäuse oder einem ortsfesten Bauteil nahezu verschleißlos.

Die schaltbare formschlüssige Kupplung kann dabei der Bremseinrichtung in Leistungsübertragungsrichtung vom Eingang zum Ausgang der Anfahreinheit betrachtet nachgeschaltet oder vorgeschaltet sein.

Die Betätigungseinrichtung der synchron schaltbaren Kupplung kann vielgestaltig ausgeführt sein. Denkbar sind mechanisch, elektrisch, pneumatisch, hydraulisch oder elektro-mechanisch, elektro-pneumatisch, elektro-hydraulische Lösungen. Die konkrete Ausführung ist abhängig von den Randbedingungen des Einsatzfalles. Vorzugsweise werden jedoch Lösungen gewählt, bei denen mit geringem Aufwand, insbesondere mit kleinen Stelleinrichtungen große Kräfte erzeugt werden können und die einfach in Fahrsteuerungen integrierbar sind.

Die synchron schaltbare formschlüssige Kupplung umfasst wenigstens ein axial verschiebbares formschlüssige Mitnahmeelemente aufweisendes oder tragendes erstes Kupplungselement, welches bei Aktivierung der Kupplung mit dazu komplementär ausgebildeten Mitnahmeelementen am Gehäuse oder dem ortsfesten Bauteil und dem Sekundärrad in Eingriff steht und an welchem die Betätigungseinrichtung wenigstens mittelbar, d.h. direkt oder über weitere Übertragungselemente wirksam wird. Es sind Mittel zur axialen Festsetzung des ersten Kupplungselementes, d.h. zur Lagefixierung in axialer Richtung vom Eingang zum Ausgang betrachtet vorgesehen. Diese werden gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung von der Betätigungseinrichtung mit gebildet, so dass keine zusätzlichen Maßnahmen erforderlich werden. D.h., dass beispielsweise bei Nutzung einer elektro-pneumatischen oder hydraulischen Betätigungseinrichtung der Druck zur Aktivierung der schaltbaren Kupplung zum Halten des Kupplungselementes in seiner Lage genutzt wird. Dazu ist beispielsweise das Kupplungselement als Kolben ausgebildet oder mit mindestens einem Kolben drehfest gekoppelt, wobei die Betätigungseinrichtung am Kolben wirksam wird. Bei Lösungen, bei welchem der Betätigungsdruck hydraulisch oder pneumatisch erzeugt wird, wird der Kolben druckmitteldicht im Gehäuse oder dem ortsfesten Bauteil oder an beiden geführt ist, wobei die zur Beaufschlagung des Kolbens erforderlichen Druckkammern vom Gehäuse oder dem ortsfesten Bauteil oder beiden gebildet werden. Die Betätigungseinrichtung weist dazu ein Druckbereitstellungssystem auf, umfassend eine Druckquelle, die den Kolben oder einen ersten Kolben auf der der Verschiebungsrichtung zum Erreichen der Eingriffsstellung entgegengesetzt ausgerichteten Stirnseite beaufschlagt. Diese Druckquelle oder eine weitere Druckquelle kann dann dazugenutzt werden, den Kolben oder einen zweiten Kolben auf einer in Verschiebungsrichtung zum Eingriff gerichteten Stirnseite zu beaufschlagen. Im erstgenanten Fall wird der Kolben oder bei Lösungen mit zwei Kolben ein zweiter Kolben auf der der Verschiebungsrichtung zum Erreichen der Eingriffsstellung entgegengesetzt ausgerichteten Stirnseite von der Druckquelle zur Deaktivierung beaufschlagt, und der Wechsel zwischen Aktivierung und Deaktivierung und damit der Beaufschlagung der unterschiedlichen Kolbenflächen wird über Mittel zur wahlweisen Beaufschlagung der einzelnen Kolbenstirnseiten oder Kolben, vorzugsweise eine Ventileinrichtung gesteuert.

Die Mitnahmeelemente am Kupplungselement und dem Sekundärrad, dem Gehäuse oder dem ortsfesten Bauteil sind in axialer Richtung betrachtet gerade oder gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung schräg ausgerichtet, d.h. dass die die Mitnahmeelemente charakterisierenden Flanken bzw. Flankenlinien oder Flächen in axialer Richtung betrachtet im ersten Fall parallel zur theoretischen Rotationsachse des Sekundärrades bzw. m weiten Fall bei Projizierung der die Mitnahmeelemente tragenden Umfangsflächen in eine Ebene und Verschiebung dieser bis zur Rotationsachse in einem Winkel zur Rotationsachse verlaufen. Die den Verlauf der einzelnen Mitnahmeelemente beschreibenden Flankenlinien sind dann in axialer Richtung vom Eingang zum Ausgang in Umfangsrichtung betrachtet entgegen der Drehrichtung des Sekundärrades bzw. der mit dem Primärrad gekoppelten Antriebsmaschine ausgerichtet. Mit dieser Lösung wird es möglich, eine selbsttätige Rückstellung des Kupplungselementes bei Unterbrechung oder Deaktivierung der Betätigungs- und Haltekraft in axialer Richtung zu erzielen, indem das Restmoment bzw. Überschussmoment des hydraulischen Kreislaufes im torusförmigen Arbeitsraum bei Beendigung des Bremsvorganges bzw. Anfahren am Berg genutzt wird. Diese Lösung zeichnet sich durch einen besonders geringen fertigungs- und steuerungstechnischen Aufwand aus, da lediglich zur Aktivierung der schaltbaren Kupplung, d.h. Verschiebung in axialer Richtung zum Zweck des in Eingriff Bringens der Mitnahmeelemente eine Betätigungskraft und zum Halten des Kupplungselementes in seiner Position in axialer Richtung eine Haltekraft erforderlich sind, während zur Deaktivierung nur eine Unterbrechung bzw. Reduzierung dieser Kräfte bis auf Null erforderlich ist.

Zur Realisierung eines Eingriffs ausgehend von einer Ausgangsposition und der selbsttätigen Rückstellung ist ein Mitnahmeelement durch eine sehr große Steigung charakterisiert. Betrachtet über die Länge in axialer Richtung erfolgt keine vollständige Umschlingung in Umfangsrichtung, vorzugsweise nur eine teilweise Umschlingung. Die Größe des Flankenwinkels der Mitnahmeelemente liegt vorzugsweise in einem Bereich von einschließlich 20° bis einschließlich 45° Zur Überwindung der Haftreibung des Kupplungselementes ist zwischen diesem und dem Gehäuse oder dem ortfesten Bauteil eine Rückholfeder angeordnet. Die Federkraft der Rückholfeder ist dabei größer als die Gleitreibungskraft des Kupplungselementes. Die Hauptaufgabe der Federeinrichtung besteht dabei darin, das Kupplungselement im Ausgangszustand zu halten und abzustützen.

Die formschlüssigen Mitnahmeelemente sind in Abhängigkeit der Ausgestaltung des Kupplungselementes, des Sekundärrades und des Gehäuses sowie des ortsfesten Bauteiles und deren räumlicher Zuordnung zueinander an diesen angeordnet. Ist das erste Kupplungselement wenigstens teilweise als Hülse mit größerem Innendurchmesser als der Außendurchmesser des Sekundärrades im Kupplungsbereich ausgebildet, sind die Mitnahmeelemente am Innenumfang des als Hülse ausgebildeten Teils angeordnet. Die zu den Mitnahmeelementen am ersten Kupplungselement komplementär ausgebildeten Mitnahmeelemente am Sekundärrad oder der Verbindung dessen mit dem Ausgang sind an deren Außenumfang angeordnet. Die zu den Mitnahmeelementen am ersten Kupplungselement komplementär ausgebildeten Mitnahmeelemente am ortsfesten Bauteil oder am Gehäuse können dann ebenfalls am Außenumfang dieser Elemente angeordnet sein. Ist zusätzlich wenigstens ein Teil der Mitnahmeelemente am ersten Kupplungselement oder sind diese generell an dessen Außenumfang angeordnet, werden die zu den Mitnahmeelementen am ersten Kupplungselement komplementär ausgebildeten Mitnahmeelemente am Sekundärrad oder dessen Verbindung mit dem Ausgang am Innenumfang angeordnet. Dies gilt in Analogie für die zu den Mitnahmeelementen am ersten Kupplungselement komplementär ausgebildeten Mitnahmeelemente am ortsfesten Bauteil oder am Gehäuse.

Die synchronschaltbare Kupplung kann als Klauenkupplung oder Zahnkupplung ausgebildet sein. Die Mitnahmeelemente sind dann als Klauen oder mit Evolventenverzahnung ausgeführt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Anfahreinheit ist zwischen dem Sekundärrad und dem Ausgang ein Freilauf angeordnet. Die Anordnung der schaltbaren Kupplungseinrichtung kann dabei räumlich vor oder nach dem Freilauf in axialer Richtung betrachtet erfolgen, d.h. diese ist unabhängig von diesem. Funktional ist diese jedoch dem Freilauf vorgeschaltet. Der Freilauf ermöglicht als richtungsgeschaltete Kupplung im wesentlichen die zwei folgenden Funktionszustände:

1. Ist die Drehzahl auf der Abtriebsseite des Anfahrelementes, d. h. dem Turbinenrad gleich der am Ausgang der Multifunktionseinheit wird ein Moment vom Turbinenrad auf den Ausgang der Multifunktionseinheit übertragen.
2. Ist die Drehzahl des Turbinenrades, d. h. des Abtriebes des Anfahrelementes geringer als am Ausgang der Anfahreinheit wird über das Turbinenrad kein Moment auf den Ausgang übertragen, das Turbinenrad läuft frei.

Diese Lösung bietet neben der Realisierung eines nahezu verschleißfreien Anfahr- und Bremsvorganges den Vorteil, dass während des Schaltvorganges das hydrodynamische Bauelement nicht entleert werden muss und auch keine zusätzliche Trennkupplung zur Leistungsunterbrechung erforderlich ist. Die Abkoppelung des Einganges, welcher in der Regel die Getriebeeingangswelle bildet, von den nachgeordneten Schaltstufen erfolgt allein über den Freilauf und sichert somit die Funktion der Synchroneinrichtung im Schaltgetriebe.

Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Anfahreinheit neben dem Anfahrelement in Form einer hydrodynamischen Kupplung eine Überbrückungskupplung, wobei beide parallel zueinander geschaltet sind, jedoch nur während zeitlich geringer oder definierter Phasen gemeinsam im Eingriff sind, wobei der Leistungsfluss zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Anfahreinheit unterbrechbar ist. Diese Unterbrechbarkeit kann dabei beim Einsatz der Anfahreinheit in automatisierten Schaltgetrieben mit der Anfahreinheit nachgeordnetem mechanischem Getriebeteil durch die Schaltbarkeit der Überbrückungskupplung bei gleichzeitiger Entleerung bzw. bereits geleerter hydrodynamischer Kupplung oder beim Einsatz in automatisierten Schaltgetrieben mit mechanischem Getriebeteil oder Nach- bzw. Gruppenschaltsatz beim Umschalten zwischen den ersten beiden unteren Gangstufen durch die Entleerung der hydrodynamischen Kupplung erfolgen. Vorzugsweise werden bei einer derartigen Ausführung die Abtriebsseiten der hydrodynamischen Kupplung und der Überbrückungskupplung drehfest miteinander über den Freilauf gekoppelt. Der Vorteil dieser Anordnung besteht im wesentlichen darin, dass nur zwei Zustände bezüglich der Leistungsübertragung vom Eingang der Anfahreinheit bis zum Ausgang unterschieden werden müssen, wobei die Leistungsübertragung entweder rein mechanisch über die Überbrückungskupplung oder hydrodynamisch über das hydrodynamische Bauelement erfolgt. Durch die geeignete Ansteuerung können dabei die Vorteile der hydrodynamischen Leistungsübertragung für bestimmte Fahrzustände optimal genutzt werden. Dies gilt insbesondere für den Anfahrvorgang, welcher vollständig verschleißfrei erfolgen kann, wobei in allen anderen Fahrzuständen eine vollständige Überbrückung der schlupfbehafteten hydrodynamischen Kupplung realisiert wird. Ab einem bestimmten Schlupfzustand, welcher abhängig von der Auslegung der hydrodynamischen Kupplung ist, erfolgt die Überbrückung durch eine Kopplung zwischen dem Pumpen- und dem Turbinenrad mittels mechanischer Überbrückungskupplung. Die Antriebsleistung wird von einer mit der Multifunktionseinheit, insbesondere dem Eingang koppelbaren Antriebsmaschine mit nur geringen Verlusten, bedingt durch die mechanischen Übertragungssysteme und die notwendige Hilfsenergie, auf den Ausgang übertragen. Da für den Einsatz in Schaltgetrieben, insbesondere synchronisierten Schaltgetrieben beim Wechsel zwischen zwei Gangstufen die Verbindung zwischen der Antriebsmaschine und dem Abtrieb in der Regel getrennt werden sollte, wird diese Aufgabe der Überbrückungskupplung zugeordnet.

Die drehfeste Verbindung zwischen den Abtriebsseiten des hydrodynamischen Bauelementes, insbesondere der hydrodynamischen Kupplung vor dem Freilauf und der Überbrückungskupplung kann dabei lösbar oder unlösbar bezüglich der Montage erfolgen. Die Verbindung selbst kann im erstgenannten Fall form- und/oder kraftschlüssig erfolgen. Im zweiten Fall kann die Verbindung beispielsweise durch Stoffschluss oder durch Ausführung als integrale Baueinheit von Turbinenrad der Turbokupplung und Abtrieb der Überbrückungskupplung – bei Ausführung als mechanische Kupplung in Lamellenbauweise in Form der Kupplungsausgangsscheibe der Überbrückungskupplung – realisiert werden. Die konkrete Auswahl der Verbindungsart erfolgt entsprechend den Erfordernissen des Einsatzfalles.

Die Überbrückungskupplung ist als mechanische Reibkupplung, vorzugsweise in Lamellenbauart und vorzugsweise nass laufend ausgeführt.

Vorzugsweise erfolgt die Integration der Komponenten hydrodynamische Kupplung, Überbrückungskupplung sowie des Freilaufes in einem gemeinsamen Gehäuse, wobei die Überbrückungskupplung vorzugsweise im Betriebsmittel der hydrodynamischen Kupplung mit umläuft. Das gemeinsam nutzbare Gehäuse kann dabei

1. vom Gehäuse des hydrodynamischen Bauelementes, insbesondere der hydrodynamischen Kupplung oder des hydrodynamischen Wandlers oder
2. einem separaten Gehäuse oder
3. dem Gehäuse von Anschlusselementen, beispielsweise einer Antriebsmaschine oder des Getriebes gebildet werden.

Denkbar ist im letzten Fall beispielsweise die Ausbildung des Gehäuses entweder allein von der mit der Anfahreinheit koppelbaren Antriebsmaschine oder der mit der Anfahreinheit koppelbaren Getriebebaueinheit oder von beiden an die Anfahreinheit anschließenden Elementen.

Die erfindungsgemäß gestaltete Anfahreinheit baut sehr klein und hat somit bei Integration in einer Getriebebaueinheit, insbesondere einem manuellen Schaltgetriebe, einem automatisierten Schaltgetriebe oder Automatgetriebe, wobei letzteres sowohl Schaltstufen als auch stufenlose Getriebe umfassen kann, nur geringen Einfluss auf die Baulänge. Die bauliche Einheit aus hydrodynamischer Kupplung, Überbrückungskupplung und Freilauf kann als modulare Baueinheit vormontiert im Handel angeboten und geliefert werden. Die Integration in einer Anschlusseinheit erfolgt dann kraftschlüssig und/oder formschlüssig, beispielsweise durch Aufstecken der modularen Baueinheit auf eine Eingangswelle des Anschlusselementes, insbesondere einer Getriebebaueinheit oder die Realisierung einer Welle-Nabe-Verbindung zwischen dem Ausgang der Anfahreinheit und dem Eingang der Anschlusseinheit, wobei die Eingangswelle der Anschlusseinheit gleichzeitig die Ausgangswelle der Anfahreinheit im montierten Zustand bilden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
1 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung anhand eines Ausschnittes aus einer Getriebebaueinheit den Grundaufbau einer erfindungsgemäß gestalteten Anfahreinheit;
2 verdeutlicht anhand einer Ausführung einer Anfahreinheit gemäß 1 eine erste Ausführung der schaltbaren Kupplung und deren Ansteuerung;
3 verdeutlicht eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung einer schaltbaren Kupplung mit selbsttätiger Rückstellmöglichkeit.
Die 1 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung anhand eines Ausschnittes aus einer Getriebebaueinheit 1 den Grundaufbau einer erfindungsgemäß gestalteten Anfahreinheit 2, umfassend ein Anfahrelement 3. Das Anfahrelement 3 ist als hydrodynamisches Bauelement 33, insbesondere hydrodynamische Kupplung 4 ausgebildet. Diese umfasst wenigstens ein als Pumpenrad 5 fungierendes Primärrad und ein als Turbinenrad 6 fungierendes Sekundärrad, welche miteinander einen mit Betriebsmittel befüllbaren torusförmigen Arbeitsraum 7 bilden. Die Anfahreinheit umfasst ferner einen mit einer hier nicht dargestellten Antriebsmaschine wenigstens mittelbar koppelbaren Antrieb bzw. Eingang E und einen, mit dem Abtrieb im Antriebssystem wenigstens mittelbar koppelbaren Abtrieb, welcher auch als Ausgang A bezeichnet wird. Die Bezeichnungen Eingang und Ausgang beziehen sich dabei auf die Kraftübertragungsrichtung im Traktionsbetrieb von der Antriebsmaschine zum Abtrieb betrachtet. Die Ein- und Ausgänge E und A sind beispielsweise in Form von Voll- oder Hohlwellen ausgeführt, die jeweils mit den entsprechenden Anschlusselementen Antriebsmaschine oder Schaltstufen in bekannter Weise koppelbar sind. Eine andere bekannte Kopplung zwischen Eingang und Primärrad 5 erfolgt über in Umfangsrichtung drehsteife und in axialer Richtung biegeweiche Flexplates. Im Funktionszustand Anfahren fungiert das hydrodynamische Bauelement 33 als hydrodynamische Kupplung 4. Die Leistungsübertragung erfolgt dabei vom Primärrad 5 zum Sekundärrad 6 und damit zum Ausgang A. Die hydrodynamische Kupplung 4 als Anfahrelement 3 umfasst dabei in Leistungsübertragungsrichtung betrachtet ebenfalls einen Antrieb 8 und einen Abtrieb 9. Der Antrieb 8 wird dabei vom Primärrad 5 bzw. einem mit diesem drehfest gekoppelten Element gebildet, während der Abtrieb 9 vom Sekundärrad 6 gebildet wird. Neben der Funktionsweise des hydrodynamischen Bauelementes als hydrodynamische Kupplung 4 ist es durch entsprechende Funktionszuweisung zu den einzelnen Schaufelrädern auch möglich, dieses als hydrodynamischen Retarder 10 zu betreiben. Dazu ist dem hydrodynamischen Bauelement 33 eine Bremseinrichtung 11 zugeordnet, welche vorzugsweise als Scheibenbremse in Lamellenbauart ausgeführt ist und die mit dem Abtrieb 9 des hydrodynamischen Bauelementes gekoppelt ist. Die Funktionsweise der Bremseinrichtung 11 basiert auf Kraftschluss. Dazu umfasst diese mindestens eine erste ortsfeste Scheibe 12, welche vorzugsweise am Gehäuse 13, welches hier nur schematisch angedeutet ist und das mehrteilig ausgeführt sein kann, angeordnet bzw. gelagert ist, und ein zweites Scheibenelement 14, welches wenigstens mittelbar, d.h. entweder direkt oder über weitere zwischengeschaltete Scheibenelemente mit der ortsfesten Scheibe 12 in Wirkverbindung bringbar ist. Das zweite Scheibenelement 14 ist dabei drehfest mit dem Abtrieb 9, insbesondere dem Sekundärrad 6, gekoppelt. Mit dem hydrodynamischen Bauelement werden dabei wenigstens zwei Betriebszustände – ein erster Betriebszustand zur Leistungsübertragung, welche insbesondere während des Anfahrvorganges zum Tragen kommt und die Funktion einer hydrodynamischen Kupplung 4 beschreibt, und ein zweiter Betriebszustand zur Abbremsung – realisiert. Zur Realisierung der Funktion als hydrodynamischer Retarder 10 erfolgt die Zuordnung der Funktion des Statorschaufelrades durch Festsetzung gegenüber einem ruhenden Getriebeteil, insbesondere dem Gehäuse 13 oder einem anderen ortsfesten Bauelement zum Sekundärrad 6, d.h. zu dem bei Funktion als hydrodynamische Kupplung 4 fungierenden Turbinenrad 6. Die Funktion des Rotorschaufelrades wird dabei vom Primärschaufelrad 5, welches bei Funktionsweise als hydrodynamische Kupplung auch als Pumpenrad fungiert, übernommen. Die Beaufschlagung der Bremseinrichtung 11, insbesondere der Scheibenelemente 12 und 14, erfolgt dabei überein im Gehäuse gelagertes Kolbenelement 15. Um die Bremseinrichtung 11 möglichst klein zu dimensionieren ist erfindungsgemäß eine synchron schaltbare formschlüssige Kupplung 16 vorgesehen, welche dem Sekundärrad 6, d.h. bei Funktion als hydrodynamische Kupplung 4, dem Turbinenrad zugeordnet ist und dieses mit dem Gehäuse 13 oder einem ortsfesten Bauteil 34 koppelt. Diese fungiert somit als Bremse 17 bzw. Festsetzeinrichtung für das Sekundärrad 6 und umfasst mindestens ein, am Gehäuse 13 oder einem anderen ruhenden Bauteil 34 gelagerten bzw. geführten Kolben 18 als Kupplungselement, welcher wenigstens in axialer Richtung verschiebbar ist, und weist dabei Mitnahmeelemente 19 auf, welche mit dazu komplementär ausgeführten Mitnahmeelementen 20 am Sekundärrad 6 bzw. einem, mit diesem drehfest gekoppelten Element und Mitnahmeelementen 35 am Gehäuse 13 oder einem ortsfesten Bauteil 34 in Wirkverbindung bringbar sind. Damit wird es möglich, die Bremseinrichtung 11 in Form einer Scheibenbremseinrichtung hinsichtlich ihrer Dimensionierung sehr klein zu halten, da die Abstützung des Momentes im Bremsbetrieb am Sekundärrad 6 primär über die synchron schaltbare formschlüssige Kupplung 16 erfolgt, indem die Bremseinrichtung 11 nur noch zum Absenken der Drehzahl des Sekundärrades 6 bis nahezu Null oder Null genutzt wird und in diesem Zustand die synchron schaltbare Kupplung 16 aktiviert wird, wobei nach erfolgtem Eingriff die Bremseinrichtung 11 wieder gelöst werden kann. Das Sekundärrad 6 fungiert dann nach wie vor als Statorschaufelrad eines Retarders 10.
Die Anfahreinheit 2 umfasst ferner eine hier im Einzelnen nicht dargestellte schaltbare Kupplung 21 als Überbrückungskupplung 22, die parallel zum hydrodynamischen Bauelement 33 angeordnet ist und parallel zu diesem schaltbar ist. Dies bedeutet, dass entweder die Leistungsübertragung allein über die hydrodynamische Kupplung 4 oder über die Überbrückungskupplung 22 erfolgt. Die Überbrückungskupplung 22 kann dabei vielgestaltig ausgeführt sein. Diese dient zur Realisierung der drehfesten Kopplung zwischen Primärrad 5 und Sekundärrad 6 unter Umgehung der hydrodynamischen Leistungsübertragung durch den sich im torusförmigen Arbeitsraum 7 einstellenden Arbeitskreislauf 23. Die Überbrückungskupplung ist dabei vorzugsweise in Form einer Scheiben-, insbesondere Lamellenkupplung, ausgebildet. Diese umfasst dann mindestens eine hier nicht dargestellte Kupplungseingangsscheibe 24 und eine Kupplungsausgangsscheibe 25, welche wenigstens mittelbar reibschlüssig miteinander in Wirkverbindung bringbar sind, d.h. entweder direkt oder über weitere scheibenförmige Zwischenelemente Reibpaarungen miteinander bilden. Ferner ist zwischen dem Sekundärrad 6 bzw. dem Abtrieb 9 der hydrodynamischen Kupplung 4 und dem Ausgang A ein Freilauf F vorgesehen. Damit wird es möglich, neben dem Anfahrvorgang auch bei Kupplungsvorgängen beim Einsatz in Schaltgetrieben positive Effekte zu erzielen, wobei während des Gangstufenwechsels übermäßiger Verschleiß in den Synchronisiereinrichtungen in den der Anfahreinheit nachgeordneten Drehzahl/Drehmomentwandlungseinheiten vermindert oder vermieden werden kann und somit der Komfort erhalten bleibt bzw. gegenüber den bisherigen Lösungen verbessert wird.
Die Anfahreinheit 2 ist in Antriebssträngen mit mindestens einer Drehzahl/Drehmomentwandlungseinrichtung, vorzugsweise mechanisch, gekoppelt und bildet dabei mit entsprechenden Schaltstufen die Getriebebaueinheit 1. Vorzugsweise ist die Anfahreinheit 2 dabei Bestandteil der Getriebebaueinheit 1, so dass der Ausgang A mit dem Eingang weiterer Drehzahl/Drehmomentwandlungseinheiten gekoppelt ist. Diese werden bei automatisierten Schaltgetrieben in der Regel von mechanischen Übersetzungsstufen gebildet. Das Gesamtgetriebe aus Anfahreinheit 1 und nachgeordneten Drehzahl/Drehmomentwandlungseinheiten weist dabei als Eingangswelle den Eingang E der Anfahreinheit auf. Um einen Gangstufenwechsel in einer Schaltgetriebebaueinheit vornehmen zu können, muss die Getriebeeingangswelle, welche von dem Eingang E der Anfahreinheit 1 gebildet wird, momentenfrei sein und von zusätzlichen Massen entkoppelt werden. Andernfalls besteht die Gefahr, dass die Synchronelemente und/oder Klauen der Schaltelemente der Drehzahl/Drehmomentwandlungseinheiten, insbesondere der der Anfahreinheit 2 nachgeordneten Übersetzungsstufen, den Gangstufenwechsel nicht bewältigen können oder erheblich belastet werden und verschleißen. Zur Vornahme eines Gangstufenwechsel muss dabei sowohl die Antriebsmaschine als auch das Sekundärrad 6 der hydrodynamischen Kupplung 4 von der Getriebeeingangswelle, welche vom Eingang E gebildet wird oder mit diesem drehfest gekoppelt ist, abgekoppelt werden. Die Antriebsmaschine ist dabei bei geöffneter Überbrückungskupplung 22 mechanisch abgekoppelt. Die Abkopplung des als Turbinenrad fungierenden Sekundärrades 6 der hydrodynamischen Kupplung 4 wird durch den Freilauf F erreicht, der für diese Aufgabe frei laufen muss. Zu diesem Zweck muss die Drehzahl n_T des Sekundärrades 6 unter die Drehzahl des Ausganges A abgesenkt werden. Dies erfolgt dabei entweder durch das Absenken der Drehzahl n_M der Antriebsmaschine, da die Drehzahl des Sekundärrades 6 bei befüllter hydrodynamischer Kupplung 4 durch das Primärrad 5 reduziert wird, welches dann mit reduzierter Drehzahl der Antriebsmaschine oder einer entsprechend proportional dazu am Eingang E des Anfahrelementes 3 anliegenden Drehzahl läuft oder es wird durch die Bremseinrichtung 11 eine Absenkung der Drehzahl n_T am als Turbinenrad fungierenden Sekundärrad 6 bewirkt. Bei Vornahme eines Gangstufenwechsels, welcher eine Hochschaltung charakterisiert, ist die Drehzahl am Eingang E nach der Hochschaltung um einen bestimmten Stufensprung verringert. Die Drehzahl des Sekundärrades 6 n_T muss in diesem Fall unter diese Anschlussdrehzahl, d.h, die Zieldrehzahl der Antriebsmaschine im einzulegenden Gang und damit am Eingang E anliegenden Drehzahl oder einer proportional zu dieser am Eingang E anliegenden Drehzahl abgesenkt werden, damit der Freilauf F frei läuft und der Schaltvorgang ermöglicht werden kann.
Die 2 verdeutlicht anhand eines Ausschnittes aus der Getnebebaueinheit 1 gemäß 1 noch einmal den Grundaufbau der erfindungsgemäßen Anfahreinheit 2, insbesondere der synchron schaltbaren Kupplung 16 mit zugeordneter Betätigungseinrichtung 36. Der Grundaufbau entspricht dem in der 1 beschriebenen, weshalb für gleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. Die synchron schaltbare Kupplung 16 umfasst ein Kolbenelement 18, welches Mitnahmeelemente 19 trägt. Dieses kann dabei mit den komplementär dazu ausgebildeten Mitnahmeelementen 20 am Sekundärrad 6 bzw. einem drehfest mit diesem gekoppelten Element, hier einer verlängerten Hülse, in Wirkverbindung treten. Der Kolben 18 ist dabei im Gehäuse 13 oder einem anderen ruhenden Bauteil, hier dem Bauteil 34 gelagert. Dabei wird der Kolben 18 über eine Federeinrichtung 26 im drucklosen Zustand in seiner Ausgangslage gehalten. In dieser erfolgt kein Eingriff der Mitnahmeelemente 19 mit den Mitnahmeelementen 20 am Sekundärrad 6, jedoch mit den Mitnahmeelementen 35 am ortsfesten Bauteil 34. Zur Festsetzung des Sekundärrades 6 und damit Zuweisung der Funktion des Sekundärrades 6 zum Statorschaufelrad des hydrodynamischen Retarders 10 wird der Kolben 18 in axialer Richtung verschoben, so dass die Mitnahmeelemente 19 und die Mitnahmeelemente 20 unter Beibehaltung eines Formschlusses mit den Mitnahmeelementen 34 in Wirkverbindung gebracht werden und eine formschlüssige Verbindung in Umfangsrichtung ermöglichen. Aufgrund der Lagerung des Kolbens im Gehäuse 13 oder aber einem anderen ortsfesten bzw. ruhenden Bauteil 34 erfolgt dabei die Abstützung der am Statorschaufelrad eingeleiteten Kräfte am Gehäuse 13 oder dem ortsfesten Bauteil 34. Die erforderliche Kraft zur Verschiebung des Kolbens 18 wird dabei über eine Betätigungseinrichtung 36, umfassend eine Druckbereitstellungseinheit 27 realisiert, welche den Kolben 18 an seiner vom hydrodynamischen Bauelement abgewandten Stirnfläche 28 mit Druck beaufschlagt. Die Druckbereitstellungseinheit 27 ist dabei entweder in der Anfahreinheit 2 integriert oder aber außerhalb dieser angeordnet, wobei eine Kopplung mit dem Kolben 18 existiert. Zu diesem Zweck ist die Druckbereitstellungseinheit 27 über mindestens eine Verbindungsleitung 29 mit dem Druckraum 30, welcher dem Kolben 18 zugeordnet ist, verbunden. Der Druckraum 30 wird dabei vom Gehäuse 13 oder aber dem ruhenden bzw. ortsfesten Getriebeelement gebildet. Die Entlastung kann beispielsweise über einen zweiten Druckraum 31 erfolgen, über den dann der Kolben wieder in seine Ausgangslage in der in der 2, dargestellten Stellung verbracht wird. Dieser Druckraum 31 kann dabei vom Kolben 18 sowie dem Gehäuse 13 begrenzt sein oder aber einen anderen ortsfest im Getriebe angeordneten Bauteil 34 gebildet werden. Der Druck beaufschlagt dabei die zum hydrodynamischen Bauelement gewandte Stirnfläche 32 des Kolbens 18 mit dem entsprechenden Druck, welcher zum Aufbringen der zur Verschiebung in axialer Richtung erforderlichen Kraft benötigt wird.
Eine andere hier nicht dargestellte Ausführungsmöglichkeit besteht darin, jeden der Druckräume 30, 31 über jeweils eine 3/2-Wegeventileinrichtung an die Druckquelle zu koppeln.
Die formschlüssigen Mitnahmeelemente 19, 20 und 35 sind dabei in axialer Richtung betrachtet gerade ausgeführt. Dies wird beispielhaft anhand eines Ausschnittes einer Ansicht A auf das Sekundärrad 6 verdeutlicht.
Verdeutlicht die 2 eine erste Möglichkeit der Realisierung der formschlüssigen Verbindung, zeigt 3 eine besonders vorteilhafte Weiterentwicklung einer Ausführung gemäß der 1 und 2, bei welcher eine selbsttätige Rückstellung des Kolbens 18 in seine Ausgangslage erfolgt, wobei diese allein aufgrund konstruktiver Maßnahmen erzielt wird. Hierzu werden gemäß 3 die am Sekundärrad 6 angeordneten formschlüssigen Mitnahmeelemente 20 in schräger Richtung ausgerichtet, wobei die Ausrichtung in axialer Richtung betrachtet entgegen der Rotationsrichtung des Sekundärrades 6 im Traktionsbetrieb als Turbinenrad erfolgt. Dies gilt in Analogie für die am Kolben 18 angeordneten Mitnahmeelemente 19 und die im Gehäuse bzw. dem ortsfesten Bauteil 34 angeordneten Mitnahmeelemente 35. Die Mitnahmeelemente 19, 20,35 sind dabei als Klauen oder vorzugsweise Verzahnung ausgeführt. Die einzelne Verzahnungen, insbesondere die Flankenlinie, sind dabei durch einen Verlauf mit großer Steigung entgegen der mittels Pfeil in der Ansicht A verdeutlichten Rotationsrichtung der Antriebsmaschine charakterisiert, d.h., dass bei dieser Drehrichtung der Kolben 18 zurückgedrückt bzw. zurückgeschraubt werden kann, d.h. der Eingriff aufgehoben wird. Die Federeinrichtung 26 fungiert als Rückholfeder und ist hinsichtlich ihrer Auslegung derart dimensioniert, dass die durch diese aufgebrachte Federkraft nur zur Überwindung der durch den Kolben 18 bedingten Reibung und der sicheren Positionierung des Kolbens 18 in der Ausgangsstellung ausreicht. Zur Aktivierung ist die Betätigungseinnchtung 36 vorgesehen, umfassend im dargestellten Fall eine Druckbereitstellungseinrichtung 27, die über wenigstens eine Verbindungsleitung 29 die Druckkammer 30 und damit die Stirnseite 28 des Kolbens 18 beaufschlagt. Für den Bremsbetrieb gestaltet sich dann die Funktionsweise wie folgt: Die Bremseinrichtung 11 in Form der Scheibenbremseinrichtung oder Lamellenbremse bringt das Sekundärrad 6 nahezu zum Stillstand. Der Kolben 18 wird über die Druckbereitstellungseinheit 27 in Einrückstellung gefahren und bei passender Konstellation der Mitnahmeelemente 19, 20 zueinander sofort eingefahren. Ab diesem Zustand, d.h. bereits bei teilweisem Einfahren, wird die Lamellenbremseinrichtung 11 gelöst und für den Fall, dass der Kolben 18 noch nicht eingefahren ist, die passende Zahnkonstellation eingestellt und der Kolben 18 in die Eingriffsendstellung gedrückt. In dieser Einstellung, d.h. bei ortsfester Anbindung des Sekundärrades 6 an das Gehäuse 13 bzw. das ortsfeste Bauteil, in welchem der Kolben 18 gelagert bzw. geführt ist, wird dieser gehalten. Entsprechend der Wahl der Druckbereitstellungseinheit 27 erfolgt die Beaufschlagung des Kolbens mit dem erforderlichen Druck entweder pneumatisch oder hydraulisch oder durch eine andere Energiequelle, vorzugsweise wird jedoch eine pneumatische Lösung gewählt. Die mittels der Druckbereitstellungseinheit 27 auf den Kolben 18 aufgebrachte Kraft wird dabei derart ausgelegt, dass diese der maximal durch den Kolben 18 abzustützenden Axialkräfte im Bremsbetrieb entspricht.
Bei Deaktivierung bzw. Unterbrechung der Druckbeaufschlagung über die Druckbereitstellungseinheit 27 wird das Restmoment, welches im hydrodynamischen Bauelement noch vorhanden ist, ausgenutzt, um den Kolben 18 in seine Ausgangsposition zurückzubringen. Die Rückholfeder 26 stützt dabei den Kolben 18 in der Ausgangsstellung.
Das System basiert darauf, dass immer das Überschussmoment an der hydrodynamischen Baueinheit, insbesondere am Sekundärrad 6, ausgenutzt wird, um bei Unterbrechung der Druckbeaufschlagung am Kolben eine selbsttätige Rückstellung des Kolbens 18 zu ermöglichen. Dieses muss jedoch größer als das Haltemoment des Kolbens sein. Beides ist abhängig von der Auslegung der formschlüssigen Mitnahmeelemente, insbesondere deren Steigung. Vorzugsweise wird dabei eine sehr große Steigung der Mitnahmeelemente gewählt.
Das Überschuss- oder Restmoment wird dabei bei mit Hydraulikfluid gefülltem torusförmigen Arbeitsraum 7 durch das durch die Strömungskräfte erzeugte Moment bestimmt, während bei bereits entleertem Retarder und aktivierter Überbrückungskupplung lediglich bei Reduzierung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs das Restmoment auch direkt von der Antriebsmaschine durch die starre Kopplung auf das Sekundärrad geleitet wird. Bezüglich der Vornahme der Deaktivierung bzw. Unterbrechung der Druckbereitstellung im zeitlichen Zusammenhang zu einer erfolgenden Entleerung der hydrodynamischen Kupplung bestehen keine Restriktionen, dieses kann zeitgleich oder aber mit zeitlichem Versatz erfolgen, wobei jedoch immer darauf zu achten ist, dass ein Restmoment vorhanden ist.
Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die synchron schaltbare Kupplung 16 auch als Feststellbremse während eines Haltevorganges am Berg beim Einsatz in Fahrzeugen verwendet. Dabei kann bei Vorliegen eines größeren Gegenmomentes, bedingt durch das hängende Fahrzeug als das vom Motor aufgebrachte und am Sekundärrad wirksam werdende Überschussmoment auf die Druckbeaufschlagung des Kupplungselementes, insbesondere Kolbens verzichtet werden, da das Gegenmoment ein selbsttätiges Eindrehen bzw. Einschieben des Kolbens in die Mitnahmeelemente des Sekundärrades bewirkt. Soll nach einem Haltevorgang am Berg ein Anfahren erfolgen, wird die Druckbereitstellung deaktiviert bzw. unterbrochen und die hydrodynamische Kupplung 4 mit Betriebsmittel gefüllt, bis das Moment größer als das Haltemoment für das Fahrzeug am Berg ist. Das sich dann aus der Differenz ergebende Überschussmoment führt zu einer Verschiebung des Kolbens 18 in axialer Richtung. Dabei bringt die Rückholfeder 26 den Kolben 18 wieder in seine Ausgangsstellung.
Der Ausschnitt A verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung am Beispiel des Sekundärrades 6 die Ausgestaltung der einzelnen Mitnahmeelemente 19, 20, 35. Daraus wird ersichtlich, dass bei Ausbildung mit Schrägverzahnung eine Art Steilgewinde an den Bauelementen – Sekundärrad 6 bzw. Kolben 18 und Bauteil 34 – erfolgt. Dargestellt ist dabei nur die Ausrichtung der Flanken, insbesondere der Verlauf der Flankenlinie am Sekundärrad 6. Der Kolben 18 trägt dabei eine Innenverzahnung, während das Sekundärrad 6 eine Außenverzahnung trägt. Es ist jedoch auch denkbar, die Funktionen Innenverzahnung und Außenverzahnung dem jeweils anderen Bauelement zuzuweisen. Dies hängt im einzelnen von der konkreten Einbausituation ab.
Die in 3 dargestellte Ausführung der Mitnahmeelemente ist auch auf eine Situation gemäß 2 übertragbar.
Bei den in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungen ist die synchron schaltbare Kupplung räumlich hinter dem Freilauf F angeordnet. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, bei geeigneter Ausgestaltung des Sekundärrades, diese räumlich vor dem Freilauf F am Sekundärrad 6 anzuordnen. Funktional muss diese jedoch dem Freilauf vorgeschaltet sein.

1: Getriebebaueinheit
2: Anfahreinheit
3: Anfahrelement
4: hydrodynamische Kupplung
5: Primärrad
6: Sekundärrad
7: torusförmiger Arbeitsraum
8: Antrieb der hydrodynamischen Kupplung
9: Abtrieb der hydrodynamischen Kupplung
10: hydrodynamischer Retarder
11: Bremseinrichtung
12: ortsfeste Scheibe
13: Gehäuse
14: zweites Scheibenelement
15: Kolbenelement
16: Synchron schaltbare formschlüssige Kupplung
17: Bremseinrichtung
18: Kolben
19: Mitnahmeelement
20: Mitnahmeelement
21: schaltbare Kupplung
22: Überbrückungskupplung
23: Arbeitskreislauf
24: Kupplungseingangsscheibe
25: Kupplungsausgangsscheibe
26: Federeinrichtung
27: Druckbereitstellungseinheit
28: Stirnfläche
29: Verbindungsleitung
30: Druckraum
31: Druckraum
32: Stirnfläche
33: hydrodynamisches Bauelement
34: ortsfestes Bauteil
35: Mitnahmeelement
36: Betätigungseinrichtung
E: Eingang
A: Ausgang
F: Freilauf

Claims

Anfahreinheit (2) 1.1 mit einem Eingang (E) und einem Ausgang (A); 1.2 mit einem hydrodynamischen Bauelement (33), umfassend ein mit dem Eingang (E) koppelbares Primärrad (5) und ein mit dem Ausgang (A) koppelbares Sekundärrad (6), die miteinander einen mit Betriebsmittel befüllbaren torusförmigen Arbeitsraum (7) bilden; 1.3 das hydrodynamische Bauelement (33) ist frei von einem Leitrad; 1.4 mit einer, dem Sekundärrad (6) zugeordneten kraftschlüssigen Bremseinrichtung (11); gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 1.5 mit einer dem Sekundärrad (6) oder dessen Verbindung mit dem Ausgang (A) zugeordneten synchron schaltbaren formschlüssigen Kupplung (16) zur Realisierung einer formschlüssigen Verbindung zwischen einem Gehäuse (13) oder einem ortsfesten Bauteil (34) und dem Sekundärrad (6) oder der Verbindung dessen mit dem Ausgang (A); 1.6 mit einer, der synchron schaltbaren Kupplung (16) zugeordneten Betätigungseinrichtung (36).
Anfahreinheit (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare formschlüssige Kupplung (16) der Bremseinrichtung (11) in Leistungsübertragungsrichtung vom Eingang (E) zum Ausgang (A) der Anfahreinheit (2) betrachtet nachgeschaltet ist.
Anfahreinheit (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare formschlüssige Kupplung (16) der Bremseinrichtung (11) in Leistungsübertragungsrichtung vom Eingang (E) zum Ausgang (A) der Anfahreinheit (2) betrachtet vorgeschaltet ist.
Anfahreinheit (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (11) als Reibbremseinrichtung, umfassend ein am Gehäuse (13) wenigstens mittelbar ortsfest angeordnetes reibflächentragendes Element (12) und ein zweites, mit dem Sekundärrad (6) des hydrodynamischen Bauelementes (33) drehfest gekoppeltes reibflächentragendes Element (14), ausgeführt ist.
Anfahreinheit (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (36) als eine der nachfolgend genannten Betätigungseinrichtungen ausgeführt ist: – mechanisch – elektrisch – pneumatisch – hydraulisch – elektro-pneumatisch – elektro-hydraulisch – mittels Memory-Metallen.
Anfahreinheit (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: 6.1 die synchron schaltbare Kupplung (16) umfasst wenigstens ein axial verschiebbares formschlüssige Mitnahmeelemente (19) aufweisendes oder tragendes erstes Kupplungselement, welches bei Aktivierung der Kupplung (16) mit dazu komplementär ausgebildeten Mitnahmeelementen (20, 35) am Gehäuse (13) oder dem ortsfesten Bauteil (34) und dem Sekundärrad (6) in Eingriff steht und an welchem die Betätigungseinrichtung (36) wenigstens mittelbar wirksam wird; 6.2 mit Mitteln zur axialen Festsetzung des ersten Kupplungselementes.
Anfahreinheit (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur axialen Festsetzung des ersten Kupplungselementes von der Betätigungseinrichtung (36) gebildet werden.
Anfahreinheit (2) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungselement als Kolben (18) ausgebildet oder mit mindestens einem Kolben gekoppelt ist.
Anfahreinheit (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (18) druckmitteldicht im Gehäuse (13) oder dem ortsfesten Bauteil (34) oder an beiden geführt ist, wobei die zur Beaufschlagung des Kolbens (18) erforderlichen Druckkammern (30, 31) vom Gehäuse (13) oder dem ortsfesten Bauteil (34) oder beiden gebildet werden.
Anfahreinheit (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (36) ein Druckbereitstellungssystem (27) aufweist, umfassend eine Druckquelle, die den Kolben (18) oder einen ersten Kolben auf der der Verschiebungsrichtung zum Erreichen der Eingriffsstellung entgegengesetzt ausgerichteten Stirnseite (28) beaufschlagt.
Anfahreinheit (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Druckquelle den Kolben (18) oder einen zweiten Kolben auf einer in Verschiebungsrichtung zum Eingriff gerichteten Stirnseite (32) beaufschlagt.
Anfahreinheit (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Druckquelle von der Druckquelle, die den Kolben (18) oder einen ersten Kolben auf der der Verschiebungsrichtung zum Erreichen der Eingriffsstellung entgegengesetzt ausgerichteten Stirnseite (28) beaufschlagt, gebildet wird und Mittel zur wahlweisen Beaufschlagung der einzelnen Kolbenstirnseiten (28, 32) oder Kolben vorgesehen sind.
Anfahreinheit (2) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel 3/2-Wegeventile umfassen.
Anfahreinheit (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnahmeelemente (19, 20, 35) in axialer Richtung vom Eingang (E) zum Ausgang (A) betrachtet gerade ausgerichtet sind.
Anfahreinheit (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 13, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 15.1 die Mitnahmeelemente (19, 20, 35) sind in axialer Richtung vom Eingang (E) zum Ausgang (A) betrachtet schräg ausgerichtet; 15.2 die den Verlauf der einzelnen Mitnahmeelemente (19, 20, 35) beschreibenden Flankenlinien sind in axialer Richtung vom Eingang (E) zum Ausgang (A) in Umfangsrichtung betrachtet entgegen der Drehrichtung des Sekundärrades (6) ausgerichtet.
Anfahreinheit (2) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung und Ausrichtung zweier benachbart angeordneter Mitnahmeelemente (19, 20, 35) durch eine sehr große Steigung charakterisiert sind.
Anfahreinheit (2) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des Flankenwinkels der Mitnahmeelemente (19, 20, 35) in einem Bereich von einschließlich 20° bis einschließlich 45° beträgt.
Anfahreinheit (2) nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Kupplungselement und dem Gehäuse (13) oder dem ortfesten Bauteil (34) eine Rückholfeder angeordnet ist.
Anfahreinheit (2) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft der Rückholfeder wenigstens entsprechend der Größenordnung der Gleitreibung des Kupplungselementes ausgelegt ist.
Anfahreinheit (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kupplungselement wenigstens teilweise als Hülse ausgebildet ist und die Mitnahmeelemente (19, 20, 35) am Innenumfang des als Hülse ausgebildeten Teils angeordnet sind.
Anfahreinheit (2) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die zu den Mitnahmeelementen (19) am ersten Kupplungselement komplementär ausgebildeten Mitnahmeelemente (20, 35) am Sekundärrad (6) oder der Verbindung dessen mit dem Ausgang am Außenumfang angeordnet sind.
Anfahreinheit (2) nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die zu den Mitnahmeelementen (19) am ersten Kupplungselement komplementär ausgebildeten Mitnahmeelemente (35) am ortsfesten Bauteil (34) oder am Gehäuse (13) am Außenumfang angeordnet sind.
Anfahreinheit (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Mitnahmeelemente (19) am ersten Kupplungselement an dessen Außenumfang angeordnet sind.
Anfahreinheit (2) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die zu den Mitnahmeelementen (19) am ersten Kupplungselement komplementär ausgebildeten Mitnahmeelemente (20) am Sekundärrad (6) oder dessen Verbindung mit dem Ausgang am Innenumfang angeordnet sind.
Anfahreinheit (2) nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die zu den Mitnahmeelementen (19) am ersten Kupplungselement komplementär ausgebildeten Mitnahmeelemente (35) am ortsfesten Bauteil (34) oder am Gehäuse (13) am Innenumfang angeordnet sind.
Anfahreinheit (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die synchronschaltbare Kupplung (16) als Klauenkupplung ausgebildet ist und die Mitnahmeelemente (19, 20, 35) als Klauen ausgeführt sind.
Anfahreinheit (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die synchronschaltbare Kupplung (16) als Zahnkupplung ausgebildet ist und die Mitnahmeelemente (19, 20, 35) mit Evolventenverzahnung ausgeführt sind.
Anfahreinheit (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Sekundärrad (6) und dem Ausgang (A) ein Freilauf (F) angeordnet ist.
Anfahreinheit (2) nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (11) am Sekundärrad (6) oder Verbindung dessen zum Ausgang (A) zwischen Sekundärrad (6) und Freilauf (F) angeordnet ist.
Anfahreinheit (2) nach einem der Ansprüche 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass die synchron schaltbare Kupplung (16) räumlich vor oder nach dem Freilauf (F) angeordnet und funktional diesem vorgeschaltet ist.
Anfahreinheit (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 30, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 31.1 mit einer Überbrückungskupplung (22); 31.2 das hydrodynamische Bauelement (33) und die Überbrückungskupplung (22) sind parallel geschaltet; 31.3 die Überbrückungskupplung (22) ist zwischen dem Eingang (E) und dem Ausgang (A) angeordnet.
Anfahreinheit (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Primärrad (5) räumlich in axialer Richtung vom Eingang (E) zum Ausgang (A) zwischen der Überbrückungskupplung (22) und dem Sekundärrad (6) angeordnet ist.
Anfahreinheit (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärrad (6) räumlich in axialer Richtung vom Eingang (E) zum Ausgang (A) zwischen der Überbrückungskupplung (22) und dem Primärrad (5) angeordnet ist.
Schaltgetriebe, insbesondere automatisiertes Schaltgetriebe; 34.1 mit einem Getriebeeingang und einem Getriebeausgang; 34.2 mit einer zwischen Getriebeeingang und Getriebeausgang angeordneten Anfahreinheit (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 33.
Fahrzeug mit einem Schaltgetriebe nach Anspruch 34.