DE19650339A1 - Getriebebaueinheit, Verfahren zum Betreiben einer in einen Antriebsstrang integrierten Getriebebaueinheit und hydrodynamische Baueinheit - Google Patents
Getriebebaueinheit, Verfahren zum Betreiben einer in einen Antriebsstrang integrierten Getriebebaueinheit und hydrodynamische BaueinheitInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Getriebebaueinheit, im einzelnen mit den
Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1; ein Verfahren zum
Betreiben einer in einen Antriebsstrang integrierten Getriebebaueinheit, im
einzelnen mit den Merkmalen aus Anspruch 33; ferner eine hydrodynamische
Baueinheit.
Getriebebaueinheiten, die neben einem mechanischen Getriebeteil einen
hydraulischen, vorzugsweise einen hydrodynamischen Getriebeteil umfassen,
sind in einer Vielzahl von Ausführungen bekannt. Der hydrodynamische
Getriebeteil kann dabei als hydrodynamische Kupplung oder als
hydrodynamischer Wandler ausgeführt sein. Diese, auch als
Strömungsgetriebe bezeichneten Baueinheiten, umfassen wenigstens ein
Pumpenrad und ein Turbinenrad, welche miteinander wenigsten einen
torusförmigen Arbeitsraum bilden. Dieser ist mit Betriebsflüssigkeit befüllbar.
Die Flüssigkeit wird über das Pumpenrad beschleunigt und in der Turbine
wieder verzögert. Das erzeugte Drehmoment wird demnach im wesentlichen
durch Massenkräfte verursacht, die sich aus der Geschwindigkeitsänderung
des Flüssigkeitsstromes ergeben. Die übertragene Leistung ist dann das
Produkt aus der Dralländerung des Massestromes und der
Winkelgeschwindigkeit. Ein hydrodynamischer Wandler besteht des weiteren
neben Pumpen- und Turbinenrad noch aus einem Reaktionsglied, welches als
Leitrad bezeichnet wird. Dieses Leitrad ist dabei in der Lage ein Moment
aufzunehmen. Da die Summe der Momente im Kreislauf gleich null sein muß,
kann das Turbinenmoment je nach Größe und Drehsinn des Leitradmomentes
größer, gleich oder kleiner dem Pumpmoment sein. Dadurch läßt sich
zusätzlich zu einer Anordnung mit lediglich Pumpen- und Turbinenrad, welche
auch als hydrodynamische Kupplung bezeichnet wird, der Drehzahlbereich
und das Drehmoment des Turbinenrades gegenüber dem Pumpenrad stark
variieren.
Die Möglichkeit, hydrodynamisch Leistung zu übertragen, bietet den Vorteil,
mit einem relativ hohen Wirkungsgrad, geringem Verschleiß und mit klein
bauenden Baueinheiten große Leistungen zu übertragen. Desweiteren werden
diese Baueinheiten hauptsächlich während eines Anlauf- beziehungsweise bei
Fahrzeugen eines Anfahrvorganges eines von einer Antriebsmaschine
anzutreibenden Verbrauchers genutzt. Bei Ausführungen von
Getriebebaueinheiten mit einem hydrodynamischen Getriebeteil in Form einer
hydrodynamischen Kupplung und mit nachgeschalteten Gangstufen
übernimmt die hydrodynamische Kupplung die Funktion der Anlaufkupplung.
Die Drehmomenten- beziehungsweise die Leistungsübertragung erfolgt somit
nur während einer ersten Gangstufe, in der Regel dem Anfahrvorgang, über
die hydrodynamische Baueinheit. In den anderen Gangstufen wird das
hydrodynamische Bauelement von der Leistungsübertragung ausgeschlossen.
Zusätzlich kann der Getriebebaueinheit ein weiteres hydrodynamisches
Bauelement in Form eines hydrodynamischen Retarders zur Realisierung von
Bremsstufen zugeordnet und entweder im Getriebe integriert oder diesem
nachgeschaltet werden. Die gleiche Aufgabe kann auch von
hydrodynamischen Wandlern übernommen werden, wobei diese in den
unteren Gangstufen mit Leistungsverzweigung mit den mechanischen
Getriebestufen arbeiten können. Dabei wird der hydrodynamische Wandler in
der Regel während des Anfahrvorganges allein als Anfahrelement genutzt. In
den übrigen Gangstufen wird die Leistung entweder rein mechanisch unter
Umgehung des hydrodynamischen Wandlers oder aber zumindest in den
unteren Gangstufen über den hydrodynamischen Wandler und die
mechanischen Getriebestufen übertragen.
Die gegenwärtige Entwicklung im Fahrzeugbau ist von zum Teil
widersprüchlichen Tendenzen gekennzeichnet. Neben dem Trend nach
größerem Raumangebot, mehr Komfort und einem besseren
Beschleunigungs- und Verzögerungsverhalten aus Gründen der Sicherheit bei
allen Fahrzuständen, gewinnt der Aspekt des Umweltschutzes immer mehr an
Bedeutung. Eine Möglichkeit zur Verringerung der durch Fahrzeuge
verursachten CO2-Emission kann durch eine Verbesserung der
Energieumwandlung zwischen Motor und Verbraucher im Antriebsstrang
erzielt werden. Außerdem geht der Trend zu Motoren mit kleinerem Hubraum,
d. h. die Momente werden kleiner und die Nenndrehzahlen größer. Daran sind
auch die Anforderungen an Fahrzeuggetriebe zu messen. Als wesentliche
Beurteilungskriterien für die Güte eines Getriebes werden dabei
- - die Fahrleistung, welche durch den Wandlungsbereich bestimmt ist,
- - die Gangzahl und Getriebestufung sowie
- - der Kraftstoffverbrauch, beeinflußt durch die Auslegung der Antriebsübersetzung im obersten Gang und der Wirkungsgrad des Getriebes, angesehen.
Für Getriebe sind daher ein optimaler Wirkungsgrad und ein
Wandlungsbereich bei einer Gangstufung, die weitestgehend die Benutzung
des Motorbestbereiches beziehungsweise der Minimalverbrauchslinie im
Motorkennfeld ermöglicht, anzustreben. Insbesondere läßt sich durch eine
Erhöhung der Getriebespreizung in angepaßter Stufung eine Senkung des
Kraftstoffverbrauches, insbesondere der Schadstoffemission und der
Aggregatgeräusche herbeiführen.
Die heute auf dem Markt befindlichen Automatgetriebe erfüllen diese
genannten Aufgaben zum Teil schon recht gut. Jedoch erfordert der Betrieb
der Verbrennungskraftmaschine im Bereich des geringsten
Kraftstoffverbrauches und der geringsten Schadstoffemission eine
ausreichende Stufung, so daß heute im Fahrzeugbereich 5- und 6-Gang-Getriebe
keine Seltenheit mehr sind. Damit erhöht sich oft auch die Anzahl
der Getriebeelemente. Zusätzlich sind entsprechend des Aufbaus des
Getriebes weitere Bauelemente zur Realisierung einzelner weiterer Funktionen,
beispielsweise der Erzeugung eines Bremsmomentes, erforderlich. In der
Regel wird bei Getriebekonfigurationen mit hydrodynamischer Kupplung oder
hydrodynamischen Wandler und einem mechanischen Getriebeteil dazu
häufig ein hydrodynamische Retarder verwandt, wobei jedoch Mittel
vorzusehen sind, welche im Leerlauf des Rotorschaufelrades die
Ventilationsverluste verringern, da bei völlig geleertem Retarder immer ein
Restmoment vorhanden ist, das durch Lagerreibung und durch die
Dralländerung der Luftfüllung bedingt ist. Das durch das Restmoment
bedingte Bremsmoment ist zwar sehr gering, kann sich jedoch bei hohen
Drehzahlen sehr störend auswirken und zu einer unzulässig hohen
Erwärmung des Retarders führen. Zur Verringerung der Ventilationsverluste
sind bereits eine Reihe von Lösungen bekannt. Dazu gehören u. a. die
Verwendung von Statorbolzen sowie die Möglichkeit einer
Kreislaufevakuierung. Diese Lösungen sind jedoch sehr aufwendig in ihrer
Umsetzung und bedingen einen erhöhten Platzbedarf und damit größere
Retarderabmessungen. Es sind jedoch auch Getriebekonfigurationen mit
hydrodynamischen Wandler bekannt, die die Erzeugung des Bremsmomentes
mit diesen realisieren.
Aufgrund des Trends zu Motoren mit kleinerem Hubraum, welche einen
immer kleiner werdenden Anschlußdurchmesser als bisher verlangen, wird es
zunehmend schwieriger, hydrodynamische Wandler zu verwenden, die bei
kleinerem Profildurchmesser das vorhandene Motormoment bei geringen
Drehzahlen übertragen können. Nachteilig gestaltet sich dabei im einzelnen,
daß der Zustand der Übertragungsfähigkeit erst bei hohen Drehzahlen auftritt.
Nachdem jedoch zum Anfahren aber Moment und nicht Leistung benötigt
wird, entsteht durch die überhöhten Drehzahlen ein Leistungsverlust, der sich
in einem erhöhten Kraftstoffverbrauch niederschlägt. Die damit verbundenen
lauten Motorgeräusche belasten die Umwelt.
Beim Bremsen bleibt bei den bekannten Konfigurationen die
Verbrennungskraftmaschine an das Fahrzeug, d. h. den Abtrieb des Getriebes
angekoppelt und verursacht durch unnötig hohe Drehzahlen ebenfalls
Geräusche.
Die bekannten Getriebe weisen des weiteren entsprechend der zu erzielenden
Gesamtspreizung und Anpassung an verschiedene
Verbrennungskraftmaschinen und der damit verbundenen Gestaltung der
Beschaufelungen der einzelnen Elemente eine große Variantenvielfalt auf.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, die Komponente Getriebe
zum Einsatz in einem Antriebsstrang dahingehend zu verbessern, daß die
genannten Nachteile weitestgehend vermieden werden. Im einzelnen sind
eine universelle Einsetzbarkeit, welche sich durch die Erzeugbarkeit
ausreichender Fahr- und Bremsmomente, die Anpassung an eine Vielzahl von
Motoren ohne Teilevielfalt sowie eine große mechanische Spreizung
auszeichnet, und eine Erhöhung der Umweltverträglichkeit, insbesondere
geringe Geräusche beim Anfahren, anzustreben. Die Baukomponentenanzahl
ist möglichst gering zu halten.
Des weiteren soll mit einer Getriebekonfiguration mit geringer Variantenanzahl
ein großer Bereich möglicher Einsatzfälle abgedeckt werden können.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 33 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Eine Getriebebaueinheit für Antriebseinheiten zur Realisierung wenigstens
zweier Betriebszustände - einen ersten Betriebszustand zur
Leistungsübertragung mit wenigstens zwei Gangschaltstufen und einen
zweiten Betriebszustand zur Abbremsung - umfaßt wenigstens einen ersten
hydraulischen Getriebeteil und einen zweiten, in Reihe zum ersten
hydraulischen Getriebeteil angeordneten mechanischen Getriebeteil. Der
hydraulische Getriebeteil umfaßt wenigstens zwei Schaufelräder - ein
Primärschaufelrad und ein Sekundärschaufelrad, die miteinander wenigsten
einen torusförmigen, mit Betriebsmittel befüllbaren Arbeitsraum bilden, wobei
die Ankoppelung der beiden Schaufelräder an die Getriebeeingangswelle und
den mechanischen Getriebeteil wenigstens über einen Teilbereich des ersten
Betriebszustandes derart erfolgt, daß Leistung vom Primärschaufelrad über
das Sekundärschaufelrad auf den mechanischen Getriebeteil übertragen wird.
Erfindungsgemäß sind Mittel vorgesehen, welche in einem zweiten
Betriebszustand eines der beiden Schaufelräder gegenüber den
feststehenden Getriebeteilen festhalten und abstützen und das andere
Schaufelrad mit dem zweiten mechanischen Getriebeteil verbinden.
D.h. es wird eine als Automatgetriebe einsetzbare Getriebebaueinheit
dahingehend modifiziert, daß die Funktionen einer hydrodynamischen
Kupplung und eines hydrodynamischen Retarders von einem einzigen
Bauelement, dem hydrodynamischen Getriebeelement übernommen werden.
Zur Realisierung der Funktion eines hydrodynamischen Retarders sind
folgende zwei Grundvarianten denkbar:
- 1) Zuordnung der Funktion des Statorschaufelrades durch Festsetzung gegenüber den ruhenden Getriebeteilen zum Primärschaufelrad und der Funktion des Rotorschaufelrades zum Sekundärschaufelrad;
- 2) Zuordnung der Funktion des Statorschaufelrades durch Festsetzung gegenüber den ruhenden Getriebeteilen zum Sekundärschaufelrad und der Funktion des Rotorschaufelrades zum Primärschaufelrad.
Das die Funktion des Rotorschaufelrades übernehmende Schaufelrad ist in
beiden Fällen mit der Getriebeausgangswelle über den mechanischen
Getriebeteil gekoppelt. Dementsprechend sind auch die
Kopplungsmöglichkeiten zwischen dem hydraulischen und mechanischen
Getriebeteil bei der Gestaltung der Getriebebaueinheit vorzusehen.
Beim hydrodynamischen Getriebeelement handelt es sich somit im
Grundaufbau um eine hydrodynamische Kupplung, welche wenigstens im
Anfahrbereich die Getriebeeingangswelle wenigstens mittelbar mit der
Getriebeausgangswelle verbindet und in allen anderen Gangstufen
entsprechend der Feststellung eines der beiden Schaufelräder und der
Anbindung des anderen zweiten Schaufelrades an den mechanischen
Getriebeteil zur Erzeugung eines Bremsmomentes verwendet werden kann.
Dies bietet vor allem den Vorteil, daß Bauraum eingespart und die
Herstellungskosten gesenkt werden können.
Zur Realisierung des zweiten Betriebszustandes nach der ersten
Grundvariante ist das Sekundärschaufelrad drehfest mit dem mechanischen
Getriebeteil verbunden. Es sind erste Mittel vorgesehen, mittels deren das
Primärschaufelrad in einem ersten Betriebszustand, welcher der
Leistungsübertragung dient und beim Einsatz des Getriebes in Fahrzeugen
als "Fahren" bezeichnet wird, an die Getriebeeingangswelle wenigstens
mittelbar ankoppelbar ist. Des weiteren sind zweite Mittel zur wenigstens
mittelbaren Koppelung des Sekundärschaufelrades mit der
Getriebeeingangswelle während der übrigen Gangstufen des ersten
Betriebszustandes vorgesehen. Der erste Betriebszustand umfaßt dabei die
Vorwärts- und Rückwärtsgangstufen.
Die Anbindung des Primärschaufelrades an die Getriebeeingangswelle erfolgt
beispielsweise mittels einer sogenannten Primärschaufelradkupplung. Die
Feststellung des Primärschaufelrades gegenüber den ruhenden bzw.
feststehenden Getriebeteilen, insbesondere dem Getriebegehäuse, erfolgt
vorzugsweise mittels wenigstens einem Bremselement. Desweiteren ist im
Getriebe eine sogenannte Überbrückungskupplung vorgesehen, welche die
Getriebeeingangswelle direkt mit dem Sekundärschaufelrad unter Umgehung
des Primärschaufelrades verbindet. Dadurch wird erzielt, daß bei Befüllung
des hydraulischen Getriebeteiles im ersten Betriebszustand, vorzugsweise
lediglich in einer ersten Gangstufe, welche auch als Anfahrstufe bezeichnet
wird, das Primärschaufelrad die Funktion des Pumpenrades einer
hydrodynamischen Kupplung übernimmt. Das Primärschaufelrad wird
angetrieben und über die aufgrund der Primärschaufelradrotation erzeugten
Strömungskräfte Drehmoment auf das, die Funktion des Turbinenrades
übernehmende Sekundärschaufelrad übertragen. In den übrigen Gangstufen
im ersten Betriebszustand (d. h. der Vorwärtsgänge und zum Teil auch der
Rückwärtsgänge) bleibt das hydrodynamische Getriebeelement im
wesentlichen unbefüllt. Das Sekundärschaufelrad wird dann direkt über die
Überbrückungskupplung von der Getriebeeingangswelle angetrieben. Bei
vollständiger Entkoppelung des Primärschaufelrades von der
Getriebeeingangswelle würde dies jedoch dazu führen, daß während dieser
Betriebszustände zwischen beiden Schaufelrädern im torusförmigen
Arbeitsraum das Medium Luft wie ansonsten im befüllten Zustand das
Betriebsmittel umgewälzt wird. Zu diesem Zweck ist vorzugsweise
vorgesehen, daß das Primärschaufelrad während der weiteren Gangstufen im
ersten Betriebszustand mit dem Sekundärschaufelrad mit gleicher Drehzahl
beziehungsweise mit gleicher Geschwindigkeit umläuft. Der durch den Antrieb
des Primärschaufelrades dem Abtrieb entzogene Leistungsanteil ist relativ
gering und lediglich abhängig vom Gewicht des mitzuschleppenden
Primärschaufelrades. Die Leerlaufverluste werden somit erheblich reduziert.
Im zweiten Betriebszustand "Bremsen" wird der im ersten Betriebszustand als
Kupplung arbeitende hydraulische Getriebeteil
als hydrodynamischer Retarder betrieben. Dabei übernimmt das
Primärschaufelrad die Funktion des Statorschaufelrades, in dem dieses
gegenüber den ruhenden Getriebeteilen festgesetzt und abgestützt wird.
Zur Realisierung der Funktionsänderung zwischen Leistungsübertragung und
Bremsen entsprechend der ersten Grundvariante sind im wesentlichen die
zwei nachfolgend genannten Möglichkeiten denkbar. Das
Sekundärschaufelrad wird entweder
- 1.1) über den Abtrieb mit gleicher Drehrichtung bei möglicher Verbindung zwischen mechanischen Getriebeteil und Getriebeeingangswelle oder
- 1.2) von Seiten des Abtriebes bei gelöster Verbindung zwischen Sekundärschaufelrad und Getriebeeingangswelle oder der mit der Getriebeeingangswelle gekoppelten Antriebswelle mit umgekehrter Drehrichtung bezogen auf seine Drehrichtung während des Anfahrvorganges
angetrieben und übernimmt die Funktion des Rotorschaufelrades eines
hydrodynamischen Retarders. In diesem Betriebszustand ist der hydraulische
Getriebeteil, d. h. das hydrodynamische Getriebeelement wenigstens zum Teil
mit Betriebsmittel gefüllt. Dieses wird aufgrund der
Sekundärschaufelradrotation im zwischen Primär- und Sekundärschaufelrad
gebildeten Arbeitsraum umgewälzt und an der feststehenden Beschaufelung
des Primärschaufelrades abgebremst. Zur Feststellung des
Primärschaufelrades sind Mittel vorgesehen, die dieses in seiner Lage
unveränderlich gegenüber den ruhenden bzw. feststehenden Getriebeteilen
festhalten und abstützen.
Bei der erstgenannten Möglichkeit der Funktionsänderung ist das
hydrodynamische Getriebeelement zur Erzeugung eines Bremsmomentes
befüllt und das Sekundärschaufelrad bleibt über die eingelegte Gangstufe mit
der Getriebeausgangswelle gekoppelt. Aufgrund des Schiebebetriebes von
Seiten des Abtriebes wird das Sekundärschaufelrad von diesem angetrieben
und zwar ohne Änderung der Drehrichtung bezogen auf die Drehrichtung im
Anfahrvorgang.
Die Beschaufelung der beiden Schaufelräder ist vorzugsweise schräg
ausgeführt, d. h. die Schaufeln sind gegenüber der Trennebene zwischen dem
Primär- und dem Sekundärschaufelrad geneigt angeordnet. Die
Schaufelrichtung, d. h. die Neigung der einzelnen Schaufeln gegenüber dem
jeweiligen Schaufelgrund ist derart gewählt, daß im ersten Betriebszustand,
insbesondere während der Anfahrstufe, das Betriebsmittel vom Zwischenraum
zweier benachbarter Schaufeln des von der Getriebeeingangswelle
angetriebenen Primärschaufelrades aufgrund von dessen Rotation an den
Schaufelrückseiten des Sekundärschaufelrades umgelenkt wird, d . h. ein
geschlossener Betriebsmittelkreislauf zwischen Primär- und
Sekundärschaufelrad ausgebildet und dadurch Drehmoment übertragen wird.
Der Begriff Schaufelrückseite bezieht sich dabei auf die Beschaufelung in
Drehrichtung. Diese Arbeitsweise des Primärschaufelrades gegenüber dem
Sekundärschaufelrad wird als "spießend" bezeichnet. Auch im Betriebszustand
"Bremsen" ist das hydrodynamische Getriebeelement mit Betriebsmittel befüllt.
Die eingelegte Gangstufe wird bei der erstgenannten Möglichkeit im
mechanischen Getriebeteil beibehalten. Das Primärschaufelrad wird
festgesetzt und das Sekundärschaufelrad wird in gleichläufiger Richtung über
das Fahrzeug, insbesondere die Getriebeausgangswelle angetrieben. Die
beiden Schaufelräder tauschen ihre Funktionen. Angetrieben wird jetzt das
Sekundärschaufelrad, und zwar in der gleichen Drehrichtung wie das
Primärschaufelrad während der Anfahrstufe. Das Primärschaufelrad wird
festgesetzt und übernimmt damit die Funktion eines Stators eines
hydrodynamischen Retarders. Aufgrund der gegenüber der Trennebene
zwischen Primär- und Sekundärschaufelrad schräg ausgerichteten
Beschaufelung kann nur ein Teil der durch Rotation des
Sekundärschaufelrades erzeugten Strömungsenergie des Betriebsmittels zur
Erzeugung eines Bremsmomentes genutzt und damit in Wärme umgesetzt
werden. Die Arbeitsweise des Sekundärschaufelrades in diesem
Betriebszustand kann als "fliehend" gegenüber dem als Statorschaufelrad
fungierenden Primärschaufelrad bezeichnet werden. Diese Art der
Realisierung der Erzeugung eines Bremsmomentes durch Funktionsänderung
der beiden Schaufelräder - Primär- und Sekundärschaufelrad - kann ohne
zusätzlichen Aufwand aus der eingelegten Gangstufe heraus erfolgen. Im
einzelnen sind lediglich Mittel vorzusehen, welche ein Festsetzen des
Primärschaufelrades ermöglichen. Eine derartige Ausführung ist daher sehr
kostengünstig.
Vorzugsweise wird zur Verringerung der Geräuschentwicklung während des
Betriebszustandes Bremsen die Antriebsmaschine vom Sekundärschaufelrad
entkoppelt, d. h., beispielsweise wird die Verbindung zwischen
Sekundärschaufelrad und Getriebeeingangswelle oder aber zwischen
Getriebe und Antriebsmaschine gelöst.
Das bei schräg ausgeführter Beschaufelung am Primärschaufelrad erzeugte
Reaktionsmoment, welches zur Abbremsung des mit dem
Sekundärschaufelrad über den mechanischen Getriebeteil verbundenen
Abtriebes führt, ist jedoch geringer, als bei einer "spießenden" Arbeitsweise
des Sekundärschaufelrades gegenüber dem Primärschaufelrad. Daher wird
vorzugsweise zur Erzeugung eines Bremsmomentes die Drehrichtung des
Sekundärschaufelrades, welches im Betriebszustand "Bremsen" als
Rotorschaufelrad fungiert, umgekehrt. Diese zweite Möglichkeit wird durch
Aktivierung wenigstens einer, den einzelnen Gangstufen zuordenbaren
Umkehrstufe oder aber der Aktivierung der Gangstufen zur Realisierung einer
zum normalen Fahrbetrieb entgegengesetzten Drehrichtung des
Sekundärschaufelrades, d. h. eines Rückwärtsganges, realisiert. Aufgrund der
schrägen Beschaufelung bildet sich dann ein geschlossener Kreislauf von
Betriebsmittel zwischen dem in diesem Betriebszustand als Rotorschaufelrad
fungierenden Sekundärschaufelrad und dem als Statorschaufelrad
fungierenden Primärschaufelrad aus. Das angetriebene Sekundärschaufelrad
verwandelt die eingeleitete mechanische Energie bei gefülltem Kreislauf in
Strömungsenergie, die am stehenden Primärschaufelrad in Wärmeenergie
umgesetzt wird. Diese bevorzugte Möglichkeit der Funktionsänderung des
hydrodynamischen Getriebeelementes bietet den Vorteil, daß durch eine
Übersetzung des sekundärseitigen Schaufelrades ins Schnelle und in
Verbindung mit der von den Anforderungen an das hydrodynamische
Bauelement beim Anfahrvorgang herrührenden großen Übertragungsfähigkeit
der Kreislaufteile ein großer Geschwindigkeitsbereich entsteht, welcher mit
einem Bremszustand abgedeckt werden kann und zwar durch Änderung des
Füllungsgrades. Die Steuerung des Bremsmomentes kann wie bei einem
herkömmlichen Sekundärretarder, d. h. einem im Getriebe integrierten oder
diesem nachgeschalteten hydrodynamischen Retarder, über eine Änderung
des Füllungsgrades erfolgen. Bezüglich der Möglichkeiten der
Füllungsgradänderung und deren Realisierung im einzelnen wird auf die
Publikation "Hydrodynamik in der Antriebstechnik", Krauskopf-Verlag 1987
verwiesen. Der Offenbarungsgehalt dieser Druckschrift zur
Füllungsgradänderung von hydrodynamischen Bremseinrichtungen wird in
den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung mit einbezogen.
Wird das Sekundärschaufelrad, das heißt das Turbinenrad im Bremszustand
in seiner Drehrichtung umgekehrt, damit ein spießender Betrieb der
Kreislaufanteile entsteht, bleibt im Vergleich zu bekannten
Getriebekonfigurationen der mechanische Getriebeteil davon unberührt. Es
wird nur die Turbine beziehungsweise das Sekundärschaufelrad in seiner
Drehzahl verändert. Die Übersetzung zum Abtrieb kann durch die
entsprechende Wahl beispielsweise des Außenkranzes des
Ausgangs-Planetenradsatzes unabhängig von den Übersetzungen in den einzelnen
Gangstufen des ersten Betriebszustandes gewählt werden. Während des
gesamten Bremsbereiches muß nicht geschaltet werden, das heißt von einer
maximalen Geschwindigkeit bis zur minimalen Geschwindigkeit werden die
Bremsmomente wie bei einem Sekundärretarder ausschließlich stufenlos über
die Füllung verstellt, mit dem Vorteil, daß ohne einen zusätzlichen Hochtrieb
mit der gewählten Anordnung weiter zu kleineren Geschwindigkeiten herab
als sonst möglich gebremst werden kann. Damit wird ein größerer
Bremsbereich mit der verschleißlosen hydrodynamischen Bremse überdeckt.
Das Sekundärschaufelrad ist im Falle der Erzeugung eines Bremsmomentes
durch Drehrichtungsumkehr des Sekundärschaufelrades von der
Antriebsmaschine entkoppelt. Dazu ist bei der oben beschriebenen
Getriebekonfiguration vorzugsweise die Überbrückungskupplung gelöst.
Denkbar ist jedoch auch, die Durchkupplung zwischen Getriebeeingangswelle
und mechanischem Getriebeteiles betätigt zu lassen und lediglich die
Getriebeeingangswelle von der Antriebsmaschine zu entkoppeln.
Die Anbindung des Primärschaufelrades an die Getriebeeingangswelle erfolgt
beispielsweise mittels einer sogenannten Primärschaufelradkupplung. Die
Feststellung des Primärschaufelrades gegenüber den ruhenden bzw.
feststehenden Getriebeteilen, insbesondere dem Getriebegehäuse, erfolgt
vorzugsweise mittels wenigstens einem Bremselement. Desweiteren ist im
Getriebe eine sogenannte Überbrückungskupplung vorgesehen, welche die
Getriebeeingangswelle direkt mit dem Sekundärschaufelrad unter Umgehung
des Primärschaufelrades verbindet. Dadurch wird erzielt, daß bei Befüllung
des hydraulischen Getriebeteiles im ersten Betriebszustand, vorzugsweise
lediglich in einer ersten Gangstufe, welche auch als Anfahrstufe bezeichnet
wird, das Primärschaufelrad die Funktion des Pumpenrades einer
hydrodynamischen Kupplung übernimmt. Das Primärschaufelrad wird
angetrieben und über die aufgrund der Primärschaufelradrotation erzeugten
Strömungskräfte Drehmoment auf das, die Funktion des Turbinenrades
übernehmende Sekundärschaufelrad übertragen. In den übrigen Gangstufen
im ersten Betriebszustand (d. h. der Vorwärtsgänge und zum Teil auch der
Rückwärtsgänge) bleibt das hydrodynamische Getriebeelement im
wesentlichen unbefüllt. Das Sekundärschaufelrad wird dann direkt über die
Überbrückungskupplung von der Getriebeeingangswelle angetrieben. Bei
vollständiger Entkoppelung des Primärschaufelrades von der
Getriebeeingangswelle würde dies jedoch dazu führen, daß während dieser
Betriebszustände zwischen beiden Schaufelrädern im torusförmigen
Arbeitsraum das Medium Luft wie ansonsten im befüllten Zustand das
Betriebsmittel umgewälzt wird. Zu diesem Zweck ist vorzugsweise
vorgesehen, daß das Primärschaufelrad während der weiteren Gangstufen im
ersten Betriebszustand mit dem Sekundärschaufelrad mit gleicher Drehzahl
beziehungsweise mit gleicher Geschwindigkeit umläuft. Der durch den Antrieb
des Primärschaufelrades dem Abtrieb entzogene Leistungsanteil ist relativ
gering und lediglich abhängig vom Gewicht des mitzuschleppenden
Primärschaufelrades. Die Leerlaufverluste werden somit erheblich reduziert.
Zur Realisierung des zweiten Betriebszustandes "Bremsen" nach der zweiten
Grundvariante wird das Sekundärschaufelrad gegenüber den ruhenden
Getriebeteilen festgesetzt und an diesen abgestützt. Das Sekundärschaufelrad
übernimmt die Funktion des Statorschaufelrades. Das Primärschaufelrad,
welches vorzugsweise drehfest mit der Getriebeeingangswelle gekoppelt ist,
wird über den Abtrieb mit gleicher Drehrichtung, wie während des
Anfahrvorganges angetrieben. Es übernimmt die Funktion des
Rotorschaufelrades. Im einzelnen bedeutet dies, daß das Betriebsmittel im
torusförmigen Arbeitsraum mit gleicher Strömungsrichtung, wie während des
Anfahrvorganges umgewälzt wird, jedoch beim Bremsvorgang auf die
feststehende Beschaufelung des Sekundärschaufelrades auftrifft und dadurch
abgebremst wird.
Zur konstruktiven Ausgestaltung sind dazu erste Mittel, mittels welcher die
Getriebeeingangswelle mit dem zweiten mechanischen Getriebeteil koppelbar
ist und zweite Mittel, mittels welcher das Sekundärschaufelrad mit der
Verbindung zwischen Getriebeeingangswelle und mechanischen Getriebeteil
koppelbar ist, vorgesehen. Weitere dritte Mittel dienen der Festsetzung des
Sekundärschaufelrades im zweiten Betriebszustand. Das Primärschaufelrad
ist vorzugsweise drehfest mit der Getriebeeingangswelle verbunden.
Die einzelnen Mittel sind auch hier vorzugsweise in Form von
Schaltelementen, insbesondere von Lastschaltelementen ausgeführt.
Die ersten und zweiten Mittel umfassen vorzugsweise
Kupplungseinrichtungen, die dritten Mittel wenigstens eine Bremseinrichtung.
In dieser bevorzugten Ausführung zur Realisierung des zweiten
Betriebszustandes entsprechend der zweiten Grundvariante kann eine
Einstellung des Bremsmomentes allein durch die Füllungsgradänderung im
torusförmigen Arbeitsraum und Festsetzung des Sekundärschaufelrades
erfolgen. Damit ist eine besonders schnelle Realisierung einer Abbremsung
möglich.
Vorzugsweise sind die Beschaufelungen von Primär- und
Sekundärschaufelrad derart geneigt ausgeführt, daß sich sowohl während des
Anfahrvorganges als auch während des zweiten Betriebszustandes eine
spießende Arbeitsweise der beiden Schaufelräder ergibt. Dies bedeutet die
Erzeugung hoher Reaktionsmomente am Sekundärschaufelrad.
Eine andere theoretisch ebenfalls denkbare Möglichkeit zur Abbremsung
entsprechend der zweiten Grundvariante besteht darin, die Drehrichtung des
Primärschaufelrades ebenfalls umzukehren, beispielsweise durch Einlegung
des Rückwärtsganges. In diesem Fall ist jedoch eine Unterbrechung des
Kraftflusses von der Antriebsmaschine zum Primärschaufelrad erforderlich,
beispielsweise durch eine Abkoppelung der Getriebeeingangswelle von der
Antriebsmaschine.
Die einzelnen Möglichkeiten zur An- und Entkopplung des Primär- und
Sekundärschaufelrades an die Getriebeeingangswelle sowie zur Feststellung
der einzelnen Schaufelräder gegenüber den ruhenden Getriebeteilen können
mittels Lastschaltelementen realisiert werden. Dies gilt analog für die
Realisierung der Gangstufen im mechanischen Getriebeteil. Diese
Lastschaltelemente sind vorzugsweise in Form von aneinander anpreßbaren
Reibelementen, insbesondere in Lamellenbauart, ausgeführt. Andere
Ausführungen sind denkbar. Die konkrete Auswahl der Art der
Lastschaltelemente und deren Einsatz erfolgt jedoch in Abhängigkeit von den
Erfordernissen des Einsatzfalles und liegt im Ermessen des Fachmannes.
Für die Ausführung des mechanischen Getriebeteiles sind eine Vielzahl von
Varianten denkbar. Es besteht die Möglichkeit der Realisierung der einzelnen
Gangstufen mittels Stirnradstufen und/oder Planetenradsätzen. Im einzelnen
kommen beispielsweise sogenannte Ravigneaux-Planetenradsätze zum
Einsatz. Vorzugsweise wird jedoch ein mechanischer Getriebeteil gewählt,
welcher hinsichtlich seiner Baulänge relativ klein baut und trotzdem die
Möglichkeit einer großen Drehzahl-Drehmomentenwandlung zuläßt. Eine
bevorzugte Ausführung umfaßt wenigstens drei Planetenradsätze - einen
ersten, einen zweiten und einen dritten Planetenradsatz. Die einzelnen
Planetenradsätze umfassen jeweils wenigstens ein Sonnenrad, ein Hohlrad,
Planetenräder und einen Steg. Die Planetenradsätze sind miteinander
gekoppelt. Jedem Planetenradsatz ist wenigstens ein Kupplungs- und/oder
ein Bremselement zugeordnet. Die Betätigung der einzelnen
Lastschaltelemente erfolgt in Abhängigkeit der aktuellen Fahrbedingungen
und des Fahrerwunsches und wird vorzugsweise über eine Steuereinrichtung,
beispielsweise die Fahrsteuerung gesteuert.
Der Betriebszustand "Bremsen" kann auch in wenigstens zwei
Teilbetriebszustände unterteilt werden, insbesondere wenn entsprechend der
geschalteten Gangstufen beim Umschaltvorgang eine Vielzahl von
Lastschaltelementen in Eingriff oder außer Eingriff gebracht werden sollen.
Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, einen Teil der Lastschaltelemente
betätigt zu lassen.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, daß mehrere
Betriebszustände mit einem Getriebekonzept realisiert werden können
welches lediglich einen hydraulischen Getriebeteil zur Leistungsübertragung
aufweist. Durch die Zuordnung der Funktionen "Kuppeln" und "Bremsen" zu
einem hydrodynamischen Bauelement wird Bauraum gespart. Desweiteren
reiht sich dieses Konzept in den vorherrschenden Entwicklungstrend, welcher
einen immer kleineren hydrodynamischen Anteil während des
Betriebszustandes Fahren anstrebt, ein und dient damit der Reduzierung von
Kraftstoff. Ein wesentlicher Vorteil besteht des weiteren darin, daß mit einem
Getriebe bzw. einer Getriebekonfiguration mit sehr geringer Variantenzahl eine
optimale Anpassung an unterschiedliche Motoren und Fahrzeuge
hauptsächlich über eine Füllungsregelung des hydrodynamischen
Getriebeelementes realisiert werden kann, d. h. das Getriebe kann universell
über einen großen Leistungsbereich eingesetzt werden. Auch ist es möglich
die Dämpfung von Schwingungen zu vereinfachen. Beim ständigen Anfahren
und Bremsen, d. h. im Stop- and Go-Verkehr sind deutliche Reduzierungen in
der Geräuschemission der Antriebsmaschine vorhanden.
Durch Steuerung der Füllung kann das Drehzahlverhalten einer jeden
Antriebsmaschine, insbesondere einer jeden Verbrennungskraftmaschine,
beim Anfahren optimal hinsichtlich Geräusch und Abgas beeinflußt werden.
Insbesondere im Betriebszustand Bremsen weist die Funktionszuordnung
erhebliche Vorteile gegenüber den konventionellen Lösungen auf, welche im
wesentlichen einen separaten Retarder hinter dem Getriebe vorsehen oder
aber das Bremsmoment mit dem hydrodynamischen Wandler erzeugen. Mit
der erfindungsgemäßen Lösung sind ausreichende konstante Bremsmomente
bis zu kleinen Geschwindigkeiten hin möglich. Während des gesamten
Betriebszustandes Bremsen sind keine Schaltungen erforderlich. Die
Geräuschentwicklung im Betriebszustand Bremsen ist dadurch sehr gering.
Bei Anpassungs- und Stopbremsungen bleibt der Motor ständig abgekoppelt
und läuft im Leerlauf, erst bei Erreichen einer kritischen Öltemperatur wird der
Motor zwecks besserer Wasserversorgung etwas hochgezogen, jedoch wird
dies nur bei längeren Bergabfahrten erforderlich sein.
Schnelle Reaktionszeiten beim Funktionswechsel werden vorzugsweise durch
eine Speicherfüllung realisiert. Das hydrodynamische Bauelement benötigt
eine geringere Ölfüllung als ein hydrodynamischer Wandler.
Während des Betriebszustandes Fahren ergeben sich keine Retarderverluste
im Fahrbetrieb, da beide Schaufelräder - Primärschaufelrad und
Sekundärschaufelrad - vorzugsweise gemeinsam rotieren und der Retarder
entleert ist.
Die erfindungsgemäß gestaltete Getriebebaueinheit zeichnet sich durch eine
universelle Einsetzbarkeit, einen geringen Kraftstoffverbrauch, eine hohe
Umweltverträglichkeit, geringe Herstellungskosten und eine hohe
Lebensdauer aus. Die möglichen Fahr- und Bremsmomente sind
entsprechend der Auslegung des hydrodynamischen Bauelementes
festgelegt. Die Kopplung mit den nachfolgenden mechanischen
Getriebestufen ermöglicht eine hohe Spreizung und erlaubt den Einsatz in
Stadt- und Überlandfahrzeugen. Das Getriebe liegt des weiteren innerhalb der
Getriebekontur konventioneller Getriebevarianten.
Der Anteil des hydraulischen Getriebeelementes an der zu übertragenden
Leistung ist gegenüber konventionellen Lösungen verringert. Das
hydrodynamische Getriebeelement mit den beiden Funktionen "Kuppeln" und
"Bremsen" bietet die Möglichkeit, die Anfahrvorgang so zu gestalten, daß eine
optimale Funktion des Motors beim Hochlauf und im hydrodynamischen
Bereich stattfindet. Bei den heute üblichen Wandlergetrieben wird der
Motorhochlauf durch die Wandlerwiderstände die von der Geometrie der
Beschaufelung und vom Profildurchmesser des Wandlers abhängig sind,
bestimmt. In der Regel erfolgt der Gleichgewichtszustand erst bei unnötig
hohen Drehzahlen, was mit erhöhtem Kraftstoffverbrauch, Emissionen und
höheren Motorgeräuschen verbunden ist. Beide sind heute jedoch wichtige
Argumente bei der Entscheidung für ein Getriebe. Das bedeutet im einzelnen,
daß das Getriebe im unteren Drehzahlbereich einen geringen Widerstand
bildet, damit der Motor möglichst rasch aus diesem ungünstigen Bereich, d. h.
der Erzeugung kleiner Momente und Rußbildung herauskommt. Die
Regelung der Motordrehzahl erfolgt auf einem gewünschten Drehzahlniveau
während der folgenden Beschleunigung des Fahrzeuges durch
Füllungsteuerung der Kupplung. Durch die Wahl der geeigneten
Übertragungsfähigkeit der Kupplung wird die Antriebsmaschine nahezu
schlupffrei an die mechanische Übersetzung angekoppelt. Bei der Fahrt in
den mechanischen Gängen läuft das hydrodynamische Getriebeelement im
entleerten Zustand vorzugsweise gekoppelt um, das heißt es sind keinerlei
Ventilationsverluste vorhanden.
Durch die Verwendung lediglich eines einzigen hydrodynamischen
Getriebeelementes im Gesamtgetriebe können die Anzahl der möglichen
Getriebevarianten gesenkt werden, da eine Anpassung an die verschiedenen
Betriebszustände bereits durch eine Füllungsgradänderung erfolgen kann.
Im einzelnen ist dieses Konzept vor allem für Mehrganggetriebe,
insbesondere bei Fünf- als auch Sechsganggetrieben anwendbar.
Mit der Zuordnung der Funktionen "Kuppeln" und "Bremsen" zu einem
hydrodynamischen Getriebeelement können nachfolgend genannte
Eigenschaften erzielt werden. Die Anpassung der erforderlichen Momente
beim Fahren und Bremsen kann durch Füllungsregelung erfolgen. Diese
ermöglicht einen weiten Stellbereich der Momente von null bis zu einem
Maximalmoment, ein gutes dynamisches Verhalten durch einen
kleinvolumigen Strömungskreislauf und keine Einbuße bei
Wiederholvorgängen durch vorrangiges Entleeren des hydrodynamischen
Getriebeelementes in einen Speicher.
Die gute Umweltverträglichkeit wird durch geringere Geräusche beim
Anfahren durch niedrige Motordrehzahl, geringere Geräusche durch
Abkoppeln des Motors beim Bremsen, da der Motor mit Leerlauf bei allen
Anpassungs- und Haltebremsungen umläuft, eine geringere Ölwechselmenge
sowie längere Ölwechselintervalle durch kompletten Tausch der Ölmenge
beim Ölwechsel und längere Ölwechselintervalle durch geringere
Temperaturbelastung wegen großer umlaufender Ölmengen beim Bremsen
und Anfahren realisiert. Desweiteren kann aufgrund der Auslegung des
hydrodynamischen Getriebeelementes ein wesentlich größerer Bereich zur
verschleißfreien Abbremsung realisiert werden.
Während des Anfahrens besteht die Aufgabe, den Motor nach Erreichen
seines vollen Motormomentes an das Getriebe anzukoppeln. Auf dem Weg
zum Kupplungspunkt sollen die Getriebemomente möglichst niedrig sein,
damit dieser für den Motor ungünstige Bereich möglichst schnell durchfahren
werden kann. Das Anfahren gliedert sich somit in die beiden Bereiche:
- 1. Hochlauf des Motors zum Kupplungspunkt.
- 2. Regelverhalten nach Erreichen des Kupplungspunktes.
Um diese Eigenschaften zu erreichen gibt es mehrere Möglichkeiten:
- 1. Regelung einer konstanten Füllung unabhängig von der Motordrehzahl.
- 2. Drehzahlabhängige Regelung der Füllung.
- 3. Einschieben einer gezielten Menge durch gesteuerte Einschaltzeit des Speichers.
Das Regelverhalten nach Erreichen des Kupplungspunktes zeichnet sich
durch eine Drehzahlregelung des Motors aus.
Im erstgenannten Fall richtet sich die Stärke der Füllung nach der
gewünschten Übertragungsfähigkeit abgeleitet aus der Kennlinie der
Antriebsmaschine. Durch eine entsprechende Vorgabe des Solldruckes besitzt
das hydrodynamische Getriebeelement bei Leerlauf der Antriebsmaschine
bereits die gewünschte Füllung, so daß beim Gasgeben der gewünschte
Kupplungspunkt nahezu ohne Füllungsgradänderung erreicht wird. Das
Primärschaufelrad muß dazu bei Erreichen der Leerlaufdrehzahl bereits
angekoppelt sein.
Bei abgekoppelten Primärschaufelrad ergibt sich eine Vollfüllung des
Arbeitsraumes, wobei die Möglichkeit besteht, daß sich die Füllung während
des Hochlaufens auf den gewünschten Wert einstellt, indem das
überschüssige Betriebsmittel ausgeschleudert würde.
Bei der drehzahlabhängigen Regelung der Füllung ist der Arbeitsraum des
hydrodynamischen Getriebeelementes entleert. Erst bei entsprechender
Vorgabe des Lastgebers und dem Erreichen einer bestimmten Drehzahl der
Antriebsmaschine wird die gewünschte Füllung eingestellt. Die
Primärschaufelradkupplung entsprechend einer Konfiguration zur Realisierung
des Bremsvorganges entsprechend der ersten Grundvariante kann dazu
betätigt oder freigegeben sein, wobei bei betätigter
Primärschaufelradkupplung diese möglichst bald nach der Betätigung des
Lastgebers oder nach dem Ende eines Bremssignales geschlossen werden
sollte.
Des weiteren besteht die Möglichkeit, eine gezielte Menge an Betriebsmittel
durch eine Steuerung der Einschaltzeit des im
Betriebsmittelversorgungssystem integrierten Speichers des
hydrodynamischen Getriebeelementes in den Arbeitsraum einzulassen. Dazu
ist im Ausgangszustand der Arbeitsraum des hydrodynamischen
Getriebeelementes entleert. Bei Erreichen einer bestimmten
Antriebsmaschinendrehzahl und einer entsprechenden Vorgabe des
Lastgebers wird eine motorspezifische Ölmenge durch den im
Betriebsmittelversorgungssystem des hydrodynamischen Getriebeelementes
integrierten Speicher in den Arbeitsraum eingeschoben. Die
Primärschaufelradkupplung kann dabei betätigt oder freigegeben sein. Im
freigegebenen Zustand sollte diese jedoch möglichst bald nach Betätigung
des Lastgebers oder nach Beendigung eines Bremssignales betätigt werden.
Bei allen Haltevorgängen ist jedoch bei gewünschtem gleichen
Ausgangszustand darauf zu achten, daß vor der Freigabe der
Primärschaufelradkupplung der Arbeitsraum des hydrodynamischen
Getriebeelementes entleert werden kann.
Sobald der Kupplungspunkt erreicht ist, schaltet die Steuerung auf eine
Drehzahlregelung der Antriebsmaschine um. Die Aktivierung des Speichers
wird abgeschaltet. Sobald sich das Fahrzeug in Bewegung setzt und damit
eine Drehzahlsteigerung des Sekundärschaufelrades erfolgt, nimmt aufgrund
der Drehzahlregelung die Füllung des Arbeitsraumes des hydrodynamischen
Getriebeelementes weiter zu und versucht den Motor auf der
Kupplungsdrehzahl zu halten. Bei vollständig gefülltem Arbeitsraum ist die
Anschlußdrehzahl der mechanischen Übersetzung dann annähernd erreicht.
Durch das Schließen der Überbrückungskupplung zwischen
Getriebeeingangswelle und Sekundärschaufelrad wird ohne eine
nennenswerte Drehzahländerung der Antriebsmaschine diese mit der
Abtriebsseite vollends synchronisiert und das Fahrzeug befindet sich in der
ersten mechanischen Gangstufe.
Zur Dämpfung von Schwingungen während des Anfahrvorganges ist ein
Dämpfungselement vorgesehen. Durch die rein hydraulische Anfahrstufe
genügt eine einstufige Federcharakteristik dessen, d. h. das
Dämpfungselement umfaßt wenigstens ein Federelement. Dieses ist
vorzugsweise zwischen der Antriebsseite und der Mitnahme der
Außenlamellen der Überbrückungskupplung angeordnet. Andere
Möglichkeiten sind ebenfalls denkbar.
Es besteht auch die Möglichkeit, ein hydrodynamisches Getriebeelement,
umfassend wenigstens ein Primär- und ein Sekundärschaufelrad als
vormontierte Baugruppe mit einem Gehäuse zu erstellen. Dabei werden den
einzelnen Schaufelrädern, insbesondere dem Primärschaufelrad, die Mittel
zum Ankoppeln an eine antreibende Welle und zum Festsetzen unmittelbar
zugeordnet und letztere am Gehäuse gelagert.
Aufgrund des guten Wirkungsgrades des hydrodynamischen Bauelementes,
welcher auf jeden Fall besser als der eines hydrodynamischen Wandlers ist,
kann das hydrodynamische Bauelement in den unteren Gangstufen aktiv
bleiben, d. h. das hydrodynamische Kupplungen arbeiten. Das verbessert das
Fahrverhalten und die Schaltübergänge durch die hydraulische weiche
Anbindung des Motors beachtlich. Der Einsatz der Überbrückungskupplung
kann unabhängig von der Beschleunigung des Fahrzeuges erfolgen oder
aber in den oberen Geschwindigkeitsbereich gelegt werden, wo der rein
mechanische Betrieb keinerlei Probleme mehr bereitet.
Bezüglich des Wechsels der verschiedenen Gangstufen gelten die gleichen
Anforderungen wie ansonsten an Getriebe auch. Die Antriebsmaschine,
insbesondere der Verbrennungsmotor muß durch die entsprechenden
Schaltelemente möglichst direkt und ruckfrei auf die neue Anschlußdrehzahl
gebracht werden. Hierzu wird mit einer leichten Überschneidung aus- bzw.
eingeschaltet und der einzuschaltende Gang mit dem entsprechenden
Druckhochlauf ausgestattet.
Beim Schaltvorgang über eine Gruppe synchronisiert dann die
Gruppenkupplung die Verbrennungskraftmaschine auf die entsprechende
Anschlußdrehzahl. Danach erfolgt zügig, ohne großen Druckaufbau, mit der
bekannten Überschneidung der Wechsel der Gangstufen. Dabei entstehen
keine nennenswerten Auswirkungen auf den Abtrieb, weil nur geringe,
getriebeinterne Massen in ihrer Drehzahl angepaßt werden.
Das Getriebe weist des weiteren über den gesamten Bereich einen guten
Wirkungsgrad auf und bezüglich Schaltkomfort und Fahrverhalten sind
keinerlei Rückschritte gegenüber den derzeit bekannten Getrieben zu
verzeichnen. Während des Betriebszustandes "Fahren" wird das
hydrodynamische Kupplungselement mit maximaler Füllung betrieben, hat
dabei sehr wenig Schlupf und damit einen ausgezeichneten Wirkungsgrad,
der je nach Last und Drehzahl zwischen 90 und 99% liegen kann. Diese
Werte werden von keinem hydrodynamischen Wandler erreicht. Das
hydrodynamische Bauelement, welches während des Anfahrvorganges als
Kupplung arbeitet, kuppelt hart. Trotzdem bleibt es ein hydraulisches
Übertragungselement mit all seinen Vorteilen, wie beispielsweise die
Dämpfung von Schwingungen und die Minderung von Geräuschen. Bei allen
darauffolgenden Schaltungen wird dann der Schlupf des hydrodynamischen
Bauelementes vergrößert, das Kuppeln erfolgt weicher und erreicht Werte,
welche mindestens dem Schlupf eines hydrodynamischen Wandlers
entsprechen. Die Schaltung der einzelnen Gangstufen im ersten
Betriebszustand kann zügig erfolgen, der zwangsweise entstehende Schlupf
kann in das hydrodynamische Bauelement verlegt werden und sodann durch
Steigerung der Füllung wieder verringert. Damit können komfortable
Übergänge bei gleichzeitiger Verringerung der Belastung der Schaltelemente
zur Realisierung der einzelnen Gangstufen erzeugt werden.
Auch bei plötzlich auftretenden Lastwechseln kann der Schlupf des
hydrodynamischen Bauelementes ebenfalls kurzzeitig erhöht werden, so daß
sich eine hydraulische weiche Anbindung ergibt. Der gefürchtete
Lastwechselschlag dürfte dann kein Thema sein. Hinzu kommt, daß die
Kennlinie des verwendeten elastischen Dämpfers bessere Eigenschaften bei
Lastwechseln besitzt. Das hydrodynamische Bauelement wird dann im
Betriebszustand "Fahren" überbrückt, wenn die Schaltung der einzelnen
Gangstufen im ersten Betriebszustand keine Einbuße im Schaltkomfort mehr
verursacht. Diese Funktion wird durch entsprechende Steuerung der Füll- und
Entleervorgänge gewährleistet.
Des weiteren bietet die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe die
Möglichkeit der Schaffung einer vormontierten hydrodynamischen Baugruppe
entsprechend der Ansprüche 40 und 41.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren
erläutert.
Fig. 1 verdeutlicht schematisch in vereinfachter Darstellung die
Konfiguration einer bevorzugten Ausführung eines
erfindungsgemäß gestalteten Getriebes zur Erzeugung des
Bremsmomentes nach der ersten Grundvariante;
Fig. 2 verdeutlicht ein Schaltschema zur Betätigung der einzelnen
Lastschaltelemente eines Getriebes entsprechend Fig. 1;
Fig. 3a und 3b verdeutlicht schematisch die Arbeitsweise des
hydrodynamischen Getriebeelementes während des
Anfahrvorganges im ersten Betriebszustand und während des
zweiten Betriebszustandes;
Fig. 4 zeigt eine Anordnung eines Dämpfungsgliedes;
Fig. 5 verdeutlicht den Aufbau eines Dämpfungsgliedes;
Fig. 6 verdeutlicht schematisch in vereinfachter Darstellung die
Konfiguration einer bevorzugten Ausführung eines
erfindungsgemäß gestalteten Getriebes zur Erzeugung des
Bremsmomentes nach der zweiten Grundvariante.
Die Fig. 1 verdeutlicht schematisch anhand einer vereinfachten Darstellung
eines Axialschnittes den Aufbau einer erfindungsgemäß gestalteten
Getriebeeinheit 1 in einer bevorzugten Ausführung.
Die Getriebeeinheit 1 weist eine Getriebeeingangswelle E und eine
Getriebeausgangswelle A auf. Die Getriebeeinheit 1 umfaßt des weiteren einen
ersten hydraulischen Getriebeteil 2 und einen zweiten mechanischen
Getriebeteil 3. Der erste hydraulische Getriebeteil 2 umfaßt ein
hydrodynamisches Getriebeelement mit wenigstens zwei Schaufelrädern -
einem ersten Schaufelrad und einem zweiten Schaufelrad. Das erste
Schaufelrad wird als Primärschaufelrad 4 und das zweite Schaufelrad als
Sekundärschaufelrad 5 bezeichnet. Das Primärschaufelrad 4 und das
Sekundärschaufelrad 5 bilden miteinander wenigstens einen torusförmigen
Arbeitsraum 6, welcher mit Betriebsmittel befüllbar ist. Zu diesem Zweck ist
dem torusförmigen Arbeitsraum 6 eine, hier im einzelnen nicht dargestellte
Betriebsmittelversorgungseinheit zugeordnet. Der hydraulische Getriebeteil ist
beim Einsatz des erfindungsgemäß gestalteten Getriebes in einem Fahrzeug
in den zwei unterschiedlichen Betriebszuständen - einem ersten
Betriebszustand, welcher als "Fahren", und einem zweiten Betriebszustand,
welcher als "Bremsen" bezeichnet wird, jeweils als hydrodynamische
Kupplung und als hydrodynamischer Retarder betreibbar. Dazu werden den
einzelnen Schaufelrädern - dem Primärschaufelrad 4 und dem
Sekundärschaufelrad 5, jeweils unterschiedliche Funktionen zugewiesen.
Während des ersten Betriebszustandes, insbesondere während des
Anfahrvorganges, arbeitet das Primärschaufelrad 4 als sogenanntes
Pumpenrad und das Sekundärschaufelrad 5 als Turbinenrad. Im zweiten
Betriebszustand "Bremsen" wird dem Primärschaufelrad 4 die Funktion des
Statorschaufelrades eines hydrodynamischen Retarders zugewiesen. Das
Sekundärschaufelrad 5 übernimmt dann die Funktion des Rotorschaufelrades.
Zur Realisierung dieser Funktionen müssen entsprechende Mittel vorgesehen
sein, welche eine Funktionszuordnung in der genannten Weise ermöglicht.
Das Sekundärschaufelrad 5 ist über eine Verbindungswelle 7 ständig drehfest
mit dem mechanischen Getriebeteil 3 verbunden. Die Verbindungswelle 7 ist
über eine sogenannte Durchkupplung, welche auch als
Überbrückungskupplung ÜK bezeichnet wird, mit der Getriebeeingangswelle
E koppelbar. Über diese Kopplung ist damit auch das Sekundärschaufelrad 5
mit der Getriebeeingangswelle E verbindbar. Das Primärschaufelrad 4 ist
mittels einer sogenannten Primärschaufelradkupplung PK mit der
Getriebeeingangswelle E koppelbar. Das Primärschaufelrad 4 ist vorzugsweise
drehfest auf einer Verbindungswelle 8 angeordnet, wobei die
Verbindungswelle 8 mit der Getriebeeingangswelle E durch die
Primärschaufelradkupplung PK verbindbar ist. Der Verbindungswelle 8 ist ein
Bremselement, welches hier als Primärschaufelradbremse PB bezeichnet wird,
zugeordnet. Diese Primärschaufelradbremse PB ist gestellfest an einem
ruhenden Getriebeteil, vorzugsweise am hier angedeuteten Getriebegehäuse
9 befestigt.
Das Sekundärschaufelrad 5 ist über die Verbindungswelle 7 mit dem zweiten
mechanischen Getriebeteil 3 koppelbar. Der zweite mechanische
Getriebeteil 3 umfaßt im dargestellten Fall drei Planetenradsätze, einen ersten
Planetenradsatz PRI, einen zweiten Planetenradsatz PRII und einen dritten
Planetenradsatz PRIII. Die einzelnen Planetenradsätze umfassen jeweils
wenigstens ein erstes Sonnenrad - für den ersten Planetenradsatz PRI mit Ia,
für den zweiten Planetenradsatz PRII mit IIa und für den dritten
Planetenradsatz PRIII mit IIIa bezeichnet, ein Hohlrad, Planetenräder und
einen Steg. Die Hohlräder der einzelnen Planetenradsätze sind hier für den
ersten Planetenradsatz PRI mit Ib, für den zweiten Planetenradsatz PRII mit IIb
und für den dritten Planetenradsatz PRIII mit IIIb bezeichnet. Den
Planetenrädern sind die Bezugsziffern für den ersten Planetenradsatz PRI Ic,
für den zweiten Planetenradsatz PRII IIc und für den dritten Planetenradsatz
PRIII IIIc zugeordnet. Die Stege der einzelnen Planetenradsätze sind mit Id, IId
und IIId bezeichnet. Wenigstens ein erstes Getriebeelement des ersten
Planetenradsatzes PRI, des zweiten Planetenradsatzes PRII und des dritten
Planetenradsatzes PRIII sind miteinander über eine Verbindungswelle 10
verbunden. Vorzugsweise sind dazu diese Getriebeelemente drehfest auf der
Verbindungswelle 10 angeordnet. Das erste Getriebeelement des ersten
Planetenradsatzes wird dabei vom Steg Id, des zweiten Planetenradsatzes
PRII vom Hohlrad IIb und des dritten Planetenradsatzes PRIII vom Sonnenrad
IIIa gebildet. Ein weiteres zweites Getriebeelement des ersten und des zweiten
Planetenradsatzes PRI beziehungsweise PRII sind ebenfalls miteinander
gekoppelt. Die zweiten Getriebeelemente werden dabei im ersten
Planetenradsatz PRI vom Sonnenrad Ia und im zweiten Planetenradsatz PRII
vom Sonnenrad IIa gebildet. Dazu sind beide Sonnenräder - das Sonnenrad
des ersten und des zweiten Planetenrades - vorzugsweise drehfest auf einer
gemeinsamen Welle 11, welche als Hohlwelle ausgebildet sein kann,
angeordnet. Die Verbindungswelle 7 zwischen dem hydraulischen
Getriebeteil 2 und dem mechanischen Getriebeteil 3 ist über ein erstes
Kupplungselement K1 mit dem ersten Planetenradsatz PRI koppelbar. Ein
weiteres zweites Kupplungselement K2 ist der Verbindung, vorzugsweise der
Verbindungswelle zwischen den beiden zweiten Getriebeelementen vom
ersten Planetenradsatz PRI und zweiten Planetenradsatz PRII, welche jeweils
von den Sonnenrädern Ia und IIa gebildet werden, wenigstens mittelbar
zugeordnet.
Ein zweites Getriebeelement des dritten Planetenradsatzes PRIII wird vom
Steg IIId gebildet. Der Steg IIId ist dabei drehfest mit der
Getriebeausgangswelle A verbindbar. Vorzugsweise ist der Steg IIId des
dritten Planetenradsatzes PRIII mit der Getriebeausgangswelle drehfest
gekoppelt. Ein drittes Getriebeelement des dritten Planetenradsatzes PRIII
wird vom Hohlrad IIIb gebildet. Das Hohlrad IIIb ist dabei über ein weiteres
drittes Kupplungselement K3 drehfest mit dem Steg, und damit der
Getriebeausgangswelle verbindbar.
Jedem Planetenradsatz PRI, PRII beziehungsweise PRIII ist ein Bremselement
zugeordnet. Ein erstes Bremselement B1 dient dabei dem Feststellen der
Verbindung zwischen den beiden Sonnenrädern Ia und IIa der beiden
Planetenradsätze PRI und PRII. Ein zweites Bremselement B2 dient dem
Festsetzen eines dritten Getriebeelementes des zweiten Planetenradsatzes
PRII, welches vom Steg IId gebildet wird. Ein drittes Bremselement B3 ist dem
dritten Getriebeelement des dritten Planetenradsatzes PRIII, welches vom
Hohlrad IIIb gebildet wird, zugeordnet.
Die detaillierte konstruktive Ausführung für die oben beschriebene Anordnung
liegt dabei im Ermessen des Fachmannes. Für die Realisierung einzelner
Betriebszustände und Gangstufen kann die Zuordnung der einzelnen
Kupplungs- und Bremselemente K beziehungsweise B zu den die einzelnen
Getriebestufen realisierenden mechanischen Getriebebestandteilen
entsprechend festgelegt werden. Auch die Gestaltung des mechanischen
Getriebeteiles kann unterschiedlich ausgeführt sein. Im einzelnen sind
beispielsweise Schaltstufen in Form von Stirnradstufen, Planetenradstufen und
Kombinationen von beiden denkbar. Die einzelnen Bremselemente sind dabei
vorzugsweise an ruhenden Bauteilen des Getriebes befestigt, vorzugsweise
am Gehäuse beziehungsweise der Gehäusewand 9.
Für die Gestaltung der einzelnen Lastschaltelemente, der
Überbrückungskupplung ÜK, der Primärschaufelradkupplung PK, der
Primärschaufelradbremse PB, der einzelnen Kupplungselemente K und der
einzelnen Bremselemente B sind verschiedene Varianten denkbar.
Vorzugsweise in Reibscheibenbauweise, speziell in Lamellenbauart
ausgeführt. Dem Fachmann stehen jedoch hier aus dem Stand der Technik
ebenfalls eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Verfügung.
Die Fig. 1 verdeutlicht eine bevorzugte Ausführung eines mechanischen
Getriebeteiles einer Kombination mit dem mit Funktionsänderung betriebenen
hydrodynamischen Getriebeelement. Andere Ausführungen des
mechanischen Getriebeteiles sind denkbar.
Die Fig. 2 zeigt eine Übersicht über die mit dem in der Fig. 1
beschriebenen Getriebe verwirklichten Betriebszustände und der einzelnen
Gangstufen. Wie bereits ausgeführt handelt es sich bei dem in der Fig. 1
beschriebenen Getriebeeinheit um eine bevorzugte Ausführungsform, anhand
derer die Funktionsweise eines als hydrodynamische Kupplung oder als
hydrodynamischer Retarder betreibbaren hydraulischen Getriebeteiles 2
dargestellt und erläutert werden soll. Im einzelnen werden die zwei
Grundbetriebszustände Fahren und Bremsen unterschieden. Der
Betriebszustand Fahren umfaßt dabei im dargestellten Beispiel die Gangstufen
1 bis 6 sowie zwei Rückwärtsgänge. Der Betriebszustand Bremsen umfaßt
zwei Bremsstufen - eine erste Bremsstufe und eine zweite Bremsstufe.
Im ersten Gang des ersten Betriebszustandes, dem sogenannten Anfahrgang,
ist die Primärschaufelradkupplung PK betätigt und verbindet damit die
Getriebeeingangswelle E über die Verbindungswelle 8 mit dem
Primärschaufelrad 4. Die Verbindung zwischen dem hydraulischen
Getriebeteil 2 und dem mechanischen Getriebeteil 3 wird über das erste
Kupplungselement K1 realisiert. Desweiteren sind das zweite und dritte
Bremselement B2 und B3 betätigt. Die hydraulische Baueinheit 2,
insbesondere der torusförmige Arbeitsraum 6 ist in diesem Zustand mit
Betriebsmittel befüllt. Der Kraftfluß beziehungsweise die Leistungsübertragung
erfordert dabei über die mit einer hier nicht dargestellten Antriebsmaschine
wenigstens mittelbar koppelbare Getriebeeingangswelle E, die
Primärschaufelradkupplung PK, das Primärschaufelrad 4, das
Sekundärschaufelrad 5 über das erste Kupplungselement K1, den ersten
Planetenradsatz PRI, insbesondere das Hohlrad Ib des ersten
Planetenradsatzes auf den Steg IIId des dritten Planetenradsatzes und damit
die Getriebeausgangswelle A, welche wenigstens mittelbar mit einer
anzutreibenden Einrichtung, beispielsweise den Rädern eines Fahrzeuges in
Triebverbindung bring bar ist.
Das hydraulische Getriebeteil 2 arbeitet während des Anfahrvorganges als
hydrodynamische Kupplung. Eine Befüllung erfolgt während der einzelnen
Gangstufen im Betriebszustand Fahren nur während des Anfahrvorganges. Im
Übergang in die zweite Gangstufe wird der hydraulische Getriebeteil 2,
insbesondere der torusförmige Arbeitsraum 6, entleert. Das erste
Kupplungselement K1 sowie das dritte Bremselement B3 bleiben betätigt,
desweiteren die Primärschaufelradkupplung PK. Das zweite Bremselement B2
wird gelöst und dafür das erste Bremselement B1 betätigt. Mit dieser
Gangstufe kann die Überbrückungskupplung ÜK, welche die
Getriebeeingangswelle E mit dem Sekundärschaufelrad 5 beziehungsweise
der Verbindungswelle 7 verbindet, betätigt oder aber freigegeben sein. Dies
hängt davon ab, in wie weit die Funktion des hydraulischen
Getriebeelementes 2 als hydrodynamische Kupplung in die zweite Gangstufe
hineinreicht. In diesem Fall ist der Arbeitsraum 6 des hydraulischen
Getriebeteiles 2 auch während der zweiten Gangstufe noch befüllt. Erfolgt
jedoch eine Durchkupplung zwischen der Getriebeeingangswelle E und dem
mechanischen Getriebeteil 3 ist der torusförmige Arbeitsraum 6 des
hydraulischen Getriebeteils 2 entleert. Im diesem Fall erfolgt der Kraftfluß von
der Getriebeeingangswelle E über die Überbrückungskupplung ÜK, der
Verbindungswelle 7, dem ersten Kupplungselement K1 zum Hohlrad Ib des
ersten Planetenradsatzes PRI, auf den Steg Id des ersten Planetenradsatzes
über die Verbindungswelle 10 auf den Steg IIId des dritten Planetenradsatzes
PRIII und damit die Getriebeausgangswelle A.
In dieser zweiten Gangstufe wird aufgrund der drehfesten Verbindung
zwischen Sekundärschaufelrad 5 und Verbindungswelle 7 dieses mit
angetrieben. Dies hätte auch bei entleerten torusförmigen Arbeitsraum 6
Ventilationsverluste aufgrund der umgewälzten Luftmassen zwischen den
beiden Schaufelrädern - dem Sekundärschaufelrad 5 und dem
Primärschaufelrad 4 - zur Folge. Deshalb ist vorzugsweise während der
gesamten Fahrstufen zusätzlich die Primärschaufelradkupplung PK betätigt.
Diese ermöglicht, daß das Primärschaufelrad 4 gemeinsam mit dem
Sekundärschaufelrad 5 mit gleicher Geschwindigkeit beziehungsweise
Drehzahl umläuft. Dadurch werden Ventilationsverluste der
Leistungsübertragung aufgrund umgewälzter und abgebremster Luftmassen
zwischen beiden Schaufelrädern vermieden, und es sind keine zusätzlichen
aufwendigen Einrichtungen, wie sie im Stand der Technik beispielsweise bei
Retardern zur Vermeidung der Leistungsverluste erforderlich sind, von Nöten.
In der dritten Fahrstufe sind neben der Überbrückungskupplung ÜK und der
Primärschaufelradkupplung PK das erste Kupplungselement K1, das zweite
Kupplungselement K2 sowie das dritte Bremselement B3 betätigt. Alle
anderen Lastschaltelemente befinden sich außer Eingriff. Der Kraftfluß erfolgt
somit über die Getriebeeingangswelle E, die Überbrückungskupplung ÜK, die
Verbindungswelle 7 über das erste Kupplungselement K1 zum ersten
Planetenradsatz PRI, insbesondere zum Hohlrad Ib des ersten
Planetenradsatzes PRI. Ein weiterer Leistungsanteil wird über das zweite
Kupplungselement K2 auf das Sonnenrad Ia des ersten Planetenradsatzes
PRI übertragen. Die wiederum am Steg Id des ersten Planetenradsätze PRI
zusammengeführten Leistungsanteile werden über den Steg IIId des dritten
Planetenradsatzes PRIII auf die Getriebeausgangswelle A übertragen.
In der vierten Gangstufe sind das erste Kupplungselement K1, das dritte
Kupplungselement K3, die Überbrückungskupplung ÜK, die
Primärschaufelradkupplung PK sowie das zweite Bremselement B2 betätigt.
Alle anderen Lastschaltelemente sind außer Eingriff. Mittels des zweiten
Bremselementes B2 wird der Steg IId des zweiten Planetenradsatzes PRII
festgestellt. Das Hohlrad IIId des dritten Planetenradsatzes PRIII ist mit dem
Steg des dritten Planetenradsatzes IIId drehfest verbunden. Die
Leistungsübertragung erfolgt damit von der Getriebeeingangswelle E über die
Überbrückungskupplung ÜK, die Verbindungswelle 7, das erste
Kupplungselement K1 zum Hohlrad Ib des ersten Planetenradsatzes PRI, über
den zweiten Planetenradsatz PRII, die Verbindungswelle 10 zu den
Planetenrädern IIIc des dritten Planetenradsatzes PRIII, welche den mit dem
Hohlrad IIIb gekoppelten Steg IIId des dritten Planetenradsatzes PRIII zur
Getriebeausgangswelle A antreiben.
In der fünften Gangstufe werden lediglich das zweite Bremselement B2 gelöst
und das erste Bremselement B1 betätigt. Dies bedeutet, daß die Verbindung
zwischen dem ersten Planetenradsatz PRI und dem zweiten
Planetenradsatz PRII, insbesondere die Verbindungswelle 11 festgestellt ist.
Die Sonnenräder Ia und IIa der beiden Planetenradsätze PRI und PRII stehen
somit still. Die Kraftübertragung selbst erfolgt wieder über die Eingangswelle
E, die Überbrückungskupplung ÜK, die Verbindungswelle 7, das erste
Kupplungselement K1, das Hohlrad Ib des ersten Planetenradsatzes PRI und
von da über den Steg Id des ersten Planetenradsatzes PRI auf den Stege IIId
des dritten Planetenradsatzes PRIII und damit der Getriebeausgangswelle A.
Die sechste Gangstufe unterscheidet sich von der fünften Gangstufe dadurch,
daß alle drei Kupplungselemente K1, K2 sowie K3 betätigt, während alle
Bremselemente gelöst sind.
Eine Drehrichtungsumkehr in den Rückwärtsgangstufen des ersten
Betriebszustandes wird ebenfalls über bestimmte Kombinationen der
Betätigung der einzelnen Lastschaltelemente, das heißt der Kupplungs- und
Bremselemente realisiert. Dazu sind im wesentlichen in einem ersten
Rückwärtsgang die Primärschaufelradkupplung PK, das zweite Bremselement
B2, das zweite Kupplungselement K2 und das dritte Bremselement B3
betätigt. In einer zweiten Rückwärtsgangstufe sind das dritte Bremselement
B3 gelöst und das dritte Kupplungselement betätigt. Das Freigeben und die
Betätigung der einzelnen Kupplungs- und Bremselemente zur Realisierung
der Rückwärtsgangstufen ermöglicht eine Drehrichtungsumkehr der
Getriebeausgangswelle A.
Vorzugsweise bleiben hier entsprechend der einzelnen eingelegten
Gangstufen die auch als Gruppenkupplung und Gruppenbremse
bezeichneten Lastschaltelemente K3 und B3 jeweils betätigt und es werden
die anderen Brems- und Kupplungselemente freigegeben oder in Eingriff
gebracht. Dadurch wird der Betriebszustand Bremsen in wenigstens 2
Teilbereiche unterteilt.
Im zweiten Betriebszustand "Bremsen" wird der hydraulische, insbesondere
hydrodynamische Getriebeteil 2 als Bremse betrieben. Die Funktion des
Statorschaufelrades übernimmt dabei das Primärschaufelrad 4. Dieses wird
mittels der Primärschaufelradbremse PB festgehalten. Mit dem in der Fig. 1
dargestellten Getriebe lassen sich durch Einlegen der einzelnen
Rückwärtsgangstufen im mechanischen Getriebeteil 3 im wesentlichen zwei
Bremsstufen realisieren. In beiden Bremsstufen ist dazu die ÜK gelöst. Diese
kann jedoch unter der Voraussetzung, daß die Antriebsmaschine vom
Getriebe entkoppelt wird, betätigt bleiben.
Zur Kopplung der Verbindungswelle 7 mit dem zweiten Getriebeteil 3 ist das
erste Kupplungselement K1 betätigt. Desweiteren ist in einer ersten
Bremsstufe das dritte Kupplungselement K3 geschlossen, das heißt das
Hohlrad IIIb des dritten Planetenradsatzes PRIII ist drehfest mit dem Steg IIId
des dritten Planetenradsatzes PRIII und damit der Getriebeausgangswelle A
gekoppelt. In einer zweiten Bremsstufe ist das dritte Kupplungselement K3
gelöst und das dritte Bremselement B3 betätigt. Das zweite Bremselement B2
ist ebenfalls in beiden Bremsstufen geschlossen, das heißt der Steg IId des
zweiten Planetenradsatzes PRII steht still.
Das Sekundärschaufelrad 5 wird in diesem Betriebszustand aufgrund des
Schiebebetriebes von der Getriebeausgangswelle A über die einzelnen
geschalteten Getriebeelemente des mechanischen Getriebeteiles angetrieben.
Es übernimmt damit die Funktion des Rotorschaufelrades eines
hydrodynamischen Retarders. Der Arbeitskreislauf im torusförmigen
Arbeitsraum 6 weist einen entgegengesetzte Strömungsrichtung gegenüber
der im ersten Betriebszustand des hydraulischen Getriebeteiles beim Anfahren
eingestellten Strömungsrichtung auf.
Im ersten Betriebszustand - "Fahren" -, insbesondere während des
Anfahrvorganges arbeitet das hydraulische Getriebeelement 2 spießend. Bei
Realisierung der Bremsstufen über die Rückwärtsgangstufen ist im zweiten
Betriebszustand - "Bremsen" - die Betriebsweise aufgrund der Beschaufelung
der Schaufelräder und geänderter Drehrichtung des Sekundärschaufelrades 5
ebenfalls spießend.
In den Fig. 3a und 3b sind jeweils in einem Zylinderschnitt durch das
hydraulische Getriebeteil 2, insbesondere die beiden Schaufelräder - das
Primärschaufelrad 4 und das Sekundärschaufelrad 5 - diese Arbeitsweisen
vereinfacht schematisch verdeutlicht. Für gleiche Elemente sind gleiche
Bezugszeichen verwendet.
Die Fig. 3a verdeutlicht dabei die Arbeitsweise des hydrodynamischen
Getriebeelementes während des Anfahrvorganges. Daraus wird ersichtlich,
daß das Betriebsmittel vom Zwischenraum zweier benachbarter Schaufeln 4.1
und 4.2 des von der Getriebeeingangswelle angetriebenen
Primärschaufelrades 4 aufgrund von dessen Rotation an den
Schaufelrückseiten der Schaufeln, hier zur Verdeutlichung 5.1 und 5.2 des
Sekundärschaufelrades 5, umgelenkt wird, d. h. ein geschlossener
Betriebsmittelkreislauf zwischen Primär- und Sekundärschaufelrad ausgebildet
und dadurch Drehmoment übertragen wird. Diese Arbeitsweise des
Primärschaufelrades gegenüber dem Sekundärschaufelrad wird als "spießend"
bezeichnet.
Auch im Betriebszustand Bremsen ist das hydrodynamische Getriebeelement
mit Betriebsmittel befüllt. Aufgrund der schrägen Beschaufelung bildet sich
dann ein geschlossener Kreislauf von Betriebsmittel zwischen dem in diesem
Betriebszustand als Rotorschaufelrad fungierenden Sekundärschaufelrad und
dem als Statorschaufelrad fungierenden Primärschaufelrad aus. Das
angetriebene Sekundärschaufelrad verwandelt die eingeleitete mechanische
Energie bei gefülltem Kreislauf in Strömungsenergie, die am stehenden
Primärschaufelrad in Wärmeenergie umgesetzt wird. Das Sekundärschaufelrad
arbeitet gegenläufig bezogen auf den Anfahrvorgang.
In der Fig. 3a ist die Arbeitsweise des hydraulischen Getriebeelementes 2
als Kupplung während des Anfahrvorganges und eventuell während eines
ersten Teiles einer weiteren Gangstufe im ersten Betriebszustand "Fahren"
dargestellt. In diesem Fall wird das Primärschaufelrad 4 von der
Getriebeeingangswelle E angetrieben. Die Drehrichtung bestimmt sich dabei
durch die mit der Getriebeeingangswelle entweder direkt gekoppelte
Abtriebswelle einer Arbeitsmaschine oder aber durch vorgeschaltete
Kraftübertragungselemente. Bei Rotation des Primärschaufelrades 4
gegenüber dem Sekundärschaufelrad 5 steht die Beschaufelung derart
zueinander, daß das hydraulische Getriebeteil spießend arbeitet.
In der Fig. 3b ist das hydraulische Getriebeteil 2 im Betriebszustand
Bremsen bei Drehrichtungsumkehr des Sekundärschaufelrades dargestellt. In
diesem Betriebszustand ist das Primärschaufelrad 4 gegenüber dem Gehäuse
der Kupplung ortsfest und gestellfest und das Sekundärschaufelrad 5 wird
über die Rückwärtsgangschaltstufen im mechanischen Getriebeteil von der
Getriebeausgangswelle A angetrieben. Aufgrund des Austausches der
Antriebsseiten zwischen den Betriebszuständen Fahren und Bremsen wird ein
Arbeitskreislauf im torusförmigen Arbeitsraum 6 erzeugt, welcher im
Bremsbetrieb entgegen dem im Kuppelbetrieb gerichtet ist. Die Betriebsweise
beider Schaufelräder ist ebenfalls spießend.
Die abgewickelte Darstellung der Beschaufelung der beiden Schaufelräder in
den Fig. 3a und 3b verdeutlicht die Neigung der einzelnen
Beschaufelungen gegenüber einer zwischen Primär- und Sekundärschaufelrad
in Einbaulage bildbaren Trennebene ET.
Fig. 4 verdeutlicht anhand eines Ausschnittes aus einer Getriebedarstellung
die Anordnung eines dem hydrodynamischen Bauelement vorgeschalteten
Dämpfungselementes 21. Dieses ist vorzugsweise zwischen der
Getriebeeingangsseite und der Mitnahme der Außenlamellen der
Überbrückungskupplung ÜK angeordnet.
In Fig. 5 ist der Aufbau im einzelnen dargestellt. Das Dämpfungselement 21
ist scheibenförmig ausgebildet und weist eine Vielzahl von auf einem
bestimmten Durchmesser d in Umfangsrichtung anordenbaren
Drehmomentstützen 22 und dazwischen angeordneten
Energiespeichereinheiten in Form von Federelementen 23 auf.
Die Fig. 6 verdeutlicht schematisch anhand einer vereinfachten Darstellung
eines Axialschnittes den Aufbau einer erfindungsgemäß gestalteten
Getriebeeinheit 25 zur Erzeugung des Bremsmomentes nach der zweiten
Grundvariante in einer bevorzugten Ausführung.
Die Getriebeeinheit 25 weist eine Getriebeeingangswelle E, eine
Getriebeausgangswelle A, einen ersten hydraulischen Getriebeteil 26 und
einen zweiten mechanischen Getriebeteil 27 auf. Der erste hydraulische
Getriebeteil 26 umfaßt ein hydrodynamisches Getriebeelement mit wenigstens
zwei Schaufelrädern - einem Primärschaufelrad 28 und einem
Sekundärschaufelrad 29. Das Primärschaufelrad 28 und das
Sekundärschaufelrad 29 bilden miteinander wenigstens einen torusförmigen
Arbeitsraum 30, welcher mit Betriebsmittel befüllbar ist. Zu diesem Zweck ist
dem torusförmigen Arbeitsraum 30 eine, hier im einzelnen nicht dargestellte
Betriebsmittelversorgungseinheit zugeordnet. Der hydraulische Getriebeteil ist
beim Einsatz des erfindungsgemäß gestalteten Getriebes in einem Fahrzeug
in den zwei unterschiedlichen Betriebszuständen - einem ersten
Betriebszustand, welcher als "Fahren" und einem zweiten Betriebszustand,
welcher als "Bremsen" bezeichnet wird, jeweils als hydrodynamische
Kupplung und als hydrodynamischer Retarder betreibbar. Dazu werden den
einzelnen Schaufelrädern 28 und 29 jeweils unterschiedliche Funktionen
zugewiesen. Während des ersten Betriebszustandes, insbesondere während
des Anfahrvorganges, arbeitet das Primärschaufelrad 28 als sogenanntes
Pumpenrad und das Sekundärschaufelrad 29 als Turbinenrad. Im zweiten
Betriebszustand "Bremsen" wird dem Sekundärschaufelrad 29 die Funktion
des Statorschaufelrades eines hydrodynamischen Retarders zugewiesen. Das
Primärschaufelrad 28 übernimmt dann die Funktion des Rotorschaufelrades.
Zur Realisierung dieser Funktionen müssen entsprechende Mittel vorgesehen
sein, welche eine Funktionszuordnung in der genannten Weise ermöglicht.
Das Primärschaufelrad 28 ist ständig drehfest mit der Getriebeeingangswelle
E verbunden. Der zweite mechanische Getriebeteil 27 ist über eine
sogenannte Durchkupplung, welche auch als Überbrückungskupplung ÜK
bezeichnet wird, mit der Getriebeeingangswelle E koppelbar. Über diese
Kopplung ist auch das Sekundärschaufelrad 29 mit der
Getriebeeingangswelle E verbindbar. Das Sekundärschaufelrad 29 ist des
weiteren mittels einer sogenannten Sekundärschaufelradkupplung TK mit dem
mechanischen Getriebeteil 27, insbesondere der Verbindungswelle 31
zwischen Überbrückungskupplung ÜK und mechanischen Getriebeteil 27
koppelbar. Dem Sekundärschaufelrad 29 ist ein Bremselement, welches hier
als Sekundärschaufelradbremse TB bezeichnet wird, zugeordnet. Diese
Sekundärschaufelradbremse TB ist gestellfest an einem ruhenden Getriebeteil,
vorzugsweise am hier angedeuteten Getriebegehäuse 32 befestigt.
Der zweite mechanische Getriebeteil 27 umfaßt im dargestellten Fall analog zu
der in Fig. 1 dargestellten Getriebekonfiguration drei Planetenradsätze, einen
ersten Planetenradsatz PRI, einen zweiten Planetenradsatz PRII und einen
dritten Planetenradsatz PRIII. Bezüglich des Aufbaus und der Zuordnung der
einzelnen Schaltelemente wird auf Ausführungen zum mechanischen
Getriebeteil in Fig. 1 verwiesen. Dies gilt analog auch für die Betätigung und
das Lösen der einzelnen, den Getriebeelementen des mechanischen
Getriebeteiles 27 zugeordneten Schaltelemente. Diesbezüglich kann ebenfalls
auf die Ausführungen zur Konfiguration entsprechend Fig. 1 verwiesen
werden.
Die Funktionsweise des hydrodynamischen Getriebeelementes läßt sich wie
folgt beschreiben:
Im ersten Betriebszustand, während des Anfahrvorganges ist der torusförmige Arbeitsraum 30 befüllt. Die Überbrückungskupplung ÜK ist gelöst. Die Sekundärschaufelradkupplung TK ist betätigt. Der Kraftfluß beziehungsweise die Leistungsübertragung erfolgt dabei über die mit einer hier nicht dargestellten Antriebsmaschine wenigstens mittelbar koppelbare Getriebeeingangswelle E, das Primärschaufelrad 28, das Sekundärschaufelrad 29 über die Verbindungswelle 31 zum zweiten mechanischen Getriebeteil 27 und damit zur Ausgangswelle A.
Im ersten Betriebszustand, während des Anfahrvorganges ist der torusförmige Arbeitsraum 30 befüllt. Die Überbrückungskupplung ÜK ist gelöst. Die Sekundärschaufelradkupplung TK ist betätigt. Der Kraftfluß beziehungsweise die Leistungsübertragung erfolgt dabei über die mit einer hier nicht dargestellten Antriebsmaschine wenigstens mittelbar koppelbare Getriebeeingangswelle E, das Primärschaufelrad 28, das Sekundärschaufelrad 29 über die Verbindungswelle 31 zum zweiten mechanischen Getriebeteil 27 und damit zur Ausgangswelle A.
Das hydraulische Getriebeteil 2 arbeitet während des Anfahrvorganges als
hydrodynamische Kupplung. Eine Befüllung erfolgt während der einzelnen
Gangstufen im Betriebszustand Fahren im wesentlichen nur während des
Anfahrvorganges. Im Übergang in die zweite Gangstufe wird der hydraulische
Getriebeteil 26, insbesondere der torusförmige Arbeitsraum 30, entleert.
In den nachfolgenden Gangstufen ist die Überbrückungskupplung ÜK
betätigt. Diese koppelt unter Umgehung des hydraulischen Getriebeteiles 26
die Getriebeeingangswelle E mit dem mechanischen Getriebeteil 27.
Entsprechend der Betätigung und der Freigabe der einzelnen
Lastschalteinrichtungen werden die Drehzahl- und das Drehmoment im
mechanischen Getriebeteil 27 gewandelt.
Im Bremsbetrieb tauschen die Schaufelräder ihre Funktion. Das
Sekundärschaufelrad 29 wird mittels der Sekundärschaufelradbremse TB
gegenüber den ruhenden Getriebeteilen festgehalten und übernimmt somit
die Funktion des Statorschaufelrades. Die Sekundärschaufelradkupplung TK
ist gelöst. Die Überbrückungskupplung ÜK bleibt betätigt und das
Primärschaufelrad 28 wird in gleicher Drehrichtung wie während des
Anfahrvorganges von der Abtriebsseite, insbesondere der
Getriebeausgangswelle A entsprechend der im mechanischen Getriebeteil
geschalteten Stufen angetrieben. Die mechanischen Gangstufen bleiben
eingelegt.
Bei schräg ausgeführter Beschaufelung der einzelnen Schaufelräder, sind die
einzelnen Schaufeln derart in Richtung des Schaufelgrundes geneigt
angeordnet, daß sowohl im Kuppelbetrieb während des ersten
Betriebszustandes als auch im Bremsbetrieb, d. h. im zweiten Betriebszustand
das hydraulische Getriebeteil 26 bei gleichbleibender Strömungsrichtung des
Betriebsmittels im torusförmigen Arbeitsraum spießend arbeitet.
Claims (40)
1. Getriebebaueinheit für Antriebseinheiten zur Realisierung wenigstens
zweier Betriebszustände - einen ersten Betriebszustand zur
Leistungsübertragung mit wenigstens zwei Gangschaltstufen und einen
zweiten Betriebszustand zur Abbremsung;
- 1.1 mit einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle;
- 1.2 mit einem ersten hydraulischen Getriebeteil;
- 1.3 mit einem zweiten mechanischen Getriebeteil;
- 1.4 die beiden Getriebeteile sind in Reihe angeordnet;
- 1.5 der hydraulische Getriebeteil umfaßt wenigstens zwei Schaufelräder -
ein Primärschaufelrad und ein Sekundärschaufelrad, die miteinander
wenigsten einen torusförmigen, mit Betriebsmittel befüllbaren
Arbeitsraum bilden, wobei die Ankoppelung der beiden Schaufelräder
an die Getriebeeingangswelle und den mechanischen Getriebeteil
wenigstens über einen Teil des ersten Betriebszustandes derart erfolgt,
daß Leistung vom Primärschaufelrad über das Sekundärschaufelrad auf
den mechanischen Getriebeteil übertragen wird;
gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - 1.7 es sind Mittel vorgesehen, welche in einem zweiten Betriebszustand ein erstes der beiden Schaufelräder gegenüber den feststehenden Getriebeteilen festhalten und abstützen und das andere, zweite Schaufelrad mit dem zweiten mechanischen Getriebeteil verbinden.
2. Getriebebaueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das erste Schaufelrad das Primärschaufelrad ist.
3. Getriebebaueinheit nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende
Merkmale:
- 3.1 das Sekundärschaufelrad ist drehfest mit dem mechanischen Getriebeteil verbindbar;
- 3.2 es sind erste Mittel vorgesehen, mittels welcher das Primärschaufelrad über einen Teilbereich des ersten Betriebszustandes an die Getriebeeingangswelle wenigstens mittelbar ankoppelbar ist;
- 3.3 es sind zweite Mittel vorgesehen, mittels welcher das Sekundärschaufelrad mit der Getriebeeingangswelle koppelbar ist;
- 3.4 es sind weitere dritte Mittel vorgesehen, welche in einem zweiten Betriebszustand das Primärschaufelrad gegenüber den feststehenden Getriebeteilen festhält und abstützt.
4. Getriebebaueinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Beschaufelung der einzelnen Schaufelräder gegenüber der von Primär-
und Sekundärschaufelrad gebildeten Trennebene geneigt ausgeführt
ist.
5. Getriebebaueinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß weitere vierte Mittel zur Ermöglichung einer
Drehrichtungsumkehr des Sekundärschaufelrades im zweiten
Betriebszustand gegenüber dessen Drehrichtung dem Anfahrzustand
vorgesehen sind.
6. Getriebebaueinheit nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch folgende
Merkmale:
- 6.1 der mechanische Getriebeteil umfaßt wenigstens eine Übersetzungsstufe und eine zuschaltbare Umkehrstufe;
- 6.2 die vierten Mittel werden von den Schaltelementen zur Zuschaltung der Umkehrstufe gebildet.
7. Getriebebaueinheit nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch folgende
Merkmale:
- 7.1 der mechanische Getriebeteil umfaßt wenigstens ein Umlaufgetriebe;
- 7.2 die vierten Mittel werden von den, den einzelnen Getriebeelementen zugeordneten Lastschaltelementen gebildet.
8. Getriebebaueinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die ersten und/oder zweiten und/oder dritten
und/oder vierten Mittel als Lastschaltelemente ausgeführt sind.
9. Getriebebaueinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Lastschaltelemente in Form von Kupplungseinrichtungen und/oder
Bremseinrichtungen, umfassend wenigstens zwei aneinander
anpreßbare Reibelemente, gebildet werden.
10. Getriebebaueinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß das erste Mittel eine dem Primärschaufelrad
zugeordnete Kupplungseinrichtung ist.
11. Getriebebaueinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß das zweite Mittel eine Kupplungseinrichtung ist.
12. Getriebebaueinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß das dritte Mittel wenigstens eine Bremseinrichtung
umfaßt.
13. Getriebebaueinheit nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch folgende
Merkmale:
- 13.1 die Getriebebaueinheit umfaßt ein, den hydrodynamischen und mechanischen Getriebeteil umschließendes Gehäuse;
- 13.2 die Bremseinrichtung stützt sich am Gehäuse ab.
14. Getriebebaueinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß das vierte Mittel Kupplungs- und/oder
Bremseinrichtungen umfaßt, die den einzelnen Bestandteilen des
mechanischen Getriebeteils in geeigneter Weise zugeordnet sind.
15. Getriebebaueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
erste Schaufelrad das Sekundärschaufelrad ist.
16. Getriebebaueinheit nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch folgende
Merkmale:
- 16.1 das Primärschaufelrad ist drehfest mit der Getriebeeingangswelle verbindbar;
- 16.2 es sind erste Mittel vorgesehen, mittels welcher die Getriebeeingangswelle mit dem zweiten mechanischen Getriebeteil koppelbar ist;
- 16.3 es sind zweite Mittel vorgesehen, mittels welcher das Sekundärschaufelrad mit der Verbindung zwischen Getriebeeingangswelle und mechanischen Getriebeteil koppelbar ist;
- 16.4 es sind weitere dritte Mittel vorgesehen, welche in einem zweiten Betriebszustand das Sekundärschaufelrad gegenüber den feststehenden Getriebeteilen festhält und abstützt.
17. Getriebebaueinheit nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß
die Beschaufelung der einzelnen Schaufelräder gegenüber der von
Primär- und Sekundärschaufelrad gebildeten Trennebene geneigt
ausgeführt ist.
18. Getriebebaueinheit nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß die ersten und/oder zweiten und/oder dritten
Mittel als Lastschaltelemente ausgeführt sind.
19. Getriebebaueinheit nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß
die Lastschaltelemente in Form von Kupplungseinrichtungen und/oder
Bremseinrichtungen, umfassend wenigstens zwei aneinander
anpreßbare Reibelemente, gebildet werden.
20. Getriebebaueinheit nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, daß das erste Mittel eine zwischen
Getriebeeingangswelle und mechanischen Getriebeteil vorgesehene
Kupplungseinrichtung ist.
21. Getriebebaueinheit nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch
gekennzeichnet, daß das zweite Mittel eine Kupplungseinrichtung ist.
22. Getriebebaueinheit nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch
gekennzeichnet, daß das dritte Mittel wenigstens eine, dem
Sekundärschaufelrad zugeordnete Bremseinrichtung umfaßt.
23. Getriebebaueinheit nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch folgende
Merkmale:
- 23.1 die Getriebebaueinheit umfaßt ein, den hydrodynamischen und mechanischen Getriebeteil umschließendes Gehäuse;
- 23.2 die Bremseinrichtung stützt sich am Gehäuse ab.
24. Getriebebaueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch
gekennzeichnet, daß der mechanische Getriebeteil wenigstens eine
Stirnradstufe umfaßt.
25. Getriebebaueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch
gekennzeichnet, daß der mechanische Getriebeteil wenigstens einen
Planetenradsatz mit wenigstens einem Hohlrad, einem Sonnenrad,
Planetenrädern und einem Steg umfaßt.
26. Getriebebaueinheit nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch die
folgenden Merkmale:
- 26.1 der mechanische Getriebeteil umfaßt wenigstens drei miteinander gekoppelte Planetenradsätze - einen ersten Planetenradsatz, einen zweiten Planetenradsatz und einen dritten Planetenradsatz;
- 26.2 jeweils ein erstes und jeweils ein zweites Getriebeelement des ersten und zweiten Planetenradsatzes sind miteinander drehfest verbunden;
- 26.3 das erste Getriebeelement des ersten Planetenradsatzes ist zusätzlich mit einem ersten Getriebeelement des dritten Planetenradsatzes drehfest verbunden;
- 26.4 ein weiteres drittes Getriebeelement des ersten Planetenradsatzes ist mittels einer ersten Kupplungseinrichtung mit dem Sekundärschaufelrad koppelbar;
- 26.5 das zweite Getriebeelement des ersten Planetenradsatzes ist mittels einer zweiten Kupplungseinrichtung∎∎∎ mit dem Sekundärschaufelrad koppelbar;
- 26.6 das zweite Getriebeelement des ersten Planetenradsatzes ist mittels einer ersten Bremseinrichtung feststellbar;
- 26.7 ein drittes Getriebeelement des zweiten Planetenradsatzes ist mittels einer zweiten Bremseinrichtung und ein drittes Getriebeelement des dritten Planetenradsatzes mittels einer dritten Bremseinrichtung feststellbar;
- 26.8 das zweite Getriebeelement des dritten Planetenradsatzes ist mit der Getriebeausgangswelle d rehfest verbunden und mittels eines dritten Kupplungselementes mit dem dritten Getriebeelement des dritten Planetenradsatzes koppelbar.
27. Getriebebaueinheit nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch die
folgenden Merkmale:
- 27.1 das erste Getriebeelement des ersten Planetenradsatzes wird vom Sonnenrad gebildet;
- 27.2 das zweite Getriebeelement des ersten Planetenradsatzes wird vom Steg gebildet;
- 27.3 das dritte Getriebeelement des ersten Planetenradsatzes wird vom Hohlrad gebildet.
28. Getriebebaueinheit nach einem der Ansprüche 26 oder 27,
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
- 28.1 das erste Getriebeelement des zweiten Planetenradsatzes wird vom Sonnenrad gebildet;
- 28.2 das zweite Getriebeelement des zweiten Planetenradsatzes wird vom Hohlrad gebildet;
- 28.3 das dritte Getriebeelement des zweiten Planetenradsatzes wird vom Steg gebildet.
29. Getriebebaueinheit nach einem der Ansprüche 26 bis 28,
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
- 29.1 das erste Getriebeelement des dritten Planetenradsatzes wird vom Sonnenrad gebildet;
- 29.2 das zweite Getriebeelement des dritten Planetenradsatzes wird vom Steg gebildet;
- 29.3 das dritte Getriebeelement des dritten Planetenradsatzes wird vom Hohlrad gebildet.
30. Getriebebaueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch
gekennzeichnet, daß dem hydraulischen Getriebeelement in
Kraftflußrichtung ein Dämpfungselement vorgeschaltet ist.
31. Getriebebaueinheit nach Anspruch 30, gekennzeichnet durch die
folgenden Merkmale:
- 31.1 die Dämpfungseinrichtung ist scheibenförmig ausgebildet;
- 31.2 die Dämpfungseinrichtung umfaßt eine Vielzahl von auf einem bestimmten Durchmesser angeordneten Drehmomentstützen und dazwischen angeordneten Federeinrichtungen.
32. Getriebebaueinheit nach einem der Ansprüche 30 oder 31, dadurch
gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung in einem Bereich, der
durch den äußeren Umfang des Primärschaufelrades und der
Anordnung der Primärschaufelradkupplung gebildet wird, angeordnet
ist.
33. Verfahren zum Betreiben einer in einen Antriebsstrang zwischen Antrieb
und Abtrieb integrierten Getriebebaueinheit, umfassend einen
mechanischen Getriebeteil und einen hydraulischen Getriebeteil mit
wenigstens zwei Schaufelrädern - einem Primärschaufelrad und einem
Sekundärschaufelrad - zur Realisierung wenigstens zweier
Betriebszustände - einem ersten Betriebszustand "Fahren" und einem
zweiten Betriebszustand "Bremsen",
- 33.1 wobei im ersten Betriebszustand wenigstens zwei Gangstufen realisiert
werden
- 33.1.1 eine erste Anfahrstufe, in welcher der hydraulische Getriebeteil mit dem mechanischen Getriebeteil in Reihe geschaltet wird und
- 31.1.2 eine zweite Gangstufe, in welcher der mechanische Getriebeteil mit der Getriebeeingangswelle gekoppelt wird;
- 33.2 bei welchen der Bremsbetrieb hydraulisch realisiert wird; gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
- 33.3 33.3 bei welchem im ersten Betriebszustand wenigstens im Anfahrvorgang der hydrodynamische Getriebeteil als hydrodynamische Kupplung betrieben wird, indem das Primärschaufelrad mit der Getriebeeingangswelle wenigstens mittelbar drehfest gekoppelt wird und das Sekundärschaufelrad mit der Getriebeausgangswelle über dem mechanischen Getriebeteil verbunden wird;
- 33.4 bei welchem im zweiten Betriebszustand der hydrodynamische Getriebeteil als hydrodynamischer Retarder betrieben wird, in dem eines der beiden Schaufelräder im wesentlichen im Stillstand festgehalten wird und das andere der beiden Schaufelräder von der Getriebeausgangswelle angetrieben wird.
34. Verfahren nach Anspruch 33, gekennzeichnet durch die folgenden
Merkmale:
- 34.1 bei welchem der Arbeitsraum des hydraulischen Getriebeteils wenigstens im Verlauf einer zweiten Gangstufe des ersten Betriebszustandes vollständig entleert wird;
- 34.2 bei welchem das Primärschaufelrad mit dem Sekundärschaufelrad wenigstens ab diesem Zeitpunkt der Entleerung des Arbeitsraumes mechanisch gekoppelt wird.
35. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß das
Primärschaufelrad oder das Sekundärschaufelrad ab dem Zeitpunkt der
Entleerung des Arbeitsraumes mit der Getriebeeingangswelle gekoppelt
wird.
36. Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 35, gekennzeichnet durch
folgende Merkmale:
- 36.1 die Beschaufelung von Primär- und Sekundärschaufelrad ist derart
geneigt gegenüber einer zwischen Primär- und Sekundärschaufelrad
gebildeten Trennebene ausgeführt, daß aufgrund der Schaufelrichtung
- 36.1.1 bei wenigstens teilweiser Befüllung des hydraulischen Getriebeteiles und Koppelung des Primärschaufelrades mit der Getriebeeingangswelle beide Schaufelräder im spießenden Betrieb betrieben werden;
- 36.1.2 bei welchem bei Festsetzung des Primärschaufelrades und wenigstens teilweiser Befüllung des Arbeitsraumes des hydraulischen Getriebeteiles das Sekundärschaufelrad mit beibehaltener Drehrichtung gegenüber der Beschaufelung des Primärschaufelrades fliehend angetrieben wird.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 35, gekennzeichnet durch
folgende Merkmale:
- 37.1 die Beschaufelung von Primär- und Sekundärschaufelrad ist derart
geneigt gegenüber einer zwischen Primär- und Sekundärschaufelrad
gebildeten Trennebene ausgeführt, daß aufgrund der Schaufelrichtung
- 37.1.1 bei wenigstens teilweiser Befüllung des hydraulischen Getriebeteiles und Koppelung des Primärschaufelrades mit der Getriebeeingangswelle das Primärschaufelrad spießend gegenüber dem Sekundärschaufelrad betrieben wird;
- 37.1.2 bei welchem bei Festsetzung des Primärschaufelrades, wenigstens teilweiser Befüllung des Arbeitsraumes und Einlegung einer Rückwärtsgangstufe das Sekundärschaufelrad gegenüber der Beschaufelung des Primärschaufelrades spießend betrieben wird.
38. Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 35, gekennzeichnet durch
folgende Merkmale:
- 38.1 die Beschaufelung von Primär- und Sekundärschaufelrad ist derart
geneigt gegenüber einer zwischen Primär- und Sekundärschaufelrad
gebildeten Trennebene ausgeführt, daß aufgrund der Schaufelrichtung
- 38.1.1 bei wenigstens teilweiser Befüllung des hydraulischen Getriebeteiles und Koppelung des Primärschaufelrades mit der Getriebeeingangswelle beide Schaufelräder im spießenden Betrieb betrieben werden;
- 38.1.2 bei welchem bei Festsetzung des Sekundärschaufelrades und wenigstens teilweiser Befüllung des Arbeitsraumes des hydraulischen Getriebeteiles das Primärschaufelrad mit beibehaltener Drehrichtung gegenüber der Beschaufelung des Sekundärschaufelrades im spießenden Betrieb angetrieben wird.
39. Hydrodynamische Baueinheit zum Einbau in einem Antriebsstrang
zwischen einer antreibenden Welle und einer anzutreibenden Welle
- 39.1 mit wenigstens zwei Schaufelrädern - einem Primärschaufelrad und einem Sekundärschaufelrad-, die miteinander wenigstens einen torusförmigen Arbeitsraum bilden;
- 39.2 mit einem, die beiden Schaufelräder umschließenden Gehäuse; gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
- 39.3 einem der ersten beiden Schaufelräder - Primärschaufelrad oder Sekundärschaufelrad - ist wenigstens ein Schaltelement zur wahlweisen Kopplung und Entkopplung an die antreibende Welle zugeordnet;
- 39.4 dem ersten Schaufelrad ist wenigstens eine am Gehäuse befestigbare Einrichtung zur Feststellung und Abstützung zugeordnet.
40. Hydrodynamische Baueinheit nach Anspruch 39, dadurch
gekennzeichnet, daß die Beschaufelung von Primär- und
Sekundärschaufelrad geneigt gegenüber einer zwischen Primär- und
Sekundärschaufelrad gebildeten Trennebene verläuft.
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