DE102016204919A1

DE102016204919A1 - Läuferbremse

Info

Publication number: DE102016204919A1
Application number: DE102016204919.4A
Authority: DE
Inventors: Alexander Birkle; Hartmut Frenz
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2017-09-28
Also published as: WO2017162373A1; CN109070849A; CN207634563U; EP3433145A1

Abstract

Läuferbremsvorrichtung und Verfahren zur Steuerung für eine hydrodynamische Getriebeeinheit mit einem Bremsbelag (2) und einem Anpresselement (6), derart gestaltet, dass bei Aktivierung der Läuferbremse das Anpresselement (6) den Bremsbelag (2) gegen ein Rotationselement (3) der hydrodynamischen Getriebeeinheit drückt und somit das Rotationselement (3) gebremst werden kann, wobei die Läuferbremsvorrichtung so gestaltet ist, dass der Bremsbelag (2) von einer Ausgangsstellung, bei der die Läuferbremse offen ist, zunächst in eine Bremsstellung bewegt werden kann, bei der der Bremsbelag (2) mit dem Rotationselement (3) in Kontakt ist, und dann unter Beibehaltung des Kontaktes ein Stück in Umfangsrichtung des Rotationselements (3) verschoben werden kann, so dass das Rotationselement (3) dadurch entsprechend mitbewegt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Läuferbremsvorrichtung für eine hydrodynamische Getriebeeinheit mit einem Bremsbelag und einem Anpresselement, derart gestaltet, dass bei Aktivierung der Läuferbremse das Anpresselement den Bremsbelag gegen ein Rotationselement der hydrodynamischen Getriebeeinheit drückt und somit das Rotationselement gebremst werden kann.
Zusätzlich betrifft die Erfindung eine hydrodynamische Getriebeeinheit mit einer entsprechenden Läuferbremsvorrichtung, wobei die Getriebeeinheit eine hydrodynamische Kupplung und/oder einen hydrodynamischen Wandler, sowie zumindest eine mechanische Getriebestufe aufweist.
Und die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer solchen Getriebeeinheit.
Ein hydrodynamisches Getriebe mit einer Läuferbremsvorrichtung und eine entsprechende Läuferbremsvorrichtung sind beispielsweise aus DE 4226665 A1 bekannt. Darin ist ein hydrodynamisches Getriebe mit einer hydrodynamischen Kupplung, einem hydrodynamischen Wandler und mehreren mechanischen Getriebestufen gezeigt, wie sie insbesondere für Schienenfahrzeuge verwendet werden. Die hydrodynamische Drehmomentübertragung erfolgt, indem die Rotation eines primärseitigen Läuferrades über die Ölfüllung auf ein sekundärseitiges Läuferrad übertragen wird. Soll keine Drehmomentübertragung stattfinden, wird das Öl aus dem Zwischenraum abgelassen. Allerdings wird auch bei leerem Zwischenraum durch die Verwirbelung der Luft zwischen den beiden Läuferrädern ein gewisses Drehmoment übertragen, so dass sich der sekundärseitig angeschlossene Teil des Getriebes drehen würde. Zum Schalten in einer nachgeordneten mechanischen Getriebestufe muss die Sekundärseite in bestimmten Betriebszuständen gebremst werden können. Dazu ist die beschriebene Läuferbremse vorgesehen, die mittelbar mit der Sekundärwelle der hydrodynamischen Getriebekomponente verbunden ist und die somit die Sekundärseite abbremsen und festhalten kann.
Im Stillstand oder bei geringer Drehzahl der Sekundärseite kann dann die nachfolgende mechanische Getriebestufe geschaltet werden. Dazu wird ein mechanisches Schaltglied, das eine Verzahnung aufweist, durch axiales Verschieben in Eingriff mit der Verzahnung eines Getriebegliedes gebracht, das geschaltet werden soll; eine solche Ausführung ist zum Beispiel eine Klauenkupplung. Dabei kann es vorkommen, dass eine sogenannte Zahn-vor-Zahn-Stellung zwischen Schaltglied und Getriebeglied auftritt; das heißt, dass die beiden Verzahnungen nicht ineinander gleiten, sondern stattdessen die Zähne seitlich aneinanderstoßen, so dass ein ordnungsgemäßes Schalten nicht möglich ist. Dieser Zustand muss erkannt werden und der Schaltvorgang muss abgebrochen und komplett wiederholt werden, was zeitaufwändig ist. Ein ordnungsgemäßer Traktionsbetrieb ist dann erst sehr zeitverzögert möglich.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine geeignete Läuferbremsvorrichtung für eine hydrodynamische Getriebeeinheit zu entwickeln, die ein vereinfachtes und zuverlässigeres Schalten ohne unnötige Zeitverzögerung ermöglicht.
Die Aufgabe wird für die Vorrichtung erfindungsgemäß durch eine Ausführung gemäß Anspruch 1 gelöst. Bei dieser Ausführung ist die Läuferbremsvorrichtung so gestaltet ist, dass der Bremsbelag von einer Ausgangsstellung, bei der die Läuferbremse offen ist, zunächst in eine Bremsstellung bewegt werden kann, bei der der Bremsbelag mit dem Rotationselement in Kontakt ist, und dann unter Beibehaltung des Kontaktes ein Stück in Umfangsrichtung des Rotationselements verschoben werden kann, wobei das Rotationselement dadurch entsprechend mitbewegt werden kann. Die erfindungsgemäße Ausführung bietet somit den Vorteil, dass das Rotationselement durch die Betätigung der Läuferbremse nicht nur abgebremst, sondern zusätzlich in Umfangsrichtung definiert bewegt werden kann. Sollte nun eine Zahn-vor-Zahn-Stellung auftreten, muss die Läuferbremse nur ein paar Mal im Wechsel deaktiviert und aktiviert werden, um das Ineinander-Gleiten der Schaltung problemlos zu ermöglichen. Der eigentliche Schaltvorgang also das Aufbringen von Axialkraft auf das Schaltglied muss dafür nicht unterbrochen werden. Sobald die Bewegung in Umfangsrichtung soweit erfolgt ist, dass die Zahn-vor-Zahn-Stellung aufgelöst ist, bewegt sich das Schaltglied automatisch in die Verzahnung des Getriebegliedes.
Je nach Teilung und Geometrie der zu schaltenden Verzahnung kann die Länge der Bewegung in Umfangsrichtung und/oder die Anzahl der Aktivierungen der Läuferbremse die automatisch beim Schalten ausgeführt werden unterschiedlich ausgelegt werden. Bei entsprechender Auslegung der Läuferbremse und der Ansteuerung, insbesondere der Anzahl der Aktivierungs-Deaktivierungs-Wechsel, kann eine so gute Zuverlässigkeit erreicht werden, dass auf einen Sensor zur Erfassung des ordnungsgemäßen Schaltens verzichtet werden kann. Gegenüber der bisher bekannten Ausführung mit einem Sensor zur Kontrolle der Schaltstellung, bevor die Traktion freigegeben wird, bietet das einen zusätzlichen Kostenvorteil.
Das Anpresselement kann direkt oder indirekt über eines oder mehrere kraftübertragende Zwischenelemente, wie zum Beispiel Hebel, Verbindungsteile oder ähnliches, auf den Bremsbelag wirken. Das Anpresselement kann die notwendige Kraft beispielsweise hydraulisch, pneumatisch, elektromagnetisch oder elektrisch aufbauen.
Für die Ansteuerung der Läuferbremse gibt es grundsätzlich zwei verschiedene Arbeitsweisen:
Zum einen das Schließerprinzip: Dabei ist die Läuferbremse bei Stillstand des Rotationselements nicht aktiviert. Das heißt der Bremsbelag ist nicht in Kontakt mit dem Rotationselement, die Läuferbremse ist offen. Dieses Prinzip eignet sich bei Läuferbremsvorrichtungen mit hydraulischer Anpressung vor allem für Systeme bei denen erst im Betrieb durch die Getriebedynamik ein Druck für das Hydrauliksystem aufgebaut wird.
Zum anderen das Öffnerprinzip: Hier ist die Läuferbremse bei Stillstand des Rotationselements geschlossen, der Bremsbelag liegt am Rotationselement an und hält es fest. Soll in den Traktionsbetrieb gewechselt werden, wird der Druck am Anpresselement reduziert, um den Bremsbelag vom Rotationselement weg zu bewegen und die Läuferbremse zu öffnen. Für dieses Prinzip ist im Falle einer hydraulischen Anpressung ein System nötig, das unabhängig von der Getriebedynamik Druck im Hydrauliksystem erzeugen kann.
Unter Bremsbelag ist generell eine Fläche zu verstehen, die mit dem Rotationselement in Kontakt gebracht werden kann und geeignet ist, eine Reibkraft zum Bremsen zu erzeugen. Als Material für den Bremsbelag eignet sich zum Beispiel besonders ein imprägniertes Gewebe aus nicht-magnetischem Metall oder kunstharzgebundenes magnetisches Metall oder Sinter-Reibmaterial.
Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführung, die die Läuferbremsvorrichtung noch einfacher, zuverlässiger oder günstiger machen, finden sich in den Unteransprüchen.
Insbesondere kann die Läuferbremsvorrichtung so gestaltet sein, dass sowohl die Bewegung des Bremsbelages von der Ausgangsstellung in die Bremsstellung als auch die Verschiebung entlang der Umfangsrichtung von dem einen Anpresselement gesteuert werden kann. Dadurch wird kein zweiter Aktuator benötigt, was die Ausführung günstiger, platzsparender und einfacher ansteuerbar macht.
Besonders bevorzugt weist die Läuferbremsvorrichtung einen Hebel mit dem Bremsbelag, einen Drehpunkt für den Hebel und eine Führung für den Drehpunkt, in der dieser verschoben werden kann, auf. Diese sind derart gestaltet, dass bei Aktivierung der Läuferbremse durch die Drehung des Hebels um den Drehpunkt der Bremsbelag von der Ausgangsstellung in die Bremsstellung gebracht werden kann. Das Anpresselement leitet dafür an einer Angriffsstelle die Kraft in den Hebel ein. Wirkt die Anpresskraft weiter, so kann der Drehpunkt in der Führung verschoben werden, wodurch der Bremsbelag eine Bewegung in Umfangsrichtung des Rotationselements durchführen kann. Dabei wird das Rotationselement durch diese Bewegung entsprechend in Umfangsrichtung mitbewegt. Durch einen solchen Hebelmechanismus kann die gewünschte zusätzliche Funktion der Läuferbremse besonders einfach und zuverlässig realisiert werden. Durch den Hebel kann zudem die Bremskraft, die auf das Rotationselement ausgeübt wird, und der Bewegungspfad, den der Bremsbelag ausführen kann, gezielt konstruktiv beeinflusst werden. Außerdem ist eine einfache Möglichkeit zur Rückstellung der Bremse realisierbar.
Insbesondere kann der Hebel so gestaltet sein, dass die Angriffsstelle des Hydraulikzylinders weiter vom Drehpunkt entfernt ist als der Bremsbelag. Dadurch wird die Bremskraft erhöht gegenüber der auf den Hebel ausgeübten Kraft durch das Anpresselement. Alternativ kann der Hebel so gestaltet sein, dass die Angriffsstelle näher am Drehpunkt angeordnet ist als der Bremsbelag. Dadurch ist eine größere Bewegung des Bremsbelags hin zum Rotationselement möglich, als es dem reinen Verschiebeweg des Kolbens im Hydraulikzylinder entspricht.
In einer vorteilhaften Ausführung ist die Führung an dem Hebel vorhanden und der Drehpunkt als Bolzen oder Stift ausgeführt, der fest mit einer Stützstruktur für die Läuferbremse verbunden ist. Alternativ kann der Drehpunkt als Bolzen oder Stift ausgeführt sein, der fest mit dem Hebel verbunden ist, und die Führung kann an einer Stützstruktur vorhanden sein. Als Stützstruktur wird ein Bauteil angesehen, über das die Läuferbremse fest mit der Getriebeeinheit verbunden werden kann, so dass die Anpresskraft abgestützt werden kann. Die Stützstruktur kann beispielsweise eine Art Bremsengehäuse oder ein Teil eines Getriebegehäuses sein. Oder es kann auch eine an der Getriebeeinheit vorhandene Kanalplatte als Stützstruktur für den Drehpunkt vorgesehen sein. Es sind allerdings auch weitere Ausführungen denkbar. Fest verbunden heißt in diesem Zusammenhang nur, dass die notwendigen Kräfte übertragen werden können. Die Führung kann beispielsweise als Schlitz oder Aussparung, als Schiene oder Nut oder in ähnlicher Weise ausgeführt sein. Besonders bevorzugt ist die Führung als im Wesentlichen lineare Führungsnut ausgebildet. Das lässt sich sehr einfach herstellen.
Alternativ zur Ausführung mit einem Hebel kann die Läuferbremsvorrichtung eine Kulissenführung aufweisen, die die Bewegung des Bremsbelages von der Ausgangsstellung in die Bremsstellung und dessen Verschiebung in Umfangsrichtung führt. Auch somit lässt sich die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einfacher und zuverlässiger Weise realisieren.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung ergibt sich, wenn das Anpresselement als linear wirkender Aktuator, bevorzugt als Hydraulikzylinder ausgeführt ist. Die Verwendung eines Hydraulikzylinders als Anpresselement für die Läuferbremse bietet gegenüber einer elektromagnetischen Läuferbremse den enormen Vorteil, dass der ohnehin bereits vorhandene Ölkreislauf zur Ansteuerung verwendet werden kann. Somit entfällt die separate und aufwändige elektromagnetische Ansteuerung der Läuferbremse, sowie der separate Kabelstrang dafür. Durch die hydraulische Ansteuerung ist ein größerer Verschiebeweg und eine größere Anpresskraft des Bremsbelages möglich, insbesondere sind die beiden Parameter unabhängig von der Ausführung des Magneten. Es ist nur noch ein Standard-Magnetventil zur Ansteuerung und kein speziell angepasster Elektromagnet für die Anpressung mehr notwendig. Gleichzeitig wird der benötigte Bauraum deutlich verkleinert. Durch den Hydraulikzylinder kann eine höhere Anpress- und damit Bremskraft erzeugt werden als mit bisher üblichen Läuferbremsen. Hydraulikzylinder sind an sich bekannt. Dieser weist einen Kolben und ein Gehäuse auf, in dem der Kolben sich hin und her bewegen kann. Angesteuert wird der Hydraulikzylinder über eine Druckkammer, in die über die Versorgungsleitung Hydraulikfluid zugeführt werden kann, so dass ein Druck auf den Kolben ausgeübt wird, um diesen zu verschieben und die Anpresskraft aufzubringen. Hydraulikzylinder und Magnetventile gibt es als Norm- und Standardteile, so dass dadurch geringere Kosten als bei individuell konstruierten und gefertigten Komponenten anfallen.
Die Rückstellung der Bremse kann in vorteilhafter Weise mit einem Hydraulikzylinder realisiert werden, der als doppeltwirkender Zylinder ausgeführt ist. Ein solcher Hydraulikzylinder weist eine zweite Druckkammer auf, die mit Hydraulikfluid gefüllt werden kann, so dass der Kolben in die entgegengesetzte Richtung bewegt wird. Je nachdem in welcher Druckkammer der höhere Druck ansteht, kann die Bremse aktiviert oder geöffnet werden. Bevorzugt werden zur Ansteuerung in diesem Fall zwei Magnetventile oder ein geeignetes Umschaltventil benutzt.
Das Anpresselement kann in der erfindungsgemäßen Ausführung auch als elektromagnetisches Anpresselement ausgeführt sein.
Die Bewegung des Bremsbelages in Umfangsrichtung des Rotationselementes lässt sich in vorteilhafter Weise umsetzen, wenn die Läuferbremsvorrichtung so gestaltet ist, dass die Wirklinie der Kraft des Anpresselementes und die Wirklinie der Bremskraft des Bremsbelages in Bremsstellung, bei gerader Verlängerung in Richtung auf das Rotationselement zu, einen Winkel von weniger als 90° einschließen. Dadurch wird eine effektive Kraftausübung auf das Rotationselement erzielt und es ist eine Realisierung der benötigten Bewegungen mit einem Hebelmechanismus und einem einzigen Anpresselement möglich.
Besonders bevorzugt ist zudem wenigstens ein Rückstellelement, insbesondere wenigstens eine Rückstellfeder, vorhanden, welches derart am Hebel oder am Anpresselement angreift, dass es bei Wegfall der Aktivierung der Läuferbremse eine Bewegung des Bremsbelages entgegengesetzt zu der Verschiebung in Umfangsrichtung und/oder zurück in die Ausgangsstellung bewirken kann. Dadurch wird der Bremsbelag vom Rotationselement wegbewegt, wenn zum Beispiel der Druck in der Druckkammer eines Hydraulikzylinders einen bestimmten Schwellwert unterschreitet. Somit ist eine gezielte Ansteuerung der Bremse mit einem einseitig wirkenden Hydraulikzylinder möglich. Es können auch mehrere Rückstellelemente vorhanden sein, beispielsweise eines um der Verschiebung zwischen Ausgangsstellung und Bremsstellung und ein weiteres um der Bewegung entlang der Umfangsrichtung des Rotationselementes entgegen zu wirken.
Ebenso gut kann ein Rückstellelement vorhanden sein, das so angeordnet ist, dass es den Hebel oder das Anpresselement in Richtung des Rotationselements bewegen und dadurch ein Schließen der Bremse bewirken kann, wenn der Druck in der Druckkammer einen bestimmten Schwellwert unterschreitet. Bei der zuerst beschriebenen Version ist die Bremse ohne angelegten Druck offen und bei der zweiten Version ist die Bremse ohne angelegten Druck geschlossen. Bei der zweiten Version kann beispielsweise über einen doppeltwirkenden Hydraulikzylinder zum einen die Bremse geöffnet werden und zum anderen die nötige Anpresskraft zum Bremsen erzeugt werden.
Besonders vorteilhaft kann eine hydrodynamische Getriebeeinheit mit der erfindungsgemäßen Läuferbremsvorrichtung ausgestattet sein. Die Erfindung bezieht sich daher auch auf eine hydrodynamische Getriebeeinheit mit einer hydrodynamischen Kupplung und/oder einem hydrodynamischen Wandler, sowie mit zumindest einer mechanischen Getriebestufe. Die Aufgabe wird durch eine Ausführung gemäß Anspruch 13 gelöst, das heißt dadurch dass eine erfindungsgemäße Läuferbremsvorrichtung vorgesehen wird. Das entsprechende der Läuferbremse zugeordnete Läuferrad kann festgehalten und ein Stück in Umfangsrichtung verdreht werden, wenn kein Öl im Zwischenraum vorhanden ist. Sollte eine Zahn-vor-Zahn-Stellung in der mechanischen Getriebestufe auftreten, kann durch einfaches Lösen und erneutes Aktivieren der Läuferbremse das mit dem Rotationselement verbundene Schaltglied etwas verdreht werden, so dass die Zähne vor die Lücken kommen und ein Ineinander-Gleiten möglich wird. Damit ist ein zuverlässiges Schalten in der mechanischen Getriebestufe möglich. Weitere Vorteile sind bei der Ausführung der erfindungsgemäßen Läuferbremse beschrieben. Insbesondere kann die mechanische Getriebestufe ein Wendegetriebe zur Drehrichtungsumkehr bei gleicher Übersetzung sein oder ein mechanisches Schaltgetriebe oder eine Kombination aus beidem.
Von Vorteil ist es, wenn die Läuferbremse mit ihrem Bremsbelag direkt auf das Läuferrad der hydrodynamischen Kupplung oder des hydrodynamischen Wandlers wirken kann. Dazu kann die Ausführung so gestaltet sein, dass das Rotationselement, auf das die Läuferbremse wirken kann, durch das Läuferrad auf der Sekundärseite der hydrodynamischen Kupplung oder des hydrodynamischen Wandlers gebildet ist.
Alternativ kann es vorteilhaft sein, dass das Rotationselement, auf das die Läuferbremse wirken kann, über eine Welle und/oder eine Getriebestufe drehfest mit dem Läuferrad auf der Sekundärseite der hydrodynamischen Kupplung oder des hydrodynamischen Wandlers verbunden ist. Dadurch wird die Bremskraft der Läuferbremse indirekt auf das Läuferrad übertragen.
Besonders bevorzugt ist die Getriebeeinheit so ausgeführt, dass die Läuferbremsvorrichtung als Anpresselement einen Hydraulikzylinder aufweist und dass die Läuferbremsvorrichtung in die Kanalplatte der hydrodynamischen Getriebeeinheit integriert ist.
Neben den oben bereits genannten Vorteilen durch die Verwendung eines Hydraulikzylinders ergibt sich ein weiterer Vorteil durch die Integration der Versorgungsleitung des Hydraulikzylinders in die Kanalplatte, die bereits so ausgeführt ist, dass andere Getriebeelemente mit Steuerdruck oder Schmiermittel oder Betriebsmittel versorgt werden können. Dadurch entfallen extra Ölleitungen für die Ansteuerung des Hydraulikzylinders. Es sind nur weitere Leitungen oder Kanäle in der Kanalplatte nötig. Die Kanalplatte ist mit dem Getriebegehäuse verbunden. Sie ist so ausgeführt, dass eine Anbindung an die Ölführung im Getriebegehäuse hergestellt wird und so eine kontinuierliche Versorgung mit Hydraulikfluid und eine entsprechende Rückführung gewährleistet sind. An der Kanalplatte können Absperr-, Dosier- oder Regelarmaturen, wie beispielsweise Magnetventile, für die verschiedenen Kanäle, zum Beispiel Steuerkanäle, oder Unterkreisläufe angebracht sein. Die Kanalplatte kann mit einer Abdeckplatte versehen sein, die Kanäle und Versorgungsleitungen abdeckt und dicht verschließt. Durch diese mehrteilige Ausführung ist die Kanalplatte einfacher zu fertigen.
Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn die Versorgungsleitung zur Ansteuerung des Hydraulikzylinders vollständig in die Kanalplatte integriert ist. Dabei ist sowohl die Zufuhr des Hydraulikfluides als auch die Druckkammer am Kolben des Hydraulikzylinders in der Kanalplatte angeordnet. Dadurch ergibt sich eine besonders einfache Ausführung ohne zu viele Anbauteile. Es ist aber auch erfindungsgemäß, wenn nur ein Teil dieser Versorgungsleitung in die Kanalplatte integriert ist.
Durch die Integration des Hydraulikzylinders in die Kanalplatte wird die bei Aktivierung der Bremse aufgebrachte Bremskraft von der Kanalplatte aufgenommen, da sich das Anpresselement auf dieser abstützt. Die Kanalplatte dient als Tragstruktur für die Bremskomponenten. Dementsprechend muss die Kanalplatte ausreichend dimensioniert und zuverlässig am Getriebegehäuse befestigt sein. Die Läuferbremsvorrichtung kann an der Kanalplatte vormontiert werden und als Einheit mit der Kanalplatte montiert werden, was eine große Vereinfachung darstellt. Für die Ansteuerung der Läuferbremse ist vorzugsweise ein Magnetventil vorhanden, das die Zufuhr von Hydraulikfluid in die Druckkammer bzw. den Druck darin steuert.
Bevorzugt weist der Hydraulikzylinder ein Gehäuse auf, welches vollständig oder zumindest teilweise durch die Kanalplatte gebildet wird. Das heißt der Kolben wird in der Kanalplatte geführt und/oder die Druckkammer wird zumindest teilweise durch die Kanalplatte gebildet. Das bietet den Vorteil einer sehr einfachen Ausführung.
Zusätzlich oder alternativ kann der Hydraulikzylinder eine Gleitbuchse aufweisen, die vollständig oder zumindest teilweise in die Kanalplatte integriert ist. In dieser Gleitbuchse wird der Kolben des Hydraulikzylinders geführt. Durch die Verwendung einer Gleitbuchse kann die Oberflächenqualität für die Führung und Abdichtung des Kolbens leichter hergestellt werden, als wenn die Aussparung in der Kanalplatte selbst so präzise bearbeitet werden muss.
Weiterhin kann eine Halterung vorhanden sein, die Teil des Hydraulikzylinders ist und zumindest einen Teil des Gehäuses bildet, in dem der Kolben sich hin und her bewegen kann, und die mit der Kanalplatte verbunden ist. Dadurch kann auch ein Hydraulikzylinder mit längerem Kolben verwendet werden, ohne dass die Kanalplatte an der Einbaustelle besonders dick ausgeführt werden muss.
Außerdem entfällt der zusätzliche Konstruktions- und Montageaufwand der durch eine ganz separate Läuferbremse verursacht wird. Der damit normalerweise nach dem Stand der Technik verbundene Zusatzaufwand ist relativ teuer, dafür dass die Läuferbremse nur selten und in wenigen Betriebszuständen benötigt wird. Außerdem benötigt sie zusätzlichen Bauraum. Bei der erfindungsgemäßen Lösung gibt es keine außen am Getriebegehäuse angebauten Komponenten und kein separates Gehäuse für die Läuferbremse mehr.
Für das Verfahren zur Steuerung einer hydrodynamischen Getriebeeinheit mit einer erfindungsgemäßen Läuferbremsvorrichtung wird die Aufgabe durch eine Ausführung gemäß Anspruch 13 gelöst. Es zeichnet sich dadurch aus, dass folgende Schritte ausgeführt werden:

a) Abbremsen des bevorzugt freidrehenden Rotationselements durch Aktivierung der Läuferbremsvorrichtung
b) Verdrehung des Rotationselements in Umfangsrichtung durch die Läuferbremsvorrichtung
c) Aktivierung einer Schaltvorrichtung für die mechanische Getriebestufe

Der Schritt b) erfolgt vorteilhafterweise nach Schritt a). Der Schritt c) kann bereits während oder vor oder nach Schritt b) erfolgen. Durch die zusätzliche, definierte Verdrehung des Rotationselements lässt es sich vermeiden, dass eine Zahn-vor-Zahn-Stellung das Schalten blockiert. Viele Vorteile sind bereits bei der Läuferbremsvorrichtung beschrieben. Bei geeigneter Wahl des Verschiebeweges in Umfangsrichtung kann eine einmalige Bewegung bereits ausreichend sein. Unter freidrehend ist gemeint, dass das Rotationselement nicht mehr aktiv von einem Antriebsaggregat beispielsweise einem Motor angetrieben und beschleunigt wird, sondern sich im Wesentlichen nur durch Trägheitseffekte oder wie zuvor beschrieben durch Effekte von einer hydrodynamischen Getriebekomponente, die bereits entleert ist, bewegt.
Besonders bevorzugt werden zusätzlich die folgenden Schritte nacheinander ausgeführt werden:

d) Deaktivieren der Läuferbremsvorrichtung
e) erneute Aktivierung der Läuferbremsvorrichtung und dadurch erneute Verdrehung des Rotationselements (3) wobei die Schaltvorrichtung für die mechanische Getriebestufe währenddessen aktiviert bleibt. Das heißt, dass das Schaltglied automatisch in die Verzahnung des Getriebegliedes gleitet, sobald keine Zahn-vor-Zahn-Stellung existiert. Durch die Wiederholung ist ein größerer Verschiebeweg in Umfangsrichtung möglich.

Insbesondere können die die Schritte d) und e) einmal oder mehrmals wiederholt werden. Auch hierbei bleibt die Schaltvorrichtung bevorzugt aktiviert, das heißt es wirkt weiterhin eine Axialkraft auf das Schaltglied, die dazu führt das ordnungsgemäß geschaltet wird, sobald keine Zahn-vor-Zahn-Stellung vorliegt. So kann beispielsweise eine Ansteuerung ausgeführt werden, die in jedem Fall zum problemlosen Schalten führt – egal wie die Verzahnungen beim Beginn des Schaltvorgangs stehen. Ein Sensor, der die erfolgreiche Schaltung überwacht und an die Steuerung bestätigt, kann entfallen.
Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Ausprägungen der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Die genannten Merkmale können nicht nur in der dargestellten Kombination vorteilhaft umgesetzt werden, sondern auch einzeln untereinander kombiniert werden. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
1a–c Schematische Darstellung eines Rotationselements eines Getriebes und einer ersten erfindungsgemäßen Läuferbremsvorrichtung
1a Ausgangsstellung (Bremse offen)
1b Bremsstellung
1c Stellung nach Verdrehung
2a–c Schematische Darstellung eines Rotationselements eines Getriebes und einer zweiten erfindungsgemäßen Läuferbremsvorrichtung
2a Ausgangsstellung (Bremse offen)
2b Bremsstellung
2c Stellung nach Verdrehung
3 Schematische Darstellung der ersten erfindungsgemäßen Läuferbremsvorrichtung integriert in Kanalplatte eines Getriebes
4 Schematische Darstellung der zweiten erfindungsgemäßen Läuferbremsvorrichtung integriert in Kanalplatte eines Getriebes
5 Variante der ersten Läuferbremsvorrichtung
6 Variante der zweiten Läuferbremsvorrichtung
Nachfolgend werden die Figuren detaillierter beschrieben.
In 1a–c ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Läuferbremsvorrichtung für eine hydrodynamische Getriebeeinheit gezeigt. Zusätzlich ist das Rotationselement 3 der hydrodynamischen Getriebeeinheit gezeigt. Weitere vorhandene Getriebeelemente wie beispielsweise hydrodynamische Komponenten oder mechanische Getriebestufen sind nicht dargestellt. Das Rotationselement 3 kann bevorzugt das Läuferrad auf der Sekundärseite einer hydrodynamischen Kupplung oder eines hydrodynamischen Wandlers sein. Es kann aber auch ein Rotationselement sein, das mit der Sekundärseite der vorgenannten hydrodynamischen Komponente über eine Welle und gegebenenfalls eine oder mehrere mechanische Getriebestufen drehfest verbunden ist. Wichtig ist, dass das Läuferrad festgehalten werden kann, in dem das Rotationselement gebremst wird. Diese erste Ausführungsform weist einen Hebelmechanismus und nur ein einziges Anpresselement 6 auf.
1a stellt die Ausgangsstellung der Läuferbremse, bei der die Bremse offen ist, und 1b die Bremsstellung, bei der der Bremsbelag 2 in Kontakt mit dem Rotationselement 3 ist, dar. Wird die Läuferbremsvorrichtung aktiviert, so drückt das Anpresselement 6 – hier als Hydraulikzylinder ausgeführt – über eine Angriffsstelle auf den Hebel 1, wodurch dieser um den Drehpunkt 4 gedreht wird. Der Drehpunkt 4 ist ein Stift oder Bolzen oder etwas ähnliches und ist fest an einer Stützstruktur vorhanden. Der Hebel 1 weist eine Führung 5 auf – hier als im Wesentlichen rechteckige Aussparung, die eine lineare Führungsnut bildet, ausgeführt –, über die er an dem Drehpunkt 4 gelagert ist. Die Stützstruktur ist so mit dem Getriebegehäuse verbunden, das die Bremskräfte aufgenommen werden können. Beispielsweise kann sie Teil des Getriebegehäuses sein. Die vom Anpresselement 6 aufgebrachte Bremskraft wirkt über den Bremsbelag 2, der auf dem Hebel 1 vorhanden ist, auf das noch rotierende Rotationselement 3, wodurch dieses abgebremst wird. Die Wirklinie w1 des Anpresselementes 6 und die Wirklinie w2 der Bremskraft vom Bremsbelag 2 auf das Rotationselement 3 bilden einen Winkel α von deutlich unter 90°, wenn man die Wirklinien in Richtung des Rotationselementes 3 geradlinig verlängert. 1c zeigt nun, was passiert, wenn die Bremskraft weiter aufgebracht wird. Der Hebel 1 verschiebt sich entlang der Führung 5 am Drehpunkt 4 und dadurch wird der Bremsbelag 2 unter Beibehaltung des Kontaktes in Umfangsrichtung verschoben. Das Rotationselement wird dadurch entsprechend mitgedreht. Die Verdrehung des Rotationselements 3 durch die Läuferbremsvorrichtung kann mit oder gegen die normale Rotationsrichtung im Traktionsbetrieb erfolgen. Beide Bewegungen, das Anpressen und das Weiterdrehen, werden durch das gleiche Anpresselement 6 bewirkt.
Bei Deaktivierung der Läuferbremse wird das Anpresselement 6 entlastet, so dass das Rückstellelement 7, zum Beispiel eine Spiralfeder, den Hebel 1 zurück in die Ausgangsstellung bewegt.
Durch die beschriebene Vorrichtung lässt sich nun ein erfindungsgemäßes Verfahren realisieren. Durch Aktivieren der Läuferbremsvorrichtung an einer hydrodynamischen Getriebeeinheit, die unter anderem auch eine nachgeschaltete mechanische Getriebestufe aufweist, wird das Rotationselement 3, das mit der Sekundärseite der hydrodynamischen Getriebekomponente verbunden ist, abgebremst und dann durch die Läuferbremsvorrichtung noch um ein definiertes Stück in Umfangsrichtung verdreht. Während eines der beiden und/oder nach diesen beiden Schritten wird die Schaltvorrichtung für die mechanische Getriebestufe aktiviert, zum Beispiel wird eine axiale Kraft auf das Schaltglied aufgebracht. Durch das aktive Verdrehen beim Bremsvorgang wird eine eventuell auftretende Zahn-vor-Zahnstellung in der mechanischen Getriebestufe aufgelöst, so dass die Schaltung erfolgen kann. Bei geeigneter Auslegung kann eventuell eine einmalige Betätigung schon ausreichen, um die Schaltung zu ermöglichen. Es ist aber auch möglich, den Bremsvorgang inklusive Verdrehung einmal oder mehrmals zu wiederholen, um ein ausreichendes Verdrehen zu bewirken, so dass die Schaltung erfolgt. Der Schaltvorrichtung bleibt dabei bevorzugt aktiviert, damit die Schaltung erfolgt, sobald die Zahn-vor-Zahn-Stellung aufgelöst ist. Bei passender Gestaltung der Vorrichtung und des Steuerungsverfahrens kann gegebenenfalls sogar auf eine Überwachung der Schaltstellung durch einen separaten Sensor verzichtet werden. Das Schalten erfolgt schneller und zuverlässiger. Das System wird robuster und die Getriebeeinheit kann günstiger ausgeführt werden.
Die 2a–c zeigen eine zweite Variante für die erfindungsgemäße Ausführung. Gleiche Elemente sind gleichartig bezeichnet. Die Variante unterscheidet sich von der in den 1a–c dargestellten Ausführung unter anderem darin, dass der Drehpunkt 4a am Hebel 1a vorhanden ist und die Führung 5a an der Stützstruktur.
Zudem ist der Hebel 1a einfacher gestaltet. Ein weiterer Unterschied ist, dass der Bremsbelag 2 zwischen dem Drehpunkt 4a und dem Angriffspunkt des Anpresselements 6 liegt. Durch den kurzen Hebelarm für den Bremsbelag 2 wird eine hohe Bremskraft erreicht. Die Funktion der Läuferbremsvorrichtung mit Abbremsen und Verdrehen des Rotationselements 3 ist gleichartig und nochmal in den Einzelfiguren a–c gezeigt. Auch hier ist wiederum der Winkel α_a zwischen der Wirklinie w_1a und der Wirklinie w_2a verlängert zum Rotationselement hin deutlich kleiner als 90°.
3 stellt die erste Ausführungsform integriert in die Kanalplatte 8 einer Getriebeeinheit dar. Der Drehpunkt 4 ist an der Kanalplatte fest vorhanden. Die Kanalplatte 8 ist mit dem Getriebegehäuse so verbunden, dass die in der Kanalplatte 8 vorhandenen Kanäle und Versorgungsleitungen für Hydraulikfluid mit der Ölversorgung im Getriebegehäuse verbunden sind. So ist eine kontinuierliche Versorgung mit Hydraulikfluid möglich. In der Kanalplatte 8 ist ein Netzwerk verschiedener Kanäle, Versorgungsleitungen oder Hydraulikkreisläufen vorhanden. Dadurch können verschiedene Getriebeelement mit Schmiermittel, mit Steuerungsmittel oder Betriebsmittel versorgt werden. Beispielsweise kann ein Retarder oder ein Wandler mit Hydraulikfluid gefüllt oder entleert werden oder ein Hydraulikzylinder kann mit Druck angesteuert werden. An die Kanalplatte 8 können verschiedene Ventilgehäuse, beispielsweise für Magnetventile, angebaut sein. Es können auch noch weitere Steuerungselemente vorhanden sein. Die Kanäle in der Kanalplatte 8 sind mit einer Abdeckplatte 9 verschlossen. Dadurch kann die Kanalplatte 8 einfacher und billiger gefertigt werden.
Als Anpresselement 6 für die Läuferbremse ist der Hydraulikzylinder in die Kanalplatte 8 integriert. Der Kolben des Hydraulikzylinders kann in einem Gehäuse geführt werden, welches zumindest teilweise durch die Kanalplatte gebildet wird. Es ist genauso gut möglich, einen Hydraulikzylinder mit einem eigenen Gehäuse in die Kanalplatte 8 einzusetzen. Die Versorgungsleitung für die Ansteuerung des Hydraulikzylinders verläuft ganz oder teilweise in der Kanalplatte. Durch die Versorgungsleitung wird die Druckkammer des Hydraulikzylinders unter dem Kolben mit Hydraulikfluid befüllt oder entleert.
In 4 ist eine zu 3 analoge Darstellung gezeigt für die Integration der zweiten Läuferbremsvorrichtung in die Kanalplatte 8a einer hydrodynamischen Getriebeeinheit.
5 und 6 zeigen noch mehrere Varianten für die Anordnung der linearen Führung 5, 5a. Erfindungsgemäß muss die Führung auch nicht linear sein. An der Führung 5, 5a oder am Drehpunkt 4, 4a kann eine Dämpfung vorhanden sein, um die Verschiebung abzudämpfen, oder es kann ein Rückstellelement, insbesondere eine Feder, vorhanden sein, die die Verschiebung erst bei Überschreiten einer bestimmten Kraft ermöglicht.
Bezugszeichenliste

1, 1a: Hebel
2: Bremsbelag
3: Rotationselement
4, 4a: Drehpunkt (insbesondere Bolzen oder Stift)
5, 5a: Führung
6: Anpresselement
7: Rückstellelement
8, 8a: Kanalplatte
9: Abdeckplatte
w1, w1a: Wirklinie des Anpresselements
w2, w2a: Wirklinie der Bremskraft
α, αa: Winkel zwischen den Wirklinien

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4226665 A1 [0004]

Claims

Läuferbremsvorrichtung für eine hydrodynamische Getriebeeinheit mit einem Bremsbelag (2) und einem Anpresselement (6), derart gestaltet, dass bei Aktivierung der Läuferbremse das Anpresselement (6) den Bremsbelag (2) gegen ein Rotationselement (3) der hydrodynamischen Getriebeeinheit drückt und somit das Rotationselement (3) gebremst werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Läuferbremsvorrichtung so gestaltet ist, dass der Bremsbelag (2) von einer Ausgangsstellung, bei der die Läuferbremse offen ist, zunächst in eine Bremsstellung bewegt werden kann, bei der der Bremsbelag (2) mit dem Rotationselement (3) in Kontakt ist, und dann unter Beibehaltung des Kontaktes ein Stück in Umfangsrichtung des Rotationselements (3) verschoben werden kann, so dass das Rotationselement (3) dadurch entsprechend mitbewegt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Läuferbremsvorrichtung so gestaltet ist, dass sowohl die Bewegung des Bremsbelages (2) von der Ausgangsstellung in die Bremsstellung als auch die Verschiebung entlang der Umfangsrichtung von dem einen Anpresselement gesteuert werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Läuferbremsvorrichtung einen Hebel (1, 1a), auf dem der Bremsbelag (2) vorhanden ist, einen Drehpunkt (4, 4a) für den Hebel und eine Führung (5, 5a) für den Drehpunkt aufweist und derart gestaltet ist, dass bei Aktivierung der Läuferbremse durch die Drehung des Hebels (1, 1a) um den Drehpunkt (4, 4a) der Bremsbelag (2) von der Ausgangsstellung in die Bremsstellung gebracht werden kann, und der Drehpunkt (4, 4a) in der Führung (5, 5a) verschoben werden kann, um die Bewegung des Bremsbelages (2) in Umfangsrichtung des Rotationselements (3) zu ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (5) an dem Hebel (1) vorhanden ist, und der Drehpunkt (4) als Bolzen oder Stift ausgeführt ist, der fest mit einer Stützstruktur, insbesondere mit einer Kanalplatte (8) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Drehpunkt (4a) als Bolzen oder Stift ausgeführt ist, der fest mit dem Hebel (1a) verbunden ist, und die Führung (5a) an einer Stützstruktur, insbesondere an einer Kanalplatte (8a) vorhanden ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (5, 5a) als im Wesentlichen lineare Führungsnut ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Läuferbremsvorrichtung eine Kulissenführung aufweist, die die Bewegung des Bremsbelages (2) von der Ausgangsstellung in die Bremsstellung und dessen Verschiebung in Umfangsrichtung führt.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Anpresselement (6) als linear wirkender Aktuator, bevorzugt als Hydraulikzylinder, insbesondere als doppeltwirkender Hydraulikzylinder ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Läuferbremsvorrichtung so gestaltet ist, dass die Wirklinie (w1) der Kraft des Anpresselementes (6) und die Wirklinie (w2) der Bremskraft des Bremsbelages (2) in Bremsstellung, bei Verlängerung in Richtung auf das Rotationselement (3) zu, einen Winkel (α) von weniger als 90° einschließen.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Rückstellelement (7) vorhanden ist, das so angeordnet ist, dass es bei Wegfall der Aktivierung der Läuferbremse eine Bewegung des Bremsbelages (2) entgegengesetzt zu der Verschiebung in Umfangsrichtung und/oder zurück in die Ausgangsstellung bewirken kann.
Hydrodynamische Getriebeeinheit mit einer Läuferbremsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Getriebeeinheit eine hydrodynamische Kupplung und/oder einen hydrodynamischen Wandler, sowie zumindest eine mechanische Getriebestufe aufweist.
Getriebeeinheit nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Läuferbremsvorrichtung als Anpresselement (6) einen Hydraulikzylinder aufweist und in die Kanalplatte (8, 8a) der hydrodynamischen Getriebeeinheit integriert ist.
Verfahren zur Steuerung einer hydrodynamischen Getriebeeinheit mit einer Läuferbremsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Getriebeeinheit eine hydrodynamische Kupplung und/oder einen hydrodynamischen Wandler, sowie zumindest eine mechanische Getriebestufe aufweist. dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte ausgeführt werden: a) Abbremsen des bevorzugt freidrehenden Rotationselements (3) durch Aktivierung der Läuferbremsvorrichtung b) Verdrehung des Rotationselements (3) durch die Läuferbremsvorrichtung c) Aktivierung einer Schaltvorrichtung für die mechanische Getriebestufe
Verfahren nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die folgenden Schritte nacheinander ausgeführt werden: d) Deaktivieren der Läuferbremsvorrichtung e) erneute Aktivierung der Läuferbremsvorrichtung und dadurch erneute Verdrehung des Rotationselements (3) wobei die Schaltvorrichtung für die mechanische Getriebestufe währenddessen aktiviert bleibt.
Verfahren nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte d) und e) einmal oder mehrmals wiederholt werden.