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Die
Erfindung betrifft eine hydrodynamische Kopplungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Durch
die
DE 44 23 640 A1 ist
eine hydrodynamische Kopplungsvorrichtung, als hydrodynamischer
Drehmomentwandler ausgebildet, bekannt, deren Kupplungsgehäuse in üblicher
Weise mit einem Antrieb, wie beispielsweise einer Brennkraftmaschine,
in Drehverbindung gebracht wird und ein Pumpenrad umfasst, das mit
einem Turbinenrad und einem Leitrad einen hydrodynamischen Kreis
bildet. Während
das Turbinenrad mit einem Abtrieb, wie beispielsweise einer Getriebeeingangswelle,
drehfest verbunden ist, ist das Leitrad über einen Freilauf auf einer
Stützwelle
angeordnet, die radial zwischen einer Pumpenradnabe und der Getriebeeingangswelle vorgesehen
ist. Darüber
hinaus weist die hydrodynamische Kopplungsvorrichtung auch eine Überbrückungskupplung
mit einem Kolben auf, der drehfest, aber axial verlagerbar mit dem
Kupplungsgehäuse verbunden
ist.
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Die
hydrodynamische Kopplungsvorrichtung ist als Zwei-Leitungs-System
ausgebildet, wodurch sich folgende Druck- bzw. Strömungsverhältnisse ausbilden:
An
einen ersten Strömungsweg,
der Durchflusskanäle
radial zwischen der Pumpenradnabe und der Stützwelle einerseits und radial
zwischen der Stützwelle
und der Getriebeeingangswelle andererseits aufweist, ist eine erste
Druckmittelleitung angeschlossen, die durch beidseits des Freilaufes
des Leitrades angeordnete, mit Durchflusskanälen für Kupplungsfluid versehene
Druckscheiben zur Versorgung des hydrodynamischen Kreises gebildet wird.
Bedingt durch einen Überdruck
im hydrodynamischen Kreis wird der Kolben in Richtung zu einem benachbarten
Gehäusedeckel
des Kupplungsgehäuses
beaufschlagt und erfährt
dadurch eine Drehmitnahme mit dem Kupplungsgehäuse über Reibflächen. Umgekehrt wird diese
Drehmitnahme an den Reibflächen
gelöst,
wenn über
eine zweite Druckmittelleitung ein dem Kolben zugeordneter, axial
zwischen demselben und dem Gehäusedeckel
vorgesehener Druckraum mit Überdruck
gegenüber
dem hydrodynamischen Kreis beaufschlagt wird und der Kolben dadurch
eine Axialverlagerung in Richtung zum hydrodynamischen Kreis erfährt. Die
zweite Druckmittelleitung ist an einen zweiten Strömungsweg
angeschlossen, der über
eine Mittenbohrung der Getriebeeingangswelle führt. Beide Strömungswege sind
jeweils an einen Fluidmittelvorrat angeschlossen.
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Wesentliches
Prinzip eines derartigen Zwei-Leitungs-Systems, aber auch wesentlicher Nachteil
ist die Anordnung der Überbrückungskupplung
als Trennstelle zwischen dem hydrodynamischen Kreis und dem Druckraum.
Bei geöffneter Überbrückungskupplung
besteht demnach eine einen Druckausgleich zumindest in diesem radialen
Erstreckungsbereich zulassende Verbindung zwischen hydrodynamischem
Kreis und Druckraum, während bei
geschlossener Überbrückungskupplung
sich im hydrodynamischen Kreis auch in unmittelbarer Nachbarschaft
zur Überbrückungskupplung
problemlos ein Druckniveau ausbilden kann, das sich erheblich von
demjenigen im Druckraum unterscheiden kann. Hieran ändert auch
eine eventuell in der Überbrückungskupplung
vorgesehene Nutung nichts, da diese, gemessen an der Gesamtversorgung
von hydrodynamischen Kreis und Druckraum mit Kupplungsfluid, stets
nur einen sehr geringen Leckagestrom passieren lässt, und somit nicht geeignet
ist, einen spürbaren
Einfluss auf die Druckbedingungen in den beiden Druckräumen zu
nehmen.
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Diese
Situation wirkt sich insbesondere bei Schubbetrieb, also bei gegenüber dem
Antrieb höheren
Drehzahlen am Abtrieb, nachteilig aus, sobald zugunsten der Nutzung
einer eventuellen Bremswirkung des Antriebs, zur Reduzierung oder
Vermeidung eines länger
andauernden, wirkungsgradverschlechternden Schlupfes oder zur Verhinderung
eines ungebremsten Hochlaufs des Antriebs bei plötzlichem Übergang von Schubbetrieb auf
Zugbetrieb die Überbrückungskupplung
geschlossen werden soll. Hierbei tritt folgender unangenehmer Effekt
auf:
Aufgrund der Befüllung
der hydrodynamischen Koppplungsvorrichtung mit Kupplungsfluid drängt dieses fliehkraftbedingt
nach radial außen,
wobei im Drehzentrum der Kopplungsvorrichtung idealerweise vom Druckzustand „Null" auszugehen ist,
mit zunehmendem Abstand von diesem Drehzentrum dagegen monoton ansteigende
Druckwerte vorliegen, die im radialen Erstreckungsbereich der üblicherweise
radial weit außen
angeordneten Überbrückungskupplung näherungsweise
ein Maximum erreichen. Der Anstieg dieser Druckwerte bei Schubbetrieb
ist im hydrodynamischen Kreis größer als
im Druckraum, da das Kupplungsfluid im Druckraum im wesentlichen mit
der antriebsseitigen Drehzahl des Kupplungsgehäuses rotiert, im hydrodynamischen
Kreis dagegen mit der höheren
abtriebsseitigen Drehzahl des Turbinenrades. Bei Berücksichtigung
der Randbedingung, dass bei geöffneter Überbrückungskupplung
innerhalb deren radialen Erstreckungsbereichs angeglichene Druckzustände im hydrodynamischen
Kreis und im Druckraum auftreten, wirken sich die unterschiedlichen
Druckanstiegsverläufe
beidseits des Kolbens dadurch aus, dass der Druckanstiegsverlauf im
Druckraum – ausgehend
vom Radialbereich der Überbrückungskupplung
und nach radial innen führend – einer
geringeren Druckabnahme unterworfen ist als der Druckanstiegsverlauf
an der Gegenseite des Kolbens, also im hydrodynamischen Kreis. Die Folge
hiervon ist, dass im Druckraum radial innerhalb der Überbrückungskupplung ein Überdruck
gegenüber
dem hydrodynamischen Kreis besteht, durch welchen der Kolben stabil
in Ausrückposition
gehalten ist. Wird unter diesen Bedingungen ein Einregelvorgang
zum Schließen
der Überbrückungskupplung eingeleitet,
so muss im hydrodynamischen Kreis ein Überdruck aufgebaut werden,
der den Druck im Druckraum deutlich übersteigt. Dadurch verzögert sich
das Schließen
der Überbrückungskupplung
erheblich.
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Sobald
bei Erreichen des notwendigen hohen Überdruckes im hydrodynamischen
Kreis der Kolben der Überbrückungskupplung
in Richtung zu seiner Einrückposition
bewegt wird, verengt sich die Verbindung zwischen hydrodynamischem
Kreis und Druckraum, und wirkt demnach zunehmend als Drossel, die
auf der Seite des Druckraumes für
einen Druckabfall gegenüber
dem hydrodynamischen Kreis und damit letztendlich für einen
Vorzeichenwechsel der auf den Kolben einwirkenden Axialkraft sorgt.
Obwohl somit der Kolben nun selbsttätig in seine Einrückposition
verlagert würde,
wirkt ab jetzt der bei zuvor stillstehendem Kolben noch wirkungslose,
im hydrodynamischen Kreis angelegte hohe Überdruck schlagartig im Sinne
einer die Einrückbewegung
des Kolbens unterstützenden
hohen Axialkraft mit, so dass der Kolben auf dem letzten Abschnitt
seines Einrückweges über eine
sehr hohe Einrückgeschwindigkeit
verfügt,
und dadurch sehr hart an dem axial benachbarten antriebsseitigen
Bauteil des Kupplungsgehäuses,
wie beispielsweise einem Gehäusedeckel,
in Wirkverbindung tritt. Hierdurch wird innerhalb einer sehr kurzen
Zeitspanne für
einen Abbau der zuvor zwischen Antrieb und Abtrieb bestehenden Differenzdrehzahl
gesorgt. Dieser Vorgang wird in einem sich bei Schubbetrieb bewegenden
Fahrzeug als unangenehm harter Momentenschlag empfunden, und ist
zum einen nachteilig für
das Komfortempfinden der Passagiere des Fahrzeugs.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrodynamische Kopplungsvorrichtung
mit einer Überbrückungskupplung
derart auszubilden, dass die letztgenannte auch bei Schubbetrieb
frei von einem Momentenschlag geschlossen werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch eine hydrodynamische Kopplungseinrichtung gemäß dem Anspruch
1 gelöst.
Durch Anordnung einer Druckbereichstrennung zwischen dem hydrodynamischen
Kreis und der Druckkammer wird unabhängig von der jeweiligen Stellung
des Kolbens zwischen dessen Ausrückposition
und dessen Einrückposition
und damit unabhängig
vom Schaltzustand der Überbrückungskupplung
unterbrechungsfrei dafür
gesorgt, dass im radialen Erstreckungsbereich der Überbrückungskupplung
keine Möglichkeit
für einen
Druckausgleich zwischen dem hydrodynamischen Kreis und dem Druckraum
besteht. Zwar werden sich auch hier jeweils zwischen dem Drehzentrum
und dem radialen Erstreckungsbereich der Überbrückungskupplung sowohl im hydrodynamischen
Kreis als auch im Druckraum Druckanstiegsverläufe mit im wesentlichen monotoner
Anstiegscharakteristik ausbilden, von denen derjenige im hydrodynamischen
Kreis bei Schub aufgrund des mit der abtriebsseitig höheren Drehzahl umlaufenden
Turbinenrades über
einen höheren Druckanstieg
verfügt
als der Druckraum auf der Gegenseite des Kolbens, jedoch werden
diese beiden Druckanstiegsverläufe
aufgrund der Druckbereichstrennung zwischen hydrodynamischem Kreis
und Druckraum auch im radialen Erstreckungsbereich der Überbrückungskupplung
und trotz ausgerückten Kolbens
keine Druckangleichung erfahren. Vielmehr wird der Kolben aufgrund
des durch die höheren Drehzahlen
am Abtrieb, wie beispielsweise am Turbinenrad, bedingten stärkeren Druckanstiegsverlauf
im hydrodynamischen Kreis in Richtung zum Druckraum beaufschlagt.
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Solange
der Kolben in seiner Ausrückposition
verharren soll, genügt
die übliche
Druckversorgung des Druckraumes um die vorerwähnte Einrückneigung des Kolbens aufzuhalten.
Zum Einrücken genügt dann,
die Druckversorgung auf „Einregeln" der Überbrückungskupplung
einzustellen und damit die Druckversorgung sowohl des hydrodynamischen Kreises
als auch des Druckraumes kurzzeitig aufzuheben. Schließlich genügt, sobald
daraufhin der hydrodynamische Kreis an die Druckversorgung angeschlossen
ist, bereits ein sehr geringer Überdruck
im hydrodynamischen Kreis gegenüber
dem Druckraum für
ein Einrücken
des Kolbens. Schon bei geringem Überdruck
im hydrodynamischen Kreis gegenüber dem
Druckraum ist eine Momentenübertragung
möglich
und damit das Übertragungsverhalten
der Überbrückungskupplung
feinfühlig
beeinflussbar, so dass in keinem Abschnitt der Einrückphase
des Kolbens eine abrupte Änderung
der Schließbedingungen
befürchtet
werden muss. Stattdessen greift der Kolben in seiner Einrückposition
weich am entsprechenden antriebsseitigen Bauteil des Kupplungsgehäuses, wie dem
Gehausedeckel, an, wobei kein Momentenstoss befürchtet werden muss. Entsprechend hoch
ist das Komfortempfinden für
Passagiere eines Fahrzeuges, das mit einer derartigen Kopplungsvorrichtung
versehen ist.
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Da
bereits ein geringer Überdruck
im hydrodynamischen Kreis genügt,
um auch bei Schubbetrieb für
eine Bewegung des Kolbens in seine Einrückposition zu sorgen, erfolgt
dieses Schließen
nahezu verzögerungsfrei,
so dass leistungsmindernde und/oder wirkungsgradverschlechternde
Betriebsphasen der hydrodynamischen Kopplungsvorrichtung auch bei
Schubbetrieb vermeidbar sind. Selbstverständlich wird bei einer derart
raschen Reaktion beim Schließen
der Überbrückungskupplung
auch bei einem unvermittelten Übergang
aus dem Schubbetrieb in einen Zugbetrieb ein wegen des Fehlens abtriebsseitiger
Last nahezu trägheitsfreies
Hochdrehen des Antriebs vermieden.
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Die
zuvor erwähnte
vorteilhafte Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Kopplungsvorrichtung wird
in nahezu unveränderter
Weise auch vorliegen, wenn zugunsten einer Kühlwirkung an Reibbereichen
der Überbrückungskupplung
die letztgenannte über
Nutungen verfügt,
die von Kupplungsfluid in Richtung des Druckgefälles durchströmt werden
können.
Die begrenzte Auswirkung einer derartigen Nutung auf das vorteilhafte
Betriebsverhalten der erfindungsgemäßen Kopplungsvorrichtung erklärt sich damit,
dass zur Gewährleistung
bestimmter Druckbedingungen sowohl im hydrodynamischen Kreis als auch
im Druckraum sowie zur Aufrechterhaltung eines Gleichgewichtes von
zu- und abgeführtem
Kupplungsfluid die Nutung einer exakten Abstimmung bedarf. Insofern
wird die Nutung zwar einen Leckagestrom an Kupplungsfluid aus dem
hydrodynamischen Kreis in die Kammer zulassen, jedoch wird aufgrund der
Drosselwirkung einer solchen Nutung kein wahrnehmbarer Einfluss
auf das Schließverhalten
der Überbrückungskupplung
bei Schubbetrieb vorliegen.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausführung
für die
erfindungsgemäße Druckbereichstrennung
liegt vor, wenn diese über
ein Kolbenhub-Ausgleichselement
verfügt,
das einer Bewegung des Kolbens bei dessen Hubweg zwischen der Ausrückposition
und der Einrückposition
nachführbar
ist. Mit Vorzug ist hierbei der dem Kolbenhub-Ausgleichselement
zur Verfügung
stehende Nachführweg
im wesentlichen an den Hubweg des Kolbens angepasst, damit das Kolbenhub-Ausgleichselement
nach Beendigung seiner Nachfolgebewegung in einer stabilen Endposition
zum Stillstand kommen kann, um dadurch dem Kolben die Möglichkeit
zu geben, die erforderliche Anpresskraft an der Überbrückungskupplung zur Übertragung
hinreichend großer
Drehmomente zwischen Antrieb und Abtrieb aufzubauen. Besonders vorteilhaft
ist daher die Anordnung des Kolbenhub-Ausgleichselements innerhalb
des radialen Erstreckungsbereichs der Überbrückungskupplung, da sich auf
diese Weise ein umlenkungsfreier Kraftfluss zwischen dem Kolben,
eventuell zwischen demselben und dem Kolbenhub-Ausgleichselement
angeordneten Reibbereichen und dem Kolbenhub-Ausgleichselement selbst
ergibt.
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Mit
besondern Vorzug erfolgt die Nachführbewegung des Kolbenhub-Ausgleichselementes
gegenüber
dem Kolben elastisch, wofür
das Kolbenhub-Ausgleichselement
an seiner vom Kolben abgewandten Seite mittels eines Axialkraftspeichers
beaufschlagt ist, und zwar in Richtung zum Kolben. Im wesentlichen
wird der Axialkraftspeicher in der Ausrückposition des Kolbens über seine
geringste Vorspannung verfügen,
die bei Überführung des
Kolbens in seine Einrückposition
bei gleichzeitiger Axialstauchung des Axialkraftspeichers zunimmt
und bei Erreichen der Einrückposition
durch den Kolben einen maximalen Vorspannungswert annimmt. Entsprechend
wird der Axialkraftspeicher die Ausrückbewegung des Kolbens unterstützen, und
hierdurch bewirken, dass auch bei der Ausrückbewegung eventuelle Reibbereiche
zwischen Kolben und Kolbenhub-Ausgleichselement in Anlage miteinander verbleiben,
so dass unterbrechungsfrei die druckgemäße Trennung des hydrodynamischen
Kreises vom Druckraum beibehalten wird.
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Auf
jeden Fall sollte der Axialkraftspeicher bezüglich seiner Kennlinie und
der aufzubringenden Axialkraft derart abgestimmt sein, dass dieser
auch in Ausrückposition
des Kolbens die einzelnen Bauteile der Überbrückungskupplung in Wirkverbindung
miteinander halten kann, so dass einerseits zwar keine nennenswerten
Drehmomente zwischen Antrieb und Abtrieb übertragbar sind, andererseits
aber eine Druckverbindung zwischen hydrodynamischen Kreis und Druckraum
dauerhaft vermieden wird. Selbstverständlich liegt diese druckgemäße Trennung
von hydrodynamischem Kreis und Druckraum auch bei vollständig eingerücktem Kolben
vor, so dass diesbezüglich
keine weiteren Ausführungen
vorgenommen werden müssen.
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Mit
Vorzug ist der Axialkraftspeicher in einem Federraum des Kolbenhub-Ausgleichselementes
angeordnet, und durch eine zusätzliche
Dichtung vom Druckraum isoliert. Hierdurch wird vermieden, dass im
Druckraum anliegender Überdruck
sich innerhalb des Federraums auswirkt. Nur so kann beim Ausrücken des
Kolbens für
ein elastizitätsbehaftetes
Nachrücken
des Kolbenhub-Ausgleichselementes gegenüber dem Kolben gesorgen werden.
Die Anordnung der Dichtung radial innerhalb der Überbrückungskupplung und damit im
Zugangsbereich des Druckraumes ist daher für die Erzeugung einer mit dem Axialkraftspeicher
exakt bemess- und dosierbaren elastischen Axialkrafteinwirkung in
Richtung zum Kolben von erheblicher Bedeutung.
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Letztendlich
verfügt
das Kolbenhub-Ausgleichselement zur Gewährleistung seiner Drehmomentübertragungsfähigkeit über eine
Drehverbindung entweder mit dem Antrieb oder mit dem Abtrieb, mit
Vorzug hierbei mit dem Antrieb.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand einer Zeichnung ausführlich erläutert. Es
zeigt:
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1 die
obere Hälfte
eines Längsschnittes durch
einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit Überbrückungskupplung in Zwei-Leitungs-Ausführung.
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In 1 ist
eine hydrodynamische Kopplungsvorrichtung 1 in Form eines
hydrodynamischen Drehmomentwandlers dargestellt, der um eine Drehachse 3 Rotationsbewegungen
auszuführen
vermag. Der hydrodynamische Drehmomentwandler verfügt über ein
Kupplungsgehäuse 5,
das an seiner einem Antrieb 2, wie beispielsweise einer
Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle 6, zugewandten
Seite einen Gehäusedeckel 7 aufweist,
der fest mit einer Pumpenradschale 9 verbunden ist. Diese
geht im radial inneren Bereich in eine Pumpenradnabe 11 über.
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Der
Gehäusedeckel 7 weist
im radial inneren Bereich eine einen Lagerzapfen 13 tragende
Zapfennabe 12 auf, wobei der Lagerzapfen 13 in
einer Ausnehmung 4 der Kurbelwelle 6 zur antriebsseitigen
Zentrierung des Kupplungsgehäuses 5 aufgenommen
ist. Weiterhin verfügt
der Gehäusedeckel 7 über eine
Befestigungsaufnahme 15, die über eine Flexplatte 8 zur
Befestigung des Kupplungsgehäuses 5 an
der Kurbelwelle 6 dient, und zwar mittels Befestigungselementen 14,
vorzugsweise in Form von Schrauben. Die Flexplatte 8 ihrerseits
ist über
Befestigungselemente 10, ebenfalls vorzugsweise in Form von
Schrauben, an der Kurbelwelle 6 befestigt.
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Die
bereits erwähnte
Pumpenradschale 9 bildet zusammen mit Pumpenradschaufeln 16 ein
Pumpenrad 17, das mit einem eine Turbinenradschale 21 sowie
Turbinenradschaufeln 22 aufweisenden Turbinenrad 19 sowie
mit einem Leitrad 23 zusammenwirkt. Das letztgenannte verfügt über an einer
Leitradnabe 26 vorgesehene Leitradschaufeln 28 und bildet
gemeinsam mit dem Pumpenrad 17 und dem Turbinenrad 19 einen
hydrodynamischen Kreis 24, der einen Innentorus 25 umschließt.
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Das
Leitrad 23 ist über
seine Leitradnabe 26 auf einem Außenkörper 106 eines Freilaufes 27 angeordnet,
der über
einen Wälzelemententeil 108 auf einem
Innenkörper 110 angeordnet
ist. Der Außenkörper 106 zentriert über eine
antriebsseitige Druckscheibe 112 sowie über eine abtriebsseitige Druckscheibe 114 den
Innenkörper 110,
und stützt
sich antriebsseitig über
die antriebsseitige Druckscheibe 112, eine antriebsseitige
Axiallagerung 29, eine Turbinenradnabe 33 und
eine Lagerung 44 an der Zapfennabe 12 axial ab,
abtriebsseitig dagegen über
die antriebsseitige Druckscheibe 114 und eine antriebsseitige
Axiallagerung 35 an der Pumpenradnabe 11.
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Das
Leitrad 23 steht über
den Innenkörper 110 seines
Freilaufes 27 in drehfester, aber axial relativ verschiebbarer
Verzahnung 32 mit einer Stützwelle 30, die unter
Belassung eines im Wesentlichen ringförmigen, radial äußeren Durchflußkanals 41 radial
innerhalb der Pumpenradnabe 11 angeordnet ist. Die als
Hohlwelle ausgebildete Stützwelle 30 ihrerseits
umschließt
unter Belassung eines im Wesentlichen ringförmigen, radial inneren Durchflußkanals 42 eine
als Abtrieb 43 wirksame Getriebeeingangswelle 36,
die mit einer Mittenbohrung 37 zum Durchgang von Kupplungsfluid
versehen ist. Während
die beiden Durchflußkanäle 41, 42 als
erster Strömungsweg 130 vorgesehen
sind, dient die Mittenbohrung 37 als zweiter Strömungsweg 132.
Die Getriebeeingangswelle 36 nimmt über eine Verzahnung 34 die
bereits erwähnte
Turbinenradnabe 33 drehfest, aber axial verschiebbar auf
und ist durch eine Dichtung 50 gegenüber der Zapfennabe 12 abgedichtet.
Die Turbinenradnabe 33 ist mittels Durchgangsnieten 49 sowohl
mit einem Turbinenradfuß 31 des
Turbinenrades 19 als auch mit einem Außenlamellenträger 92 einer Überbrückungskupplung 56 drehfest
verbunden.
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Die
bereits erwähnten
Durchflußkanäle 41, 42 führen über als
erste Druckmittelleitung 60 dienende Druchlässe 38, 39 der
Druckscheiben 112, 114 in den hydrodynamischen
Kreis 24. Die Mittenbohrung 37 führt dagegen
zu einem Übergangsraum 40,
von dem aus zumindest ein in der Zapfennabe 12 mit einer
Radialkomponente verlaufender Kanal 136 ausgeht, der als
zweite Druckmittelleitung 62 dient. Diese mündet in
einen Druckraum 55 axial zwischen dem Gehäusedeckel 7 und
einem Kolben 54 der Überbrückungskupplung 56,
so dass der Gehäusedeckel 7 als
erste Wandung 142 des Druckraumes 55 und der Kolben 54 mit
seiner dem Druckraum 55 zugewandten Seite 139 als
zweite Wandung 144 für den
Druckraum 55 vorgesehen ist. Die vom Druckraum 55 abgewandte
Seite des Kolbens 54 grenzt an den hydrodynamischen Kreis 24.
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Im
radial inneren Bereich des Kolbens 54 kann dieser über eine
Axialfederung 58 in Form von Tangentialblattfedern mittels
nicht gezeigter Nietverbindungen an einer Drehsicherung 76 aufgenommen sein,
die an der Zapfennabe 12 des Kupplungsgehäuses 5 befestigt
ist.
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Der
Druckraum 55 ist in seinem radialen Erstreckungsbereich
am radial äußeren Ende 79 durch einen
Axialschenkel 152 eines im wesentlichen ringförmig um
die Drehachse 3 verlaufenden, axial verlagerbaren Kolbenhub-Ausgleichselementes 154 begrenzt,
wobei das letztgenannte außerdem über einen
im wesentlichen senkrecht zum Axialschenkel 152 verlaufenden
Radialschenkel 156 verfügt,
der mit seiner dem Gehäusedeckel 7 zugewandten
Seite an einem Axialkraftspeicher 158 in Anlage steht,
der sich andererseits an dem Gehäusedeckel 7 abstützt. Darüber hinaus
ist der Radialschenkel 156 des Kolbenhub-Ausgleichselementes 154 an
seinem radial äußeren Ende
mit einer Verzahnung 160 ausgebildet, über welche er zur Bildung einer
Drehverbindung 162 mit dem Gehäusedeckel 7 in eine
Verzahnung 164 eines im wesentlichen winkelförmigen Momentenüberträgers 166 eingreift,
der seinerseits am Gehäusedeckel 7,
beispielsweise mittels eines Schweißvorganges, befestigt ist.
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Der
radial innerhalb des Momentenüberträgers 166 verlaufende
Axialschenkel 152 des Kolbenhub-Ausgleichselementes 154 nimmt
an seinem axial dem Gehäusedeckel 7 zugewandten
Ende eine Dichtung 168 auf, und zwar radial zwischen seiner
radialen Außenseite 170 und
einer zugeordneten, im wesentlichen axial verlaufenden Deckelumformung 172 im
Gehäusedeckel 7.
Durch diese Dichtung 168 erfährt ein den Axialkraftspeicher 158 aufnehmender Federraum 159 des
Kolbenhub-Ausgleichselementes 154 eine Druckabdichtung
gegenüber
dem Druckraum 55.
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Der
Radialschenkel 156 des Kolbenhub-Ausgleichselementes 154 weist
an seiner der Überbrückungskupplung 56 zugewandten
Seite eine Reibfläche 69 für einen
Reibbelag 68 einer als Außenlamelle ausgebildeten Lamelle 66 auf,
die an ihrer vom Kolbenhub-Ausgleichselement 154 abgewandten
Seite über
einen zweiten Reibbelag 68 verfügt, der an einer ihm zugewandten,
als Innenlamelle ausgebildeten Lamelle 65 eine weitere
Reibfläche 69 vorfindet.
Während
eine Reibfläche 69 an
der axialen Gegenseite der Lamelle 65 für einen ersten Reibbelag 68 einer
als zweite Außenlamelle
ausgebildeten Lamelle 66 dient, findet ein zweiter Reibbelag 68 der letztgenannten
Lamelle 66 eine Reibfläche 69 an
der benachbarten Seite des Kolbens 54 der Überbrückungskupplung 56 vor.
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Entsprechend
der Beaufschlagung der ersten Druckmittelleitung 60 oder
der zweiten Druckmittelleitung 62 und damit in Abhängigkeit
von den Druckverhältnissen
im hydrodynamischen Kreis 24 sowie im Druckraum 55 ist
der Kolben 54 in Axialrichtung zwischen zwei unterschiedlichen
Grenzstellungen bewegbar, auf die nachfolgend noch eingegangen wird.
Der Kolben 54 ist mittels eines auf der Zapfennabe 12 gelagerten
Kolbenfußes 52 axial
verschiebbar, wobei eine in der Zapfennabe 12 eingelassene
Kolbendichtung 63 ihre Abdichtfunktion gegenüber dem
Kolbenfuß 52 wahrnimmt.
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Axial
zwischen dem Gehäusedeckel 7 und dem
Kolben 54 ist, im radial mittleren Bereich des letztgenannten,
am Gehäusedeckel 7 ein Innenlamellenträger 86 befestigt,
der mittels einer Verzahnung 88 drehfest mit der radial
inneren Lamelle 65 verbunden ist. Die beiden radial äußeren Lamellen 66 sind
dagegen über
jeweils eine Verzahnung 90 drehfest an dem Außenlamellenträger 92 aufgenommen.
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Der
Kolben 54 nimmt in der in 1 eingezeichneten
Stellung seine Ausrückposition
ein. In dieser Stellung verfügt
der Kolben 54 über
eine maximale Axialdistanz zum Gehäusedeckel 7. Der Axialkraftspeicher 158 des
Kolbenhub-Ausgleichselementes 154 drückt das letztgenannte in Richtung zum
Kolben 54, so dass axial zwischen dem Axialschenkel 152 des
Kolbenhub-Ausgleichselementes 154 und
dem Gehäusedeckel 7 ein
Axialspalt 174 verbleibt, der in seiner Axialerstreckung
im wesentlichen dem Hubweg des Kolbens 54 in Achsrichtung entspricht.
Das Kolbenhub-Ausgleichselement 154 beaufschlagt in dieser
Stellung axial mit der dem Kolben 54 zugewandten Seite
des Radialschenkels 156 den benachbarten Reibbelag 68 der
benachbarten radial äußeren Lamelle 66 und
drückt
diese in Richtung zum Kolben 54. Hierdurch werden gleichzeitig auch
die radial innere Lamelle 65 und die zweite radial äußere Lamelle 66 in
Richtung zum Kolben 54 beaufschlagt. Dadurch stehen bereits
in der Ausrückposition
des Kolbens 54 sämtliche
Reibbeläge 68 der Überbrückungskupplung 56 mit
den jeweils zugeordneten Reibflächen 69 in
Wirkverbindung, wobei allerdings, bedingt durch die relativ geringe
vom Kolbenhub-Ausgleichselement 154 ausgeübte Axialkraft, die
Lamellen 65, 66 lediglich zur Übertragung eines vernachlässigbar
geringen Drehmomentes befähigt sind,
nicht aber für
Drehmomente, wie diese üblicherweise
vom Antrieb 2 bereitgestellt werden. Aufgrund der Wirkverbindung
der Reibbeläge 68 mit
den Reibflächen 69 wird
bereits in der Ausrückposition
des Kolbens 54 zumindest im wesentlichen für eine fluid- und
druckdichte Trennung des hydrodynamischen Kreises 24 gegenüber dem
Druckraum 55 gesorgt. Das Kolbenhub-Ausgleichselement 154 bildet
somit gemeinsam mit den Lamellen 65, 66 und der
Reibfläche 69 am
Kolben 54 eine Druckbereichstrennung 180. Eventuell
in den Reibbelägen 68 ausgebildete Nutungen 70 zur
Kühlung
der Reibbeläge 68 lösen hierbei
keine wesentliche Beeinflussung der Funktion der Druckbereichstrennung 180 aus,
da diese Nutungen 70 in ihrer Wirkung als Drosselstelle 80 lediglich einen
vernachlässigbaren
druckdifferenzbedingten Fluidstrom zu lassen, und daher keiner weitergehenden
Erörterung
bedürfen.
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Eine
Verlagerung des Kolbens 54 aus seiner Ausrückposition
in Richtung zum Gehäusedeckel 7 und
damit in seine Einrückposition
erfolgt, wenn der Kolben 54 an seiner dem Tubinenrad 19 zugewandten
Seite mit einem Überdruck
beaufschlagt wird, im hydrodynamischen Kreis 24 demnach
ein höherer Druck
bereitgestellt wird als im Druckraum 55. Während seiner
Einrückbewegung
drückt
der Kolben 54 die Lamellen 65, 66, die
gegenüber
ihren jeweiligen Lamellenträgern 86, 92 axial
verlagerbar sind, zunehmend in Richtung zum Gehäusedeckel 7, um eine
Axialstauchung des Axialkraftspeichers 158 des Kolbenhub-Ausgleichselementes 154 und
damit eine Axialverlagerung des letztgenannten in Richtung des Gehäusedeckels 7 zu
bewirken. Bei dieser Axialverlagerung reduziert sich die Axialerstreckung
des Axialspaltes 174 zwischen Gehäusedeckel 7 und Axialschenkel 152 immer
weiter, bis das Kolbenhub-Ausgleichselement 154 letztendlich,
sich mit seinem Axialschenkel 152 am Gehäusedeckel 7 axial
abstützend,
an diesem in Anlage gekommen ist. Da dem Kolbenhub-Ausgleichselement 154 daraufhin
keine weitere Axialverlagerbarkeit mehr möglich ist, wird eine weitergehende
Einrückbewegung
des Kolbens 54 dazu führen,
dass sich die Flächenpressungen zwischen
den Reibbelägen 68 der
Lamellen 66 und den Reibflächen 69 an Lamelle 65,
Gehäusedeckel 7 und
Kolben 54 dramatisch erhöhen, und damit eine Wirkverbindung
zwischen den Elementen der Überbrückungskupplung 56 besteht,
bei welcher die Übertragung
selbst hoher vom Antrieb 2 gelieferter Drehmomente über die Überbrückungskupplung 56 vorgenommen
werden kann. Auch in der Einrückposition
besteht zumindest im wesentlichen keine Druck- oder Fluidverbindung
zwischen dem hydrodynamischen Kreis 24 und dem Druckraum 55.
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Zum
Ausrücken
des Kolbens 54, also für dessen
Rückführung in
die Ausgangsstellung, wird im Druckraum 55 ein höherer Druck
aufgebaut als im hydrodynamischen Kreis 24, wodurch der
Kolben 54 an seiner dem Gehäusedeckel 7 zugewandten
Seite mit einem Überdruck
belastet ist. Hierbei wird durch die Anordnung der Dichtung 168 radial
innerhalb der Verbindungsstellen Reibbeläge 68/Reibflächen 69 dafür gesorgt,
dass der im Druckraum 55 herrschende Druck nicht auch in
dem den Axialkraftspeicher 158 aufnehmenden Federraum 159 wirksam
werden kann. Dies ist wichtig, da beim Ausrücken zugunsten eines raschen
Abbaus der Flächenpressungen
zwischen den Reibbelägen 68 und
den jeweils zugeordneten Reibflächen 69 der Kolben 54 zwar
durch den im Druckraum 55 wirksamen Überdruck gegenüber dem
hydrodynamischen Kreis 24 belastet sein soll, die Reibbeläge 68 sowie
die Reibbereiche 69 aber lediglich mit der durch den Axialkraftspeicher
erzeugten Axialkraft in Wirkverbindung mit dem Kolben 54 gehalten
werden sollen, nicht aber mit der erheblich größeren Anpreßkraft, die aus dem Überdruck
im Druckraum 55 resultiert. Es sollen dadurch unnötige Energieverluste
sowie eine problematische reibungsbedingte Aufheizung der Reibbeläge 68 sowie
der Reibbereiche 69 beim Ausrücken vermieden werden.
-
Das
Kolbenhub-Ausgleichselement 154 ist demnach in Verbindung
mit den Lamellen 65, 66 und der Reibfläche 69 am
Kolben 54 jeweils in beiden Stellungen des Kolbens 54,
also in Einrückposition und
in Ausrückposition,
als Druckbereichstrennung 180 zwischen dem hydrodynamischen
Kreis 24 und dem Druckraum 55 wirksam.
-
Das
Ein- oder Ausrücken
des Kolbens 54 der Überbrückungskupplung 56 wird
wie folgt vorgenommen:
Die bereits erwähnten Durchflußkanäle 41, 42 radial zwischen
der Pumpenradnabe 11 und der Stützwelle 30 einerseits
und zwischen der letztgenannten und der Getriebeeingangswelle 36 andererseits
dient über
die ersten Druckmittelleitungen 60 zur Versorgung des hydrodynamischen
Kreises 24 über
die Durchlässe 38, 39 der
Druckscheiben 112, 114 mit Kupplungsfluid, während die
Mittenbohrung 37 in der Getriebeeingangswelle 36 über den Übergangraum 40 und
die zweiten Druckmittelleitungen 62 zur Versorgung des
Druckraumes 55 mit Kupplungsfluid dient. Zur Gewährleistung
der jeweils korrekten Versorgung ist ein in 1 eingezeichneter
Druckkreis 97 notwendig, der über eine Druckquelle 93 verfügt, deren
Antrieb in üblicher
Weise durch einen Antriebsnocken 94 an der Pumpenradnabe 11 erfolgt, während deren
Saugseite S mit einem Fluidmittelvorrat 95 und deren Druckseite
D entweder mit den Durchflußkanälen 41, 42 verbunden
werden kann, oder aber mit der Mittenbohrung 37. Die jeweilige Versorgung
der Durchflußkanäle 41, 42 oder
der Mittenbohrung 37 mit Kupplungsfluid erfolgt entsprechend
den Vorgaben einer Steuer-und/oder Regelvorrichtung 100,
die nachfolgend kurz als Steuervorrichtung 100 bezeichnet
ist, und sowohl mit einer im Druckkreis 97 enthaltenen
Umschaltvorrichtung 96 in Form eines Umschaltventils 98 als
auch mit der Druckquelle 93 in Wirkverbindung steht. Mit
Vorzug ist hierbei das Umschaltventil 98 als 4/2-Wegeventil ausgebildet,
mit Betätigung
durch Elektromagnete 102, 104, die entsprechend
der Ansteuerung durch die Steuervorrichtung 100 für eine zugeordnete
Auslenkung der Umschaltvorrichtung 96 sorgen.
-
Zum
Auslenken des Kolbens 54 aus seiner in 1 gezeigten
Ausrückposition
und somit zum Einrücken
des Kolbens 54 ist die Umschaltvorrichtung 96 durch
mittels der Steuervorrichtung 100 vorgenommener Ansteuerung
des Elektromagneten 102 derart beaufschlagt, dass dieser
das Umschaltventil 88 aus der in 1 eingezeichneten
Position in eine zweite Position verschoben hat, in welcher die
Druckseite D der Druckquelle 93 mit den Durchflußkanälen 41, 42 verbunden
ist. Dort nimmt folglich der Druck zu, während er gleichzeitig in der
Mittenbohrung 37 der Getriebeeingangswelle 36,
die nun über
das Umschaltventil 98 mit dem Fluidmittelvorrat 95 verbunden
ist, absinkt.
-
Das über die
Durchflußkanäle 41, 42 eingeströmte Kupplungsfluid
gelangt über
die erste Druckmittelleitung 60 in den hydrodynamischen
Kreis 24, in welchem es, unterstützt durch die Rotation des
Kupplungsgehäuses 5 um
die Drehachse 3, nach radial außen gedrängt wird, wo ihm aufgrund der
Druckbereichstrennung 180 ein Übertritt in den Druckraum 55 zumindest
im wesentlichen verwehrt ist. Das Kupplungsfluid beaufschlagt den
Kolben 54 in Richtung zum Druckraum 55, dessen
Entleerung gleichzeitig über
die zweite Druckmittelleitung 62 erfolgt. Aufgrund des
sich dadurch rasch aufbauenden Überdruckes
im hydrodynamischen Kreis 24 gegenüber dem Druckraum 55 wird
der Kolben 54 an seiner abtriebsseitigen Kolbenwand 140 belastet,
wodurch die gewünschte
Verlagerungsbewegung des Kolbens 54 in Richtung zum Gehäusedeckel 7 sehr
kurzfristig ausgelöst
wird. Hierbei genügt
bereits ein geringer Überdruck
im hydrodynamischen Kreis 24, um diese Bewegung des Kolbens 54 auszulösen. Bedingt
durch diesen geringen Überdruck
schiebt der Kolben 54 mit relativ geringer Geschwindikgkeikt
die Lamellen 65, 66 gegen die Reibfläche 69 am
Gehäusedeckel 7,
so dass die Herstellung der Drehmomentverbindung zwischen Antrieb 2 und
Abtrieb 43 ohne einen Momentenstoß erfolgen kann.
-
Diese
Bedingungen beim Einrücken
des Kolbens 54 liegen grundsätzlich auch bei Schubbetrieb vor.
Allerdings ist dann aufgrund der höheren Abtriebsdrehzahl am Turbinenrad 19 der
Druck im hydrodynamischen Kreis 24 höher als bei Zugbetrieb, der
Druck im Druckraum 55 dagegen zumindest in Relation zum
hydrodynamischen Kreis 24 geringer. Schubbetrieb unterstützt demnach
bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
der hydrodynamischen Kopplungsvorrichtung 1 das Einrücken des Kolbens 54.
-
Um
den Kolben 54 wieder in seine Ausrückposition zurückzuführen, wird
die Umschaltvorrichtung 96 durch mittels der Steuervorrichtung 100 vorgenommener
Ansteuerung des Elektromagneten 104 derart beaufschlagt,
dass dieser das Umschaltventil 88 in die in 1 eingezeichnete
Position bewegt, in welcher die Druckseite D der Druckquelle 93 mit
der Mittenbohrung 37 der Getriebeeingangswelle 36 verbunden
ist. Dort nimmt folglich der Druck zu, während er gleichzeitig in den
Durchflußkanälen 41, 42,
die nun über
das Umschaltventil 98 mit dem Fluidmittelvorrat 95 verbunden
sind, absinkt.
-
Aufgrund
dieser Druck- und Anschlußsituation
wird Kupplungsfluid vom Fluidmittelvorrat 95 über die
Mittenbohrung 37 der Getriebeeingangswelle 36 und
die zweite Druckmittelleitung 62 in den Druckraum 55 geleitet.
Unterstützt
durch die Rotation des Kupplungsgehäuses 5 um die Drehachse 3 drängt das
Kupplungsfluid zwar nach radial außen, jedoch ist ihm aufgrund
der Druckbereichstrennung 180 ein Übertritt in den hydrodynamischen
Kreis 24 zumindest im wesentlichen verwehrt. Der nun höhere Druck
im Druckraum 55 drückt
den Kolben 54 gegen die Wirkung des hydrodynamischen Kreises 24 auf
-
- 1
- hydrodyn.
Kopplungsvorrichtung
- 2
- Antrieb
- 3
- Drehachse
- 4
- Ausnehmung
- 5
- Kupplungsgehäuse
- 6
- Kurbelwelle
- 7
- Gehäusedeckel
- 8
- Flexplatte
- 9
- Pumpenradschale
- 10
- Befestigungselemente
- 11
- Pumpenradnabe
- 12
- Zapfennabe
- 13
- Lagerzapfen
- 14
- Befestigungselemente
- 15
- Befestigungsaufnahme
- 16
- Pumpenradschaufeln
- 17
- Pumpenrad
- 19
- Turbinenrad
- 21
- Turbinenradschale
- 22
- Turbinenradschaufeln
- 23
- Leitrad
- 24
- hydrodynamischer
Kreis
- 25
- Innentorus
- 26
- Leitradnabe
- 27
- Freilauf
- 28
- Leitradschaufeln
- 29
- antriebsseitige
Axiallagerung
- 30
- Stützwelle
- 31
- Turbinenradfuss
- 32
- Verzahnung
- 33
- Turbinenradnabe
- 34
- Verzahnung
- 35
- abtriebsseitige
Axiallagerung
- 36
- Getriebeeingangswelle
- 37
- Mittenbohrung
- 38
- Durchlaß
- 39
- Durchlaß
- 40
- Übergangsraum
- 41
- Durchflußkanal
- 42
- Durchflußkanal
- 43
- Abtrieb
- 44
- Lagerung
- 49
- Durchgangsniete
- 50
- Dichtung
- 52
- Kolbenfuß
- 54
- Kolben
- 55
- Druckraum
- 56
- Überbrückungskupplung
- 58
- Axialfederung
- 60
- erste
Druckmittelleitung
- 61
- Kupplungsraum
- 62
- zweite
Druckmittelleitung
- 63
- Kolbendichtung
- 65
- Lamelle
- 66
- Lamelle
- 68
- Reibbelag
- 69
- Reibbereich
- 76
- Drehsicherung
- 77
- radial
mittlerer Bereich
- 79
- radial äußeres Ende
- 80
- Drosselstelle
- 86
- Innenlamellenträger
- 88
- Verzahnung
- 90
- Verzahnung
- 92
- Außenlamellenträger
- 93
- Druckquelle
- 94
- Antriebsnocke
- 95
- Fluidmittelvorrat
- 96
- Umschaltvorrichtung
- 97
- Druckkreis
- 98
- Umschaltventil
- 100
- Steuervorrichtung
- 102
- Elektromagnet
- 104
- Elektromagnet
- 106
- Außenkörper
- 108
- Wälzelemententeil
- 110
- Innenkörper
- 112
- antriebsseitige
Druckscheibe
- 114
- abtriebsseitige
Druckscheibe
- 130
- erster
Strömungsweg
- 132
- zweiter
Strömungsweg
- 136
- Kanal
- 139
- Seite
des Kolbens
- 140
- Seite
des Kolbens
- 142
- erste
Wandung des Druckraums
- 144
- zweite
Wandung des Druckraums
- 146
- dritte
Wandung des Druckraums
- 148
- Umformung
- 150
- Vertiefung
- 152
- Axialschenkel
- 154
- Kolbenhub-Ausgleichselement
- 156
- Radialschenkel
- 156
- Axialspeicher
- 159
- Federraum
- 160
- Verzahnung
- 162
- Drehverbindung
- 164
- Verzahnung
- 166
- Momentenüberträger
- 168
- Dichtung
- 170
- radiale
Außenseite
- 172
- Deckelumformung
- 174
- Axialspalt
- 180
- Druckbereichstrennung