DE102005012818A1

DE102005012818A1 - Hydrodynamische Kopplungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102005012818A1
Application number: DE102005012818A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Adelmann (Fh)
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2005-03-17
Publication date: 2006-09-21
Also published as: US20060207852A1

Abstract

Eine hydrodynamische Kopplungsvorrichtung weist zumindest ein mit einem Antrieb über ein Kupplungsgehäuse verbundenes Pumpenrad und ein mit einem Abtrieb verbundenes Turbinenrad zur Bildung eines hydrodynamischen Kreises auf sowie eine Überbrückungskupplung mit wenigstens einem zwischen einer Ausrückposition und einer Einrückposition wechselbaren Kolben und zumindest einer zwischen diesem und einer benachbarten Abstützung wirksamen Reibfläche zur Verbindung des Antriebs mit dem Antrieb, wobei die Überbrückungskupplung in Ausrückposition des Kolbens die Nutzung des hydrodynamischen Kreises zur Übertragung des zumindest überwiegenden Anteils von Drehmoment zwischen Antrieb und Abtrieb erlaubt, während sie in Einrückposition des Kolbens eine Umgehung des hydrodynamischen Kreises bei der Übertragung des Drehmomentes bewirkt. Es ist ein Druckkreis in Form eines Zwei-Leitungs-Systems mit einer ersten Druckmittelleitung zur Versorgung des hydrodynamischen Kreises mit Kupplungsfluid und mit einer zweiten Druckmittelleitung zur Versorgung eines dem Kolben zugeordneten Druckraumes mit Kupplungsfluid vorgesehen. Dem hydrodynamischen Kreis und/oder dem Druckraum ist jeweils axial zwischen dem Kolben und einem demselben zumindest mittelbar benachbarten Bauteil eine Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung zugeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Kopplungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

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.

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 der Reibfläche 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.

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.

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 Kopplungsvorrichtung 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 Druckwerte eines monoton ansteigenden Druckanstiegsverlaufes vorliegen, die im radialen Erstreckungsbereich der üblicherweise radial weit außen angeordneten Überbrückungskupplung näherungsweise ein Maximum erreichen. Der Anstieg dieses Druckanstiegsverlaufes ist bei Schubbetrieb 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.

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 nachteilig für das Komfortempfinden der Passagiere des Fahrzeugs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrodynamische Kopplungsvorrichtung mit einer Überbrückungskupplung derart auszubilden, dass die letztgenannte auch bei Schubbetrieb im wesentlichen ohne das Auftreten eines Momentenschlages geschlossen werden kann.

Diese Aufgabe wird durch eine hydrodynamische Kopplungseinrichtung gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Durch Anordnung einer Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung innerhalb des hydrodynamischen Kreises wird für eine Verzögerung der dort vorherrschende Strömungsgeschwindigkeit gesorgt, während durch Anordnung der Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung im Druckraum eine Beschleunigung der dort vorherrschenden Strömungsgeschwindigkeit bewirkt wird. Dadurch erfolgt eine Anpassung der Strömungsgeschwindigkeiten im hydrodynamischen Kreis und im Druckraum aneinander, was Einfluß auf die jeweiligen Druckbedingungen nimmt, was sich wie folgt erklärt:
Es werden sich jeweils zwischen der Drehachse 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 stärkeren Anstiegsverlauf verfügt als derjenige im Druckraum auf der Gegenseite des Kolbens. Aufgrund der Verzögerung der Strömungsgeschwindigkeit im hydrodynamischem Kreis und/oder der Beschleunigung der Strömungsgeschwindigkeit im Druckraum, jeweils bedingt durch die Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung, wird allerdings wirksam Einfluß genommen auf die im hydrodynamischen Kreis und/oder im Druckraum anliegenden Druckanstiegsverläufe, indem diese einen Angleich aneinander erfahren. Dadurch wirkt sich ein im radialen Erstreckungsbereich der Überbrückungskupplung ergebender Druckausgleich bei geöffneter Überbrückungskupplung kaum wahrnehmbar im Hinblick auf einen radial innerhalb der Überbrückungskupplung wegen des im Druckraum gegenüber dem hydrodynamischen Kreis geringeren Druckanstiegsverlaufs entstehenden Überdruckes aus, der einem Einrücken des Kolbens und damit einem Schließen der Überbrückungskupplung entgegen wirken würde. Die Ausbildung dieses Überdruckes im Druckraum wird demnach durch die Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung weitgehend vermieden

Bedingt durch die Anpassung der beiden Druckanstiegsverläufe in hydrodynamischem Kreis und Druckraum durch die Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung wird der Kolben bei Einleitung eines Einrückvorganges, insbesondere bei Schubbetrieb, also bei höheren Drehzahlen am Abtrieb, wie beispielsweise am Turninenrad, gegenüber geringeren Drehzahlen am Antrieb, wie beispielsweise am Kupplungsgehäuse, insbesondere hierbei am antriebsseitigen Gehäusedeckel, von der Seite des hydrodynamischen Kreises aus mit einem geringen Überdruck in Richtung zum Druckraum zu beaufschlagen sein.

Unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung steht zum Einrücken des Kolbens und damit zum Schließen der Überbrückungskupplung an der dem hydrodynamischen Kreis zugewandten Seite des Kolbens stets der volle Druck an, so dass die Einrückbewegung des Kolbens mit maximaler Druckunterstützung aus dem hydrodynamischen Kreis und, in Einrückposition des Kolbens, die Übertragung beträchtlicher vom Antrieb gelieferter Drehmomente erfolgen kann. Der Absolutbetrag dieses Drucküberschusses im hydrodynamischen Kreises gegenüber dem Druckraum muss allerdings aufgrund der durch die Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung geschaffenen Druckanpassung zwischen hydrodynamischem Kreis und Druckraum lediglich eine begrenzte Größenordnung annehmen, so dass harte Momentenstöße beim Erreichen der Einrückposition vermeidbar sind. Insofern ist das Komfortempfinden für Passagiere eines Fahrzeuges, das mit einer derartigen Kopplungsvorrichtung versehen ist, hoch. Gleichzeitig sind aufgrund des verzögerungsarmen Einrückens des Kolbens leistungsmindernde und/oder wirkungsgradverschlechternde Betriebsphasen der hydrodynamischen Kopplungsvorrichtung auch bei Schubbetrieb weitgehend vermeidbar. Selbstverständlich wird bei einer zügigen 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.

Mit Vorzug ist die Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung ringförmig um eine Drehachse der hydrodynamischen Kopplungsvorrichtung ausgebildet, wobei die Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung funktionsbedingt im hydrodynamischen Kreis als Strömungsverzögerungsvorrichtung und im Druckraum als Strömungsbeschleunigungsvorrichtung ausgebildet ist. Entsprechend werden an einem Grundträger der Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung vorgesehene Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungselemente, wie Laschen, vorgesehen sein, die in den Strömungsweg des Kupplungsfluids ragen, wobei diese Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungselemente selbstverständlich bezüglich iher Umfangsausrichtung derart gegenüber dem Grundträger orientiert sind, dass sie, der Aufgabe der Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung nachkommend, die Strömungsgeschwindigkeit im hydrodynamischen Kreis reduzieren, indem sie entgegen der Strömungsrichtung des Kupplungsfluids ausgerichtet sind, während sie im Druckraum in Strömungsrichtung ausgerichtet sind, um die Strömungsgeschwindigkeit zu erhöhen.

Mit Vorzug sind die Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungselemente der Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung als laschenförmige Strömungsleitelemente ausgebildet, die gegenüber dem Grundträger der Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungselemente fertigungstechnisch zunächst vorzugsweise an drei Seiten freigestellt werden, um anschließend eine plastische Umformung zu erfahren, nach welcher sie aus der axialen Erstreckungsebene des Grundkörpers heraus in den Strömungsweg des Kupplungsfluids hineinverlagert sind. Der Grundkörper wiederum kann durch plastische Verformung eine steifigkeitserhöhende Profilierung erhalten, wobei den jeweiligen Anforderungen entsprechend diese Steifigkeitserhöhung zwar im wesentlichen in Achsrichtung wirksam ist, die Profilierung aber im wesentlichen in Radial- und/oder in Umfangsrichtung erfolgt.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand einer Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigt:
1 die obere Hälfte eines Längsschnittes durch einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit Überbrückungskupplung in Zwei-Leitungs-Ausführung und mit je einer Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung im hydrodynamischen Kreis sowie in einem Druckraum;
2 eine vergrößerte Herauszeichnung eines Winkelsegmentes der Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung in Blickrichtung einer Drehachse des hydrodynamischen Drehmomentwandlers;
3 eine Querschnittsdarstellung der Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung entsprechend der Schnittlinie III-III in 2;
4 wie 3, aber mit entgegengesetzter Wirkrichtung der Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung.
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.
Zurückkommend auf den Gehäusedeckel 7, weist dieser 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.
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.
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 abtriebsseitige Druckscheibe 114 und eine abtriebsseitige Axiallagerung 35 an der Pumpenradnabe 11.
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.
Die bereits erwähnten Durchflußkanäle 41, 42 führen über als erste Druckmittelleitung 60 dienende Durchlässe 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 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.
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.
Innerhalb des Druckraumes 55 ist, im wesentlichen im radial mittleren Erstreckungsbereich des Kolbens 54, ein radial innerer Lamellenträger 86 am Gehäusedeckel 7 befestigt ist, beispielsweise durch Verschweißung.
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, nämlich seiner Einrückposition und seiner Ausrückposition 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.
Axial zwischen dem Gehäusedeckel 7 und dem Kolben 54 ist, im radial äußeren Bereich des letztgenannten, eine mit dem raial inneren Lamellenträger 86 mittels einer Verzahnung 88 drehfeste radial innere Lamelle 65 angeordnet, an der zu beiden Seiten radial äußere Lamellen 66 vorgesehen sind, die über jeweils eine Verzahnung 90 drehfest an dem radial äußeren Lamellenträger 92 aufgenommen sind. Die radial äußeren Lamellen 66 verfügen jeweils über beidseitige Reibbeläge 68, wobei durch die beiden jeweils der radial inneren Lamelle 65 zugewandten Reibbeläge 68 in Verbindung mit je einer an der radial inneren Lamelle 65 vorgesehenen Reibzone je ein Reibbereich 69 bereitgestellt wird, während durch einen der beiden von der radial inneren Lamelle 65 abgewandten Reibbeläge 68 ein Reibbereich 69 mit einer Reibzone am Gehäusedeckel 7 und durch den anderen dieser beiden Reibbeläge 68 ein Reibbereich 69 mit einer Reibzone am Kolben 54 gebildet wird.
Die einzelnen Reibbereiche 69 werden aktiviert, sobald die Reibbeläge 68 mit der jeweils zugeordneten Reibzone in Wirkverbindung treten, was durch eine Bewegung des Kolbens 54 in seine Einrückposition und damit dem Schließen der Überbrückungskupplung 56 geschieht. Das Einrücken des Kolbens 54 ist beendet, wenn der Kolben 54 die größtmögliche Axialannäherung innerhalb seines axialen Bewegungsbereichs an den Gehäusedeckel 7 erfahren hat. Für den Einrückvorgang wird im hydrodynamischen Kreis 24 ein höherer Druck als im Druckraum 55 aufgebaut.
Umgekehrt werden die einzelnen Reibbereiche 69 deaktiviert, sobald die Wirkverbindung der Reibbeläge 68 mit der jeweils zugeordneten Reibzone aufgehoben wird, was durch Ausrücken des Kolbens 54 und damit der Überbrückungskupplung 56 erfolgt. Das Ausrücken des Kolbens 54 ist beendet, wenn der Kolben 54 die größtmögliche Axialentfernung innerhalb seines axialen Bewegungsbereichs weg vom Gehäusedeckel 7 erfahren hat. Für den Ausrückvorgang wird im Druckraum 55 ein höherer Druck als im hydrodynamischen Kreis 24 und damit im Kupplungsraum 61 erzeugt.
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 dienen 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 Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung, nachfolgend kurz als Steuervorrichtung 100 bezeichnet, die 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 Einrücken des Kolbens 54 in die in 1 gezeigte Position 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 und beaufschlagt dort den Kolben 54 in Richtung zum Druckraum 55, dessen Entleerung über die zweite Druckmittelleitung 62 erfolgt. Aufgrund des sich dadurch aufbauenden Überdruckes im hydrodynamischen Kreis 24 gegenüber dem Druckraum 55 wird der Kolben 54 an seiner abtriebsseitigen Kolbenwand 140 belastet, wodurch eine Verlagerungsbewegung des Kolbens 54 in Richtung zum Gehäusedeckel 7 ausgelöst wird.
Um den Kolben 54 auszurücken, 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 dort nach radial außen. Der Druckraum 55 wird wegen seiner kompakten Abmessungen rasch befüllt, so dass sich sehr zügig ein Überdruck gegenüber dem hydrodynamischen Kreis 24 aufbaut.
Um bei ausgerücktem Kolben 54 und Schubbetrieb jeweils eine Druckangleichung des Druckraumes 55 an den hydrodynamischen Kreis 24 zu bewirken, sind gemäß 1 zwei Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtungen 150 vorgesehen, die wie folgt beschrieben werden:
Die dem Kolben 54 benachbarte, radial äußere Lamelle 66 weist eine nach radial innen weisende Verzahnung 165 auf, die mit einer Verzahnung 167 der ersten Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung 150 in drehfester Verbindung steht, und dadurch diese Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung 150 letztendlich auch gegenüber der Drehachse 3 zentriert. Bei dieser Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung 150 dient der mit der Lamelle 66 in Drehverbindung stehende, radial äußere Lamellenträger 92 als Abtriebsbauteil 64. Im Gegensatz dazu ist die zweite Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung 150 über die als Antriebsbauteil (78) dienende Drehsicherung 76 an der Zapfennabe 12 und damit am Kupplungsgehäuse 5 befestigt.
Beide Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtungen 150 verfügen jeweils, wie die 2 bis 4 zeigen, über einen im wesentlichen ringförmigen Grundkörper 160, der mit Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungselementen 156 ausgebildet ist. Diese können entweder in Form von laschenförmigen Strömungsleitelementen 174 gebildet sein, die, ausgehend vom Grundkörper 160, entweder gemäß 3 oder 4 in den Strömungssweg S1 oder S2 des Kupplungsfluids ragen, um das Kupplungsfluid zu ersten Ausnehmungen 170 im Grundkörper zu führen, oder aber als zweite Ausnehmungen 172 (2) im Grundkörper 160 vorgesehen sein, in die das Kupplungsfluid eindringen kann. Ungeachtet ihrer jeweiligen Ausbildung nehmen die Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungselemente 156 Kupplungsfluid in ihren Ausnehmungen 172, 174 auf, führen zuätzlich aber auch Kupplungsfluid mit, das an den Außenseiten des Grundkörpers 160 anhaftet. Insgesamt passen die Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtungen 150 aufgrund der Wirkung der Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungselemente 156 die Strömungsgeschwindigkeit des Kupplungsfluids an ihre eigene Drehgeschwindigkeit um die Drehachse 3 an.
Wie 3 zeigt, kann die Drehrichtung D1 des Grundkörpers 160 gleichgerichtet sein mit dem Strömungsweg S1 des Kupplungsfluids, so dass die Strömungsgeschwindigkeit des letztgenannten erhöht wird. Dies wird der Fall sein, wenn die erste Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung 150 in 1 über die Lamelle 66 und den radial äußeren Lamellenträger 92 sowie die Turbinenradnabe 33 mit dem Abtrieb 43 in Wirkverbindung steht, und der Abtrieb 43 bei Schubbetrieb eine gegenüber dem Antrieb 2 höhere Drehzahl aufweist. Die Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung 150 ist dann als Strömungsbeschleunigungsvorrichtung 154 wirksam, und wird demnach bei Schubbetrieb der hydrodynamischen Kopplungsvorrichtung 1 die Strömungsgeschwindigkeit des Kupplungsfluids im Druckraum 55 erhöhen.
Wie 4 zeigt, kann die Drehrichtung D2 des Grundkörpers 160 aber auch entgegengesetzt gerichtet sein zu dem Strömungsweg S2 des Kupplungsfluids, so dass die Strömungsgeschwindigkeit des letztgenannten reduziert wird. Dies wird der Fall sein, wenn die zweite Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung 150 in 1 über die Drehsicherung 76, das Kupplungsgehäuse 5, die Befestigungsaufnahme 15 und die Flexplatte 8 mit dem Antrieb 2 in Wirkverbindung steht, und der Abtrieb 43 bei Schubbetrieb eine gegenüber dem Antrieb 2 höhere Drehzahl aufweist. Die zweite Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung 150 ist dann als Strömungsverzögerungsvorrichtung 152 wirksam, und wird demnach bei Schubbetrieb der hydrodynamischen Kopplungsvorrichtung 1 die Strömungsgeschwindigkeit des Kupplungsfluids im hydrodynamischen Kreis 24 reduzieren.
Beiden Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtungen 150 gemeinsam ist, dass die Strömungsleitelemente 174 fertigungsbedingt zunächst gegenüber dem restlichen Grundkörper 160 freigestellt werden, und zwar bevorzugt an 3 Seiten, nämlich an der radial äußeren Seite, an der radial inneren Seite und an einer Umfangsseite. Gleichzeitig- können die Ausnehmungen 172 im Grundkörper 160 hergestellt werden.
Die somit freigestellten Strömungsleitelemente 174 können nun mittels einer plastischen Verformung aus der axialen Erstreckungsebene des Grundkörpers 160 herausgedrückt werden. Bei dieser plastischen Verformung geben die Strömungsleitelemente 174 die zugeordneten Ausnehmungen 170 im Grundkörper 160 frei.
Der Grundkörper 160 kann durch plastische Verformung eine steifigkeitserhöhende Profilierung erhalten, wobei in 1 eine Profilierung 162 eingezeichnet ist, die sich in Radialrichtung erstreckt. Ebenso sind allerdings nicht gezeigte Profilierungen in Umfangsrichtung, wie Wellungen, denkbar.
Die beiden Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtungen 150 bewirken gerade bei dem zum Einrücken kritischen Schubbetrieb eine Angleichung der Strömungsgeschwindigkeiten des Kupplungsfluids im hydrodynamischen Kreis 24 und im Druckraum 55. Da zum einen die erste Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung 150 im Druckkreis 55 als Strömungsbeschleunigungsvorrichtung 154 wirksam ist, bewirkt sie eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im Druckraum 55, während durch die zweite Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung 150 im hydrodynamischen Kreis 24, als Strömungsverzögerungsvorrichtung 154 wirksam, eine Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit im hydrodynamischen Kreis 24 erzielt wird. Aufgrund der einander angepassten unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten beidseits des Kolbens 54 der Überbrückungskupplung 56 sind auch die Druckanstiegsverläufe in den entsprechenden Druckbereichen stärker aneinander angepasst, als dies ohne die Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtungen 150 der Fall wäre. Dadurch kann sich bei Schubbetrieb nur ein unwesentlicher Überdruck im Druckraum 55 aufbauen, für dessen Überwindung bei der anschließenden Versorgung des hydrodynamischen Kreises 24 zum Einrücken lediglich ein geringer Drucküberschuß genügt. Entsprechend weich und im wesentlichen ohne Momentenstoß kann daher der Kolben 54 eingerückt und somit die Überbrückungskupplung 56 geschlossen werden.
Bislang ist die hydrodynamische Kopplungsvorrichtung 1 mit zwei Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtungen 150 beschrieben worden. Selbstverständlich kann ebenso auf eine der beiden Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtungen 150 verzichtet werden, so dass entweder die Strömungsbeschleunigungsvorrichtung 154 im Druckraum 55 oder die Strömungsverzögerungsvorrichtung 152 im hydrodynamischen Kreis 24 vorhanden ist.

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
62: zweite Druckmittelleitung
63: Kolbendichtung
64: Abtriebsbauteil
65: Lamelle
66: Lamelle
68: Reibbelag
69: Reibbereich
76: Drehsicherung
78: Antriebsbauteil
86: radial innerer Lamellenträger
88: Verzahnung
90: Verzahnung
92: radial äußerer Lamellenträger
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
150: Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung
152: Strömungsverzögerungsvorrichtung
154: Strömungsbeschleunigungsvorrichtung
156: Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungselement
160: Grundträger
162: Axialprofilierung
165: Verzahnung
167: Verzahnung
170: Ausnehmung
172: Ausnehmung
174: Strömungsleitelemente

Claims

Hydrodynamische Kopplungsvorrichtung, aufweisend zumindest ein mit einem Antrieb über ein Kupplungsgehäuse verbundenes Pumpenrad und ein mit einem Abtrieb verbundenes Turbinenrad zur Bildung eines hydrodynamischen Kreises, eine Überbrückungskupplung mit wenigstens einem zwischen einer Ausrückposition und einer Einrückposition wechselbaren Kolben und zumindest einer zwischen diesem und einer benachbarten Abstützung wirksamen Reibfläche zur Verbindung des Antriebs mit dem Abtrieb, wobei die Überbrückungskupplung in Ausrückposition des Kolbens die Nutzung des hydrodynamischen Kreises zur Übertragung des zumindest überwiegenden Anteils von Drehmoment zwischen Antrieb und Abtrieb erlaubt, während sie in Einrückposition des Kolbens eine Umgehung des hydrodynamischen Kreises bei der Übertragung des Drehmomentes bewirkt, und einem Druckkreis in Form eines Zwei-Leitungs-Systems mit einer ersten Druckmittelleitung zur Versorgung des hydrodynamischen Kreises mit Kupplungsfluid und mit einer zweiten Druckmittelleitung zur Versorgung eines dem Kolben zugeordneten Druckraumes mit Kupplungsfluid, dadurch gekennzeichnet, dass dem hydrodynamischen Kreis (24) und/oder dem Druckraum (55) jeweils axial zwischen dem Kolben (54) und einem demselben zumindest mittelbar benachbarten Bauteil (7, 19) eine Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung (150) zugeordnet ist.
Hydrodynamische Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung (150) des hydrodynamischen Kreises (24) axial zwischen dem Kolben (54) und dem Turbinenrad (19) angeordnet ist.
Hydrodynamische Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung (150) des Druckraums (55) axial zwischen dem Kolben (54) und dem Gehäusedeckel (7) des Kupplungsgehäuses (5) angeordnet ist.
Hydrodynamische Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung (150) mit einem mit dem Antrieb (2) drehfesten Antriebsbauteil (78) in Wirkverbindung steht.
Hydrodynamische Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsbauteil (78) durch eine Drehsicherung (76) für den Kolben (54) der Überbrückungskupplung (56) gebildet wird, die an einer Zapfennabe (12) eines Lagerzapfens (13) des mit dem Antrieb (2) drehfesten Kupplungsgehäuses (5) befestigt ist.
Hydrodynamische Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsbauteil (78) zur drehgesicherten Aufnahme der Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung (150) dient.
Hydrodynamische Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung (150) mit einem mit dem Abtrieb (43) drehfesten Abtriebsbauteil (64) in Wirkverbindung steht.
Hydrodynamische Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsbauteil (64) durch einen mit dem Abtrieb (43) drehfesten Lamellenträger (92) für Lamellen (66) der Überbrückungskupplung (56) gebildet ist.
Hydrodynamische Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsbauteil (64) zur drehgesicherten Aufnahme der Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung (150) dient.
Hydrodynamische Kopplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 und 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung (150) im Wesentlichen als Strömungsverzögerungsvorrichtung (152) ausgebildet ist.
Hydrodynamische Kopplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 und 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung (150) im Wesentlichen als Strömungsbeschleunigungsvorrichtung (154) ausgebildet ist.
Hydrodynamische Kopplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsverzögerungsvorrichtung (152) oder die Strömungsbeschleunigungsvorrichtung (154) jeweils mit einem im wesentlichen ringförmigen Grundträger (160) ausgebildet ist.
Hydrodynamische Kopplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungsvorrichtung (150) über zumindest ein Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungselement (156) verfügt.
Hydrodynamische Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungselement (156) durch laschenförmige Strömungsleitelemente (174) gebildet wird, die nach fertigungsbedingter Freistellung gegenüber dem Grundträger (160) des Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungselementes (150) mittels plastischer Verformung aus der axialen Erstreckungskomponente des Grundträgers (160) heraus verlagerbar sind.
Hydrodynamische Kopplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch geknnzeichnet, dass der Grundträger (160) des zumindest einen Strömungsgeschwindigkeits-Beeinflussungselementes (156) durch Axialprofilierung (162) eine Steifigkeitserhöhung erfährt.