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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Drehmomentwandler,
umfassend eine mit Fluid gefüllte
oder füllbare
Gehäuseanordnung,
welche mit einem Antriebsorgan zur gemeinsamen Drehung um eine Drehachse
zu koppeln ist, ein Pumpenrad und in der Gehäuseanordnung ein Turbinenrad,
das mit einem Abtriebsorgan zur gemeinsamen Drehung um die Drehachse
zu koppeln ist, wobei über
eine erste Fluidkanalanordnung Fluid in einen das Turbinenrad enthaltenden
Raumbereich des Innenraums der Gehäuseanordnung einleitbar ist und über eine
zweite Fluidkanalanordnung Fluid aus diesem Raumbereich abziehbar
ist.
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Bei
derartigen hydrodynamischen Drehmomentwandlern wird im Betriebszustand
ein Drehmoment zwischen dem Pumpenrad und dem Turbinenrad durch
eine durch diese hindurchlaufende Fluidzirkulation erzeugt, wobei
eine Momentenabstützung über ein
radial innen zwischen dem Turbinenrad und dem Pumpenrad angeordnetes
und nur in einer Drehrichtung drehbares Leitrad erfolgt. Ist eine
Drehmomentwandlung nicht erforderlich, kann eine direkte mechanische
Kopplung zwischen der Gehäuseanordnung
und einem Abtriebsorgan auch über
eine Überbrückungskupplung
erfolgen. Im Betriebszustand ist die Gehäuseanordnung im Wesentlichen vollständig mit
Fluid gefüllt,
das über
die erste Fluidkanalanordnung zugeführt wird. Im Stillstandzustand, also
beispielsweise bei abgeschaltetem Antriebsaggregat und damit im
Allgemeinen nicht rotierender Gehäuseanordnung und auch nicht
laufender Fluidpumpe, welche das Fluid über die erste Fluidkanalanordnung
in die Gehäuseanordnung
einspeist, besteht die Gefahr, dass schwerkraftbedingt das Gehäuse sich
zumindest teilweise entleeren wird. Bei der nachfolgenden Inbetriebnahme
muss dann zunächst
dafür gesorgt
werden, dass das Gehäuse
wieder ausreichend mit Fluid gefüllt
wird, um die Wandlerfunktion erfüllen
zu können.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen hydrodynamischen
Drehmomentwandler so zu gestalten, dass er bei Inbetriebnahme schneller in
einem betriebsfähigen
Zustand ist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe gelöst durch
einen hydrodynamischen Drehmomentwandler, umfassend eine mit Fluid
gefüllte
oder füllbare Gehäuseanordnung,
welche mit einem Antriebsorgan zur gemeinsamen Drehung um eine Drehachse zu
koppeln ist, ein Pumpenrad und in der Gehäuseanordnung ein Turbinenrad,
das mit einem Abtriebsorgan zur gemeinsamen Drehung um die Drehachse
zu koppeln ist, wobei über
eine erste Fluidkanalanordnung Fluid in einen das Turbinenrad enthaltenden Raumbereich
des Innenraums der Gehäuseanordnung
einleitbar ist und über
eine zweite Fluidkanalanordnung Fluid aus diesem Raumbereich abziehbar ist,
wobei in der ersten Fluidkanalanordnung eine erste Ventilanordnung
vorgesehen ist, welche im Stillstandzustand ein Abfließen von
Fluid aus dem Raumbereich über
die erste Fluidkanalanordnung unterbindet, oder/und in der zweiten
Fluidkanalanordnung eine zweite Ventilanordnung vorgesehen ist, welche
im Stillstandzustand ein Abfließen
von Fluid aus dem Raumbereich über
die zweite Fluidkanalanordnung unterbindet.
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Durch
das Vorsehen einer jeweiligen Ventilanordnung in zumindest einer
der Fluidkanalanordnungen kann der schwerkraftunterstützten Entleerung
des Innenraums der Gehäuseanordnung
entgegengewirkt werden. Dies hat zur Folge, dass bei Inbetriebnahme
eines Fahrzeugs der hydrodynamische Drehmomentwandler sofort bzw.
deutlich schneller in einem Zustand ist, in welchem er durch das
zwischen dem Pumpenrad und dem Turbinenrad zirkulierende Fluid ein
Drehmoment übertragen kann.
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Dabei
kann der Aufbau derart sein, dass die erste Ventilanordnung oder/und
die zweite Ventilanordnung wenigstens ein Ventilelement umfasst,
das in eine Schließstellung
vorgespannt ist und durch die im Betriebszustand erzwungene Fluidströmung von der
ersten Fluidkanalanordnung in den Raum bereich und von dem Raumbereich
in die zweite Fluidkanalanordnung in eine Offenstellung bringbar
ist. Somit kann ohne der Notwendigkeit, irgendwelche Aktuatoren
einzusetzen, allein durch den durch die Fluidströmung aufgebauten Fluiddruck
dafür gesorgt
werden, dass die Ventilanordnungen in eine Offenstellung gebracht
werden. Bei Beendigung der Fluidströmung gehen die Ventilanordnung
selbsttätig
in die Schließstellung über und
unterbinden somit das Leerlaufen des hydrodynamischen Drehmomentwandlers.
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Die
erste Ventilanordnung oder/und die zweite Ventilanordnung kann eine
Rückschlagventilanordnung
umfassen.
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Um
in einfacher Weise die Fluidzufuhr bzw. Fluidabfuhr zu ermöglichen,
wird vorgeschlagen, dass die erste Fluidkanalanordnung wenigstens
zum Teil gebildet ist zwischen einer Außenumfangsfläche einer
Abtriebswelle und einer Innenumfangsfläche einer Stützhohlwelle
für ein
Leitrad, und dass die zweite Fluidkanalanordnung wenigstens zum
Teil gebildet ist zwischen einer Außenumfangsfläche der
Stützhohlwelle
und einer Innenumfangsfläche
einer mit der Gehäuseanordnung
fest verbundenen Pumpennabe.
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Da
im Betriebszustand, also bei rotierenden Baugruppen, im Allgemeinen
eine Differenzdrehzahl zwischen den beiden eine jeweilige Fluidkanalanordnung
begrenzenden Umfangsflächen
vorhanden sein wird, wird weiter vorgeschlagen, dass die erste Ventilanordnung
oder/und die zweite Ventilanordnung bezüglich jeweils einer Fläche von
Außenumfangsfläche und
Innenumfangsfläche
festgelegt ist und die jeweils andere Fläche von Außenumfangsfläche und Innenumfangsfläche im Betriebszustand
nicht berührt.
Es kann auf diese Art und Weise ein übermäßiger Verschleiß im Bereich
der Ventilanordnungen vermieden werden.
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Der
hydrodynamische Drehmomentwandler kann weiter derart aufgebaut sein,
dass der Innenraum der Gehäuseanordnung
durch ein Kolbenelement einer Überbrückungskupplung
in einen das Turbinenrad enthaltenden ersten Raumbereich, in welchen
die erste Fluidkanalanordnung einmündet und von welchem die zweite
Fluidkanalanordnung ausgeht, und einen zweiten Raumbereich unterteilt
ist, in welchem der Fluiddruck zum Einrücken/Ausrücken der Überbrückungskupplung im Vergleich
zum Fluiddruck im ersten Raumbereich variierbar ist.
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Dabei
kann zur Realisierung eines so genannten Dreileitungswandlers weiter
vorgesehen sein, dass über
eine dritte Fluidkanalanordnung dem zweiten Raumbereich Fluid zuführbar und
Fluid aus dem zweiten Raumbereich abziehbar ist, wobei vorzugsweise
die dritte Fluidkanalanordnung eine Durchgangsöffnung in der Antriebswelle
umfasst.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden
Figuren beschrieben. Es zeigt:
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1 eine
Prinzip-Teillängsschnittansicht
eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers in einem Betriebszustand;
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2 den
hydrodynamischen Drehmomentwandler der 1 in einem
Stillstandzustand.
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In 1 ist
ein in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs beispielsweise zwischen
einer Brennkraftmaschine und einer Getriebeeingangswelle vorzusehender
hydrodynamischer Drehmomentwandler allgemein mit 10 bezeichnet.
Der Drehmomentwandler 10 umfasst eine Gehäuseanordnung 12,
die über eine
daran vorgesehene Kopplungsanordnung 14 mit einer Antriebswelle,
also beispielsweise einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine,
zur gemeinsamen Drehung um eine Drehachse A zu koppeln ist. Am Wandlergehäuse 12 ist
ein Pumpenrad 16 gebildet, das eine Mehrzahl von an einer
Innenseite des Wandlergehäuses 12 vorgesehenen
und in Umfangsrichtung aufeinander folgenden Pumpenradschaufeln 18 umfasst.
In einem Innenraum 20 des Wandlergehäuses 12 ist ein Turbinenrad 22 vorgesehen.
Dieses umfasst eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung um die Drehachse
A aufeinander folgenden Turbinenradschaufeln 24. Radial
innen ist das Turbinenrad 22 über eine Turbinennabe 26 mit
einer als Abtriebswelle wirksamen Getriebeeingangswelle 28 drehfest
gekoppelt.
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Radial
innen liegen zwischen den Pumpenradschaufeln 18 und den
Turbinenradschaufeln 24 Leitradschaufeln 30 eines
allgemein mit 32 bezeichneten Leitrads. Dieses ist über eine
Freilaufanordnung 34 auf einer feststehenden Stütz-Hohlwelle 36 in
einer Richtung um die Drehachse A drehbar getragen. Die Stütz-Hohlwelle 36 umgebend
ist eine mit dem Wandlergehäuse 12 fest
verbundene Pumpennabe 38 vorgesehen. Diese greift, ebenso
wie die Stütz-Hohlwelle 36 und
die Getriebeeingangswelle 28, in ein Getriebgehäuse 40 ein.
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Der
hydrodynamische Drehmomentwandler 10 umfasst ferner eine
allgemein mit 42 bezeichnete Überbrückungskupplung. Diese ist abtriebsseitig
beispielsweise über
eine Torsionsschwingungsdämpferanordnung 44 mit
der Turbinenradnabe 26 gekoppelt, so dass im Einrückzustand
der Überbrückungskupplung 42 eine
direkte mechanische Kupplung zwischen dem Wandlergehäuse 12 und
der Getriebeeingangswelle 28 realisiert ist. Eingerückt wird
die Überbrückungskupplung 22 durch
die Axialverlagerung eines Kolbenelements 46, welches den
Innenraum 20 des Wandlergehäuses 12 in einen ersten
Raumbereich 48 und einen zweiten Raumbereich 50 unterteilt.
Im ersten Raumbereich 48 sind im Wesentlichen auch das
Turbinenrad 22 und das Leitrad 34 angeordnet.
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Um
im Betriebszustand, also bei Drehmomentübertragung zwischen dem Wandlergehäuse 12 und
der Getriebeeingangswelle 28, die erforderliche Fluidzirkulation
zwischen dem Pumpenrad 16 und dem Turbinenrad 22 aufzubauen,
wird in den Innenraum 20 des Wandlergehäuses 12 Fluid eingespeist bzw.
von dort auch wieder abgezogen. Die Einspeisung erfolgt über eine
erste Fluidkanalanordnung 52. Diese ist zumindest abschnittsweise
gebildet zwischen einer Innenumfangsfläche 54 der Stütz-Hohlwelle 36 und
einer Außenumfangsfläche 56 der
Getriebeeingangswelle 28 bzw. der Abtriebswelle. Die Fluideinleitung
in den ersten Raumbereich 48 erfolgt also in der Darstellung
der 1 an der linken Seite des Leitrads 34.
Die Fluidabfuhr aus dem ersten Raumbereich 48 erfolgt durch
eine zweite Fluidkanalanordnung 58. Diese ist zumindest
teilweise gebildet zwischen einer Innenumfangsfläche 60 der Pumpennabe 38 und
einer Außenumfangsfläche 62 der Stütz-Hohlwelle 36.
Durch eine nicht dargestellte und innerhalb des Getriebegehäuses 40 angeordnete Fluidpumpe
wird im Betriebszustand Fluid also durch die erste Fluidkanalanordnung 52 in
den ersten Raumbereich 48 eingespeist und aus dem ersten Raumbereich 48 an
der rechten Seite des Leitrads 34 wieder abgezogen.
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Es
sei noch erwähnt,
dass die Betätigung des
Kolbens 46 durch Erhöhung
des Fluiddrucks bzw. Absenkung des Fluiddrucks im zweiten Raumbereich 50 bezüglich des
im ersten Raumbereich 48 vorherrschenden Fluiddrucks erfolgt.
Dazu ist in der Abtriebswelle bzw. Getriebeeingangswelle 28 eine zentrale Öffnung vorgesehen,
welche eine Fluidverbindung zum zweiten Raumbereich 50 herstellt.
Da ansonsten keine Verbindung zwischen dem zweiten Raumbereich 50 und
dem ersten Raumbereich 48 besteht, ist dieser Wandel vom
so genannten Dreileitungstyp.
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Um
auch in längeren
Stillstandsphasen dafür zu
sorgen, dass vor allem im ersten Raumbereich 48 Fluid enthalten
bleibt und dieses sich nicht vor allem schwerkraftbedingt über die
beiden Fluidkanalanordnungen 52, 58 aus dem Innenraum 20 des
Wandlergehäuses 12 herausbewegen
wird, ist in den beiden Fluidkanalanordnungen 52, 58 jeweils
eine Ventilanordnung 64 bzw. 66 vorgesehen. Die
beiden Ventilanordnungen 64, 66 können beispielsweise
als Rückschlagventile
ausgebildet sein, die durch die vorangehend beschriebene und durch
die Pfeile in 1 angedeutete Fluidströmung durch
die beiden Fluidkanalanordnungen 52, 58 in ihre
Offenstellung bringbar sind, grundsätzlich jedoch in eine jeweilige Schließstellung
vorgespannt sind. Bei dem in 2 dargestellten
Stillstandzustand verschließen
also die beiden Ventilanordnungen 64, 66 den Strömungsweg durch
die erste Fluidkanalanordnung 52 bzw. die zweite Fluidkananalanordnung 58.
Das Fluid wird also am Abströmen
aus dem zweiten Raumbereich 48 in der durch die Pfeile
in 2 angedeuteten Strömungsrichtung gehindert. Dabei
unterstützt
vor allem der im Bereich der ersten Fluidkanalanordnung 22 schwerkraftbedingt
aufgebaute Fluiddruck den Übergang
der ersten Ventilanordnung 64 in ihre Schließstellung.
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Man
erkennt in 1, dass die beiden Ventilanordnungen 64, 66 so
aufgebaut sind, dass sie im Betriebszustand, also bei aufgebauter
Fluidströmung durch
die beiden Fluidkanalanordnungen 52, 58, jeweils
nur in Kontakt mit einem derjenigen Bauteile sind, zwischen welchen
die jeweilige Fluidkanalanordnung 52 bzw. 58 begrenzt
ist. Im Falle der ersten Ventilanordnung 64 ist diese also
beispielsweise an der Innenumfangsfläche 54 der Stütz-Hohlwelle 36 festgelegt,
während
sie im Betriebszustand nicht in Kontakt mit der Außenumfangsfläche 56 der
Getriebeeingangswelle 28 ist. Im Falle der Ventilanordnung 66 ist
diese an der Innenumfangsfläche 60 der
Pumpennabe 38 festgelegt und ist im Betriebszustand nicht
in Kontakt mit der Außenumfangsfläche 62 der Stütz-Hohlwelle 36.
Diese jeweiligen anderen Umfangsflächen 56 bzw. 62 werden
durch die Ventilanordnungen 64, 66 nur im Schließzustand
der 2 berührt.
Auf diese Art und Weise wird sichergestellt, dass im Betriebszustand
eine durch die Ventilanordnungen 64, 66 nicht
beeinträchtigte
Rotation sowohl der Pumpennabe 60, als auch der Getriebeeingangswelle 28 bezüglich der
nicht rotierenden Stütz-Hohlwelle 36 möglich ist,
ohne zu einem Verschleiß der Ventilanordnungen 64, 66 zu
führen.
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Die
Ventilanordnungen 64, 66 können beispielsweise aus flexiblem
Material, wie z. B. Kunststoff oder Gummimaterial aufgebaut sein
und in ihrem radial äußeren Bereich
einen ringartigen Korpus umfassen, der an der jeweiligen Umfangsfläche festzulegen
ist. Von diesem Korpus können
nach radial innen, oder ggf. auch nach radial außen, flügelartige Ventilelemente abstehen,
die durch entsprechende Ausgestaltung grundsätzlich in eine näherungsweise exakt
radial gerichtete Schließstellung
vorgespannt sind und durch den bei der Fluidströmung aufgebauten Fluiddruck
auslenkbar sind, um in die in 1 erkennbare
Offenstellung zu gelangen.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass es selbstverständlich auch denkbar ist, andersartig
ausgestaltete Ventilanordnungen vorzusehen, die insbesondere auch
durch aktuatorische Betätigung
zwischen ihrer Schließstellung
und ihrer Offenstellung umschaltbar sind. Selbstverständlich ist
es auch möglich,
die Ventilanordnungen 64 bzw. 66 innerhalb der
Getriebeanordnung 40 zu positionieren.