DE102007023481A1

DE102007023481A1 - Drehmomentwandler mit feststehendem Stator und Verfahren zur Steuerung der Drehung einer Turbine und einer Pumpe in einem Drehmomentwandler

Info

Publication number: DE102007023481A1
Application number: DE200710023481
Authority: DE
Inventors: Kevin Parks; George Wooster Bailey
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-06-12
Filing date: 2007-05-19
Publication date: 2008-01-03
Also published as: JP2007333212A; JP5272239B2

Abstract

Es werden ein Verfahren für das Überführen eines Drehmomentwandler vom Drehmomentwandlungsmodus in den Überbrückungsmodus und ein Drehmomentwandler beschrieben. Das Verfahren beinhaltet das drehfeste Befestigen von Statorschaufeln an einer nicht drehbaren Statorwelle; das teilweise Einkuppeln einer Drehmomentwandlerkupplung, um ein Drehmoment bei einem ersten Drehzahlverhältnis zwischen der Turbine und dem Gehäuse von einem Gehäuse zu einer Turbine zu übertragen; Auskuppeln einer Pumpenkupplung bei einem zweiten Drehzahlverhältnis zwischen der Turbine und dem Gehäuse, wobei die Pumpenkupplung so angeordnet ist, dass sie ein Drehmoment vom Gehäuse zur Pumpe überträgt; und komplettes Einkuppeln der Drehmomentwandlerkupplung bei einem dritten Drehzahlverhältnis zwischen dem Gehäuse und der Turbine. Das zweite Drehzahlverhältnis kann kleiner sein als ein Drehzahlverhältnis für einen Kupplungspunkt. Der Drehmomentwandler weist eine Drehmomentwandlerkupplung und eine Pumpenkupplung, einen nicht drehbaren Stator und einen Verbindungspunkit zwischen einer Turbine und einer Nabe auf, der zumindest teilweise in radialer Richtung auf einen inneren Ring des Stators ausgerichtet ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Verbesserungen an einer Vorrichtung zur Kraftübertragung zwischen einer rotatorischen Antriebseinheit (zum Beispiel dem Motor eines Motorfahrzeugs) und einer rotatorisch angetriebenen Einheit (zum Beispiel dem Automatikgetriebe in dem Motorfahrzeug). Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Drehmomentwandlers mit einem feststehenden Stator im Drehmomentumwandlungsmodus und im Überbrückungsmodus. Die Erfindung betrifft auch einen Drehmomentwandler mit einem feststehenden Stator und geringeren Platzanforderungen für den Stator in axialer Richtung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1 veranschaulicht ein Blockschaubild, das die Beziehungen zwischen dem Motor 7, dem Drehmomentwandler 10, dem Getriebe 8 und der Differenzial-/Achsbaugruppe 9 in einem typischen Fahrzeug zeigt. Bekanntlich dient ein Drehmomentwandler zur Übertragung eines Drehmoments von einem Motor zu einem Getriebe eines Motorfahrzeugs.
Die Pumpe 37, die Turbine 38 und der Stator 39 stellen die drei Hauptkomponenten des Drehmomentwandlers dar. Wenn die Pumpe an den Deckel 11 angeschweißt wird, wird der Drehmomentwandler zu einer abgeschlossenen Kammer. Der Deckel ist mit der Wandlermitnehmerscheibe 41 (flexplate) verbunden, die wiederum mit der Kurbelwelle 42 des Motors 7 verschraubt ist. Der Deckel kann unter Verwendung von Stegen oder Zapfen mit der Mitnehmerscheibe verbunden sein, die an den Deckel angeschweißt sind. Die Schweißverbindung zwischen der Pumpe und dem Deckel überträgt das Motordrehmoment zur Pumpe. Deshalb dreht sich die Pumpe immer mit der Motordrehzahl. Die Funktion der Pumpe besteht darin, unter Verwendung dieser Drehbewegung die Flüssigkeit in radialer Richtung nach außen und in axialer Richtung zur Turbine zu befördern. Deshalb dient als Pumpe eine Zentrifugalpumpe, welche die Flüssigkeit von einem kleinen radialen Einlass zu einem großen radialen Auslass befördert und so die Energie der Flüssigkeit erhöht. Der Druck zum Einkuppeln der Getriebekupplungen und der Drehmomentwandlerkupplung wird durch eine zusätzliche Pumpe im Getriebe erzeugt, die durch die Pumpennabe angetrieben wird.
Im Drehmomentwandler 10 wird durch die Pumpe (mitunter auch als Laufrad bezeichnet), die Turbine und den Stator (mitunter auch als Reaktor bezeichnet) ein Flüssigkeitskreislauf gebildet. Durch den Flüssigkeitskreislauf kann der Motor weiter drehen, wenn das Fahrzeug anhält, und das Fahrzeug wieder beschleunigen, wenn das durch einen Fahrer gewünscht wird. Ähnlich wie bei einer Getriebeuntersetzung unterstützt der Drehmomentwandler das Motordrehmoment durch ein Drehmomentverhältnis. Das Drehmomentverhältnis ist das Verhältnis von Abtriebsdrehmoment zu Antriebsdrehmoment. Das Drehmomentverhältnis ist am höchsten, wenn das Drehmoment der Turbine niedrig oder gleich null ist (auch als Abwürgen bezeichnet). Die Drehmomentverhältnisse beim Abwürgen liegen üblicherweise im Bereich von 1,8 bis 2,2. Das bedeutet, dass das Abtriebsdrehmoment des Drehmomentwandlers 1,8- bis 2,2-mal so groß ist wie das Antriebsdrehmoment. Die Abtriebsdrehzahl hingegen ist wesentlich niedriger als die Antriebsdrehzahl, da die Turbine mit der Abtriebsseite verbunden ist und sich nicht dreht, während die Antriebsseite mit der Motordrehzahl läuft.
Die Turbine 38 nutzt die mit der Flüssigkeit von der Pumpe 37 aufgenommene Energie zum Antreiben des Fahrzeugs. Das Turbinengehäuse 22 ist mit der Turbinennabe 19 verbunden. Die Turbinennabe 19 überträgt das Drehmoment der Turbine mittels einer Keilnutverbindung auf die Eingangswelle 43 des Getriebes. Die Eingangswelle ist über Zahnräder und Wellen im Getriebe 8 sowie ein Achsdifferenzial 9 mit den Rädern des Fahrzeugs verbunden. Die auf die Turbinenschaufeln einwirkende Kraft der Flüssigkeit wird von der Turbine in Form eines Drehmoments abgegeben. Axiale Drucklager 31 nehmen die durch die Flüssigkeit auf die Komponenten einwirkenden axialen Kräfte auf. Sobald das Abtriebsdrehmoment zur Überwindung der Trägheit des stehenden Fahrzeugs ausreicht, setzt sich das Fahrzeug in Bewegung.
Nachdem die Energie der Flüssigkeit durch die Turbine in ein Drehmoment umgesetzt wurde, enthält die Flüssigkeit noch restliche Energie. Die aus der kleinen radialen Auslassöffnung 44 austretende Flüssigkeit tritt normalerweise so in die Pumpe ein, dass sie der Drehung der Pumpe entgegenwirkt. Der Stator 39 dient zum Umlenken der Flüssigkeit, um zur Beschleunigung der Pumpe beizutragen und dadurch das Drehmomentverhältnis zu erhöhen. Der Stator 39 ist durch einen Freilauf 46 mit der Statorwelle 45 verbunden. Die Statorwelle ist mit dem Getriebegehäuse 47 verbunden und dreht sich nicht. Der Freilauf 46 verhindert, dass sich der Stator 39 bei niedrigen Drehzahlverhältnissen dreht (wenn sich die Pumpe schneller dreht als die Turbine). Die vom Turbinenauslass 44 in den Stator 39 eintretende Flüssigkeit wird durch die Statorschaufeln 48 umgelenkt, sodass sie in Drehrichtung in die Pumpe 37 eintritt.
Die Ein- und Austrittswinkel der Schaufeln, die Form des Pumpen- und des Turbinengehäuses sowie der Gesamtdurchmesser des Drehmomentwandlers beeinflussen dessen Leistungsparameter. Zu den Parametern für die Konstruktion gehören das Drehmomentverhältnis, der Wirkungsgrad und die Fähigkeit des Drehmomentwandlers, das Motordrehmoment aufzunehmen, ohne dass der Motor „durchdrehen" kann. Dazu kommt es, wenn der Drehmomentwandler zu klein ist und die Pumpe den Motor nicht abbremsen kann.
Bei niedrigen Drehzahlverhältnissen arbeitet der Drehmomentwandler zufriedenstellend, indem er den Motor laufen lässt, während das Fahrzeug steht, und das Motordrehmoment zur Leistungssteigerung unterstützt. Bei hohen Drehzahlverhältnissen ist der Drehmomentwandler weniger wirksam. Indem sich die Drehzahl der Turbine an die Drehzahl der Pumpe angleicht, geht das Drehmomentverhältnis des Drehmomentwandlers von einem hohen Wert von ungefähr 1,8 bis 2,2 auf ein Drehmomentverhältnis von ungefähr eins zurück. Das Drehmomentverhältnis von eins wird als Einkuppelpunkt bezeichnet. An diesem Punkt braucht die in den Stator eintretende Flüssigkeit nicht mehr umgelenkt zu werden, und der Freilauf im Stator lässt die Drehung in derselben Richtung wie die Pumpe und die Turbine zu. Da der Stator die Flüssigkeit nicht umlenkt, ist das vom Drehmomentwandler abgegebene Drehmoment gleich dem aufgenommenen Drehmoment. Der gesamte Flüssigkeitskreislauf dreht sich als eine Einheit.
Aufgrund von Verlusten in der Flüssigkeit liegt der maximale Wirkungsgrad des Drehmomentwandlers bei 92 bis 93%. Deshalb wird zur mechanischen Verbindung der Eingangsseite mit der Abtriebsseite des Drehmomentwandlers eine Drehmomentwandlerkupplung 49 eingesetzt, die den Wirkungsgrad auf nahezu 100% erhöht. Die Kupplungskolbenplatte 17 wird durch Befehle von der Getriebesteuerung hydraulisch betätigt. Die Kolbenplatte 17 ist an ihrem Innendurchmesser durch einen O-Ring 18 gegen die Turbinennabe 19 und an ihrem Außendurchmesser durch einen Ring 51 aus Reibungsmaterial gegen den Deckel 11 abgedichtet. Diese Dichtungen bilden eine Druckkammer und koppeln die Kolbenplatte 17 mit dem Deckel 11. Diese mechanische Verbindung umgeht den Flüssigkeitskreislauf des Drehmomentwandlers.
Die mechanische Verbindung der Drehmomentwandlerkupplung 49 überträgt wesentlich mehr Torsionsschwankungen an den Antriebsstrang. Da der Antriebsstrang im Grunde ein Federn-Massen-System darstellt, können Torsionsschwankungen vom Motor Resonanzschwingungen des Systems anregen. Um die Resonanzschwingungen des Antriebsstrangs aus dem Fahrbereich zu entfernen, wird ein Dämpfer verwendet. Der Dämpfer beinhaltet in Reihe angeordnete Federn 15, um die wirksame Federkonstante des Systems und so die Resonanzfrequenz zu verringern.
Die Drehmomentwandlerkupplung 49 umfasst im Allgemeinen vier Komponenten: eine Kolbenplatte 17, Seitenbleche 12 und 16, Federn 15 und einen Flansch 13. Die Seitenbleche 12 und 16 übertragen das Drehmoment von der Kolbenplatte 17 auf die Druckfedern 15. Am Seitenblech sind um die Federn 15 herum Nasen 52 gebildet, um die Federn in axialer Richtung zu haltern. Das Drehmoment wird über eine genietete Verbindung von der Kolbenplatte 17 auf die Seitenbleche 12 und 16 übertragen. Die Seitenbleche 12 und 16 lassen das Drehmoment durch den Kontakt mit einer Kante einer Aussparung für die Feder auf die Druckfedern 15 einwirken. Die beiden Seitenbleche unterstützen gemeinsam die Feder auf beiden Seiten ihrer Mittelachse. Die Federkraft wird durch den Kontakt mit einer Kante der Aussparung für die Flanschfeder auf den Flansch 13 übertragen. Mitunter weist der Flansch auch eine drehfeste Zunge oder einen drehfesten Schlitz auf, der in einen Teil des Seitenblechs eingreift, um während der Übertragung hoher Drehmomente ein zu starkes Zusammendrücken der Federn zu verhindern. Das Drehmoment wird vom Flansch 13 auf die Turbinennabe 19 und auf die Antriebswelle 43 des Getriebes übertragen.
Die Energie kann bei Bedarf durch Reibung, die mitunter auch als Hysterese bezeichnet wird, aufgenommen werden. Die Hysterese ergibt sich aus der Torsion und der Entspannung der Dämpfungsplatten und ist somit doppelt so groß wie das eigentliche Reibungsdrehmoment. Die Hysteresebaugruppe besteht im Allgemeinen aus einer Membranfeder (oder Bellevillefeder) 14 zwischen dem Flansch 13 und einem der Seitenbleche 16, um den Flansch 13 gegen das andere Seitenblech 12 zu drücken. Durch die Steuerung der auf die Membranfeder 14 ausgeübten Kraft kann auch das Reibungsdrehmoment gesteuert werden. Typische Hysteresewerte liegen im Bereich von 10 bis 30 Nm.
Leider führt der Freilauf 46 zur Erhöhung der Kosten, des Gewichts und der Komplexität des Stators 39 und damit auch des Drehmomentwandlers 10. Ferner erhöht der Freilauf 46 auf unerwünschte Weise den für den Stator 39 erforderlichen Platz in axialer Richtung. Bekannt ist die Verwendung eines Drehmomentwandlers ohne Freilauf im Stator. Zum Beispiel wird in den US-Patentschriften Nr. 5 509 520 ; 5 613 581 ; 5 947 242 und 6 019 202 ein Drehmomentwandler mit einer Drehmomentwandlerkupplung, einer Pumpenkupplung und einem feststehenden Stator beschrieben. Diese Patentschriften betreffen schwere Maschinen und die Verwendung einer Bremse an der Pumpenkupplung, um die Bewegung der schweren Maschinen fein dosieren zu können. Leider behandeln die Patentschriften nicht die Funktionsweise eines Drehmomentwandlers beim Übergang vom Drehmomentwandlungsmodus zum eingerasteten Modus.
Somit besteht seit langem ein Bedarf an einem Drehmomentwandler mit einem feststehenden Stator ohne Freilauf, der den Übergang vom einem Drehmomentwandlungsmodus zu einem Überbrückungsmodus wirksam vollzieht. Ferner besteht seit langem ein Bedarf an der Verringerung der axialen Abmessungen eines Stators in einem Drehmomentwandler.
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung umfasst im Allgemeinen ein Verfahren zum Überführen eines Drehmomentwandlers von einem Drehmomentwandlungsmodus in einen Überbrückungsmodus. Das Verfahren beinhaltet die folgenden Schritte: Drehfestes Befestigen einer Vielzahl von Statorschaufeln im Drehmomentwandler an einer nicht drehbaren Statorwelle des Drehmomentwandlers; teilweises Einkuppeln einer Drehmomentwandlerkupplung im Drehmomentwandler zum Übertragen eines Drehmoments von einem Gehäuse des Drehmomentwandlers zu einer Turbine im Drehmomentwandler bei einem ersten Drehzahlverhältnis zwischen der Turbine und dem Gehäuse; Auskuppeln einer Pumpenkupplung bei einem zweiten Drehzahlverhältnis zwischen der Turbine und dem Gehäuse, wobei die Pumpenkupplung so angeordnet ist, dass sie ein Drehmoment vom Gehäuse zur Pumpe überträgt; und komplettes Einkuppeln der Drehmomentwandlerkupplung bei einem dritten Drehzahlverhältnis zwischen dem Gehäuse und der Turbine.
Gemäß einigen Aspekten ist das erste Drehzahlverhältnis kleiner als das zweite Drehzahlverhältnis, oder das zweite Drehzahlverhältnis ist kleiner als ein viertes Drehzahlverhältnis zwischen dem Gehäuse und der Turbine. Das vierte Drehzahlverhältnis ist einem ersten Kupplungspunkt zwischen der Turbine und der Pumpe zugeordnet. Gemäß einigen Aspekten ist das vierte Drehzahlverhältnis ungefähr gleich 0,8. Gemäß einigen Aspekten ist das dritte Drehzahlverhältnis größer als ein fünftes Drehzahlverhältnis zwischen dem Gehäuse und der Turbine, und das fünfte Drehzahlverhältnis ist einem zweiten Kupplungspunkt zwischen der Turbine und der Pumpe zugeordnet. Gemäß einigen Aspekten ist das fünfte Drehzahlverhältnis ungefähr gleich 0,8, das erste Drehzahlverhältnis ist ungefähr gleich 0,5, das zweite Drehzahlverhältnis ist ungefähr gleich 0,7, das zweite Drehzahlverhältnis ist ungefähr gleich eins, oder das dritte Drehzahlverhältnis ist ungefähr gleich eins. Gemäß einigen Aspekten ist der Drehmomentwandler mit einer Antriebseinheit verbunden, und das Verfahren beinhaltet das komplette Einkuppeln der Pumpenkupplung und das Beschleunigen der Antriebseinheit zum Erreichen des ersten Drehzahlverhältnisses.
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner im Allgemeinen einen Drehmomentwandler mit einer Drehmomentwandlerkupplung, die so angeordnet ist, dass sie ein Drehmoment von einem Gehäuse des Drehmomentwandlers zu einer Turbine des Drehmomentwandlers überträgt; eine Pumpenkupplung, die so angeordnet ist, dass sie ein Drehmoment vom Gehäuse zu einem Laufrad des Drehmomentwandlers überträgt; einen nicht drehbaren Stator mit einem inneren Ring; und mindestens einen Verbindungspunkt zwischen der Turbine und einer Abtriebsnabe des Drehmomentwandlers. Der Verbindungspunkt ist in radialer Richtung zumindest teilweise auf den inneren Ring ausgerichtet. Gemäß einigen Aspekten beinhaltet der Drehmomentwandler eine Druckscheibe, die drehfest mit dem inneren Ring und mit einer nicht drehbaren Statorwelle verbunden ist und den Stator drehfest mit der Statorwelle verbindet. Gemäß einigen Aspekten ist die Druckscheibe durch Stanzen gebildet.
Eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Verwendung eines Drehmomentwandlers mit einem feststehenden Stator im Drehmomentwandlungsmodus und im Überbrückungsmodus bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Mittel zur Verringerung des Gewichts, der Kosten und der axialen Abmessung eines Stators in einem Drehmomentwandler bereitzustellen.
Diese sowie andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsarten der Erfindung und aus den beiliegenden Zeichnungen und Ansprüchen klar.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Im Rahmen der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung werden nun in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen das Wesen und die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung ausführlicher beschrieben, wobei:
1 ein allgemeines Blockschaubild des Kraftflusses in einem Motorfahrzeug zur Erläuterung der Beziehung und Funktion eines Drehmomentwandlers in dessen Antriebsstrang ist:
2 eine Querschnittsansicht eines Drehmomentwandlers nach dem Stand der Technik ist, der an einem Motor eines Motorfahrzeugs angebracht ist;
3 allgemein eine Ansicht des in 2 gezeigten Drehmomentwandlers von der linken Seite entlang der Schnittlinie 3-3 in 2 ist;
4 allgemein eine Ansicht des in den 2 und 3 gezeigten Drehmomentwandlers entlang der Schnittlinie 4-4 in 2 ist;
5 eine erste Ansicht des in 2 gezeigten Drehmomentwandlers in Explosionsdarstellung mit Blickrichtung von der linken Seite ist;
6 eine zweite Ansicht des in 2 gezeigten Drehmomentwandlers in Explosionsdarstellung mit Blickrichtung von der rechten Seite ist;
7A eine perspektivische Ansicht eines zylindrischen Koordinatensystems zur Darstellung der in der vorliegenden Anmeldung gebrauchten räumlichen Bezeichnungsweise ist;
7B eine perspektivische Ansicht eines Objekts in dem zylindrischen Koordinatensystem von 7A zur Darstellung der in der vorliegenden Anmeldung gebrauchten räumlichen Bezeichnungsweise ist;
8A eine Teilquerschnittsansicht eines Drehmomentwandlers gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem feststehenden Stator ist;
8B eine Draufsicht auf den vergrößerten Ausschnitt 8B in 8A ist, die eine Keilnutverbindung zwischen dem Stator und einem Wellenverbindungselement zeigt;
9 eine Teilquerschnittsansicht eines Drehmomentwandlers gemäß der vorliegenden Erfindung ist, die den axialen Zwischenraum zeigt, der durch Weglassen eines Freilaufs im Stator freiwird;
10 eine Teilquerschnittsansicht eines Drehmomentwandlers gemäß der vorliegenden Erfindung ist, die eine Verbindung zwischen einer Turbine und einer Abtriebsnabe zeigt, welche in radialer Richtung auf einen inneren Ring des Stators ausgerichtet ist; und
11 ein Ablaufdiagramm ist, das ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zum Überführen eines Drehmomentwandlers von einem Drehmomentwandlungsmodus in einen Überbrückungsmodus veranschaulicht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Von vornherein sollte klar sein, dass gleiche Bezugsnummern in verschiedenen Zeichnungsansichten identische oder funktionell ähnliche Strukturelemente der Erfindung bezeichnen. Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezug auf die gegenwärtig als bevorzugt angesehenen Aspekte beschrieben wird, sollte klar sein, dass die beanspruchte Erfindung nicht auf die beschriebenen Aspekte beschränkt ist.
Außerdem ist klar, dass diese Erfindung nicht auf die bestimmten beschriebenen Verfahren, Materialien und Modifikationen beschränkt ist und insofern natürlich variieren kann. Ferner ist klar, dass die hier gebrauchten Begriffe nur zur Beschreibung bestimmter Ausführungsarten dienen und nicht als Einschränkung des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung zu verstehen sind, der nur durch die angehängten Ansprüche eingeschränkt wird.
Sofern nicht anderweitig definiert, haben alle hier gebrauchten technischen und wissenschaftlichen Begriffe dieselbe Bedeutung, wie sie einem Fachmann geläufig ist, an den sich diese Erfindung richtet. Obwohl zum Durchführen oder Testen der Erfindung beliebige Verfahren, Einrichtungen oder Materialien verwendet werden können, die den hier beschriebenen ähnlich oder gleichwertig sind, werden im Folgenden die bevorzugten Verfahren, Einrichtungen und Materialien beschrieben.
7A ist eine perspektivische Ansicht eines zylindrischen Koordinatensystems 80, das die in der vorliegenden Anmeldung verwendete räumliche Bezeichnungsweise darstellt. Die vorliegende Erfindung wird zumindest teilweise in Verbindung mit einem zylindrischen Koordinatensystem beschrieben. Das System 80 weist eine Längsachse 81 auf, die als Bezugsgröße für die folgenden Richtungs- und räumlichen Begriffe dient. Die Attribute „axial", „radial" und „Umfangs-" beziehen sich auf eine Ausrichtung parallel zur Achse 81, zum Radius 82 (der senkrecht zur Achse 81 ist) bzw. zum Umfang 83. Die Attribute „axial", „radial" und „Umfangs-" beziehen sich auf eine Ausrichtung parallel zu entsprechenden Flächen. Zur Erläuterung der Lage der verschiedenen Flächen dienen die Objekte 84, 85 und 86. Die Fläche 87 des Objekts 84 bildet eine axiale Ebene. Das heißt, die Achse bildet eine Linie entlang der Fläche. Die Fläche 88 des Objekts 85 bildet eine radiale Ebene. Das heißt, der Radius 82 bildet eine Linie entlang der Fläche. Die Fläche 89 des Objekts 86 bildet eine Umfangsfläche. Das heißt, der Umfang 83 bildet eine Linie entlang der Fläche. Gemäß einem weiteren Beispiel verläuft eine axiale Bewegung oder Lage parallel zur Achse 81, eine radiale Bewegung oder Lage verläuft parallel zum Radius 82, und eine Umfangsbewegung oder -lage verläuft parallel zum Umfang 83. Eine Drehung erfolgt um die Achse 81.
Die Attribute „axial", „radial" und „Umfangs-" beziehen sich auf eine Ausrichtung parallel zur Achse 81, zum Radius 82 bzw. zum Umfang 83. Die Attribute „axial", „radial" und „Umfangs-" beziehen sich auf eine Ausrichtung parallel zu entsprechenden Flächen.
7B ist eine perspektivische Ansicht des Objekts 90 im zylindrischen Koordinatensystem 80 von 7A, welche die in der vorliegenden Anmeldung gebrauchte räumliche Bezeichnungsweise darstellt. Das zylindrische Objekt 90 stellt ein zylindrisches Objekt in einem zylindrischen Koordinatensystem dar und ist keineswegs als Einschränkung der vorliegenden Erfindung zu verstehen. Das Objekt 90 beinhaltet eine axiale Fläche 91, eine radiale Fläche 92 und eine Umfangsfläche 93. Die Fläche 91 ist Teil einer axialen Ebene, die Fläche 92 ist Teil einer radialen Ebene, und die Fläche 93 ist Teil einer Umfangsfläche.
8A ist eine Teilquerschnittsansicht eines Drehmomentwandlers 100 gemäß der vorliegenden Erfindung mit feststehendem Stator 102. Der Drehmomentwandler 100 beinhaltet eine Drehmomentwandlerkupplung 104 und eine Pumpenkupplung 106. Der Drehmomentwandler 100 beinhaltet keinen Freilauf im Stator. Stattdessen ist der innere Ring 108 drehfest mit der Statorwelle 110 verbunden. Gemäß einigen Aspekten ist der Ring 108 drehfest mit dem Wellenverbindungselement 112 verbunden, das wiederum drehfest mit der Welle 110 verbunden ist. Unter „drehfest verbunden" ist zu verstehen, dass der Ring direkt oder indirekt so mit der Welle verbunden ist, dass die beiden Komponenten bezüglich der Drehbewegung miteinander verriegelt sind. In diesem Fall sind die Welle und somit auch der Ring 108 nicht drehbar. Eine drehfeste Verbindung zwischen zwei Komponenten schränkt die relative Bewegung in anderen Richtungen nicht unbedingt ein. Zum Beispiel können sich zwei drehfest miteinander verbundene Komponenten über eine Keilnutverbindung in axialer Richtung gegeneinander bewegen. Es sollte jedoch klar sein, dass eine drehfeste Verbindung nicht unbedingt bedeuten muss, dass eine Bewegung in anderen Richtungen vorliegt. Zum Beispiel können zwei drehfest miteinander verbundene Komponenten in axialer Richtung fest miteinander verbunden sein. Die obige Erläuterung der drehfesten Verbindung kann auf die folgenden Erörterungen angewendet werden.
8B ist eine Draufsicht auf den vergrößerten Ausschnitt 8B in 8A, welche die Keilnutverbindung 114 zwischen dem Stator 102, insbesondere dem Ring 108, und dem Wellenverbindungselement 112 zeigt. Durch das Weglassen eines Freilaufs im Stator wird ein axialer Zwischenraum 116 zwischen der Welle 110 und dem Ring 108 frei. Die Nutzung des axialen Zwischenraums wird im Folgenden näher erläutert. Das Element 112 kann durch ein beliebiges in der Technik bekanntes Mittel, zum Beispiel durch Schweißen oder Presspassung (nicht gezeigt), mit dem Ring 108 verbunden werden. Gemäß einigen Aspekten wird eine Keilnutverbindung 114 verwendet. Die Zähne 118 sorgen für eine radiale Zentrierung des Stators 102. Das heißt, die Zähne 118 halten den Stator 102 im richtigen radialen Abstand von der Achse 120 und sorgen für den genauen Kontakt zwischen dem Stator und den anderen Komponenten im Drehmomentwandler. Ein solcher genauer Kontakt verringert zumindest unerwünschte Undichtigkeiten zwischen den Komponenten im Drehmomentwandler.
Gemäß einigen Aspekten ist das Element 112 ein gestanzter Flansch, der einfach und mit geringem Aufwand hergestellt wird. Somit bietet das Element 112 durch den Wegfall eines Freilaufs, der eine relativ aufwändige Komponente in einem Stator darstellt, einen direkten Kostenvorteil.
9 ist eine Teilquerschnittsansicht des Drehmomentwandlers 200 gemäß der vorliegenden Erfindung, die den durch Entnehmen eines Freilaufs im Stator freiwerdenden axialen Zwischenraum zeigt. Der Drehmomentwandler 200 beinhaltet eine Drehmomentwandlerkupplung 204 und eine Pumpenkupplung 206. Der Drehmomentwandler 200 beinhaltet keinen Freilauf im Stator. Stattdessen ist der innere Ring 208 des Stators drehfest mit der Statorwelle 210 verbunden. Der Ring 208 ist drehfest mit dem Wellenverbindungselement 212 verbunden, das wiederum drehfest mit der Welle 210 verbunden ist. Durch den Wegfall eines Freilaufs im Stator wird zwischen der Welle 210 und dem Ring 208 ein axialer Zwischenraum 214 frei. Das Element 212 kann durch ein beliebiges in der Technik bekanntes Mittel mit dem Ring 208 verbunden werden. Gemäß einigen Aspekten werden Niete 216 verwendet. Die feste Verbindung zwischen dem Element 212 und dem Ring 208 durch Niete 216 dient zur radialen Zentrierung des Stators 202. In 9 zeigt der axiale Zwischenraum zwischen dem Ring und der Welle nach vorn und kann von der Vorderseite des Drehmomentwandlers aus erreicht werden.
10 ist eine Teilquerschnittsansicht eines Drehmomentwandlers 300 gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine Verbindung zwischen Turbine und Abtriebsnabe zeigt, die in radialer Richtung auf einen inneren Ring des Stators ausgerichtet ist. Der Drehmomentwandler 300 beinhaltet einen Stator 302, eine Drehmomentwandlerkupplung 304 und eine Pumpenkupplung 306. Der Drehmomentwandler 300 beinhaltet keinen Freilauf im Stator. Stattdessen ist der innere Ring 308 des Stators drehfest mit der Statorwelle 310 verbunden. Der Ring 308 ist drehfest mit dem Wellenverbindungselement 312 verbunden, das wiederum drehfest mit der Welle 310 verbunden ist. Das Element 312 kann durch ein beliebiges in der Technik bekanntes Mittel mit dem Ring 308 verbunden werden. Gemäß einigen Aspekten werden Niete 316 verwendet. Die feste Verbindung zwischen dem Element 312 und dem Ring 308 durch Niete 316 bewirkt eine radiale Zentrierung des Stators 302.
Die folgende Beschreibung ist in Verbindung mit den 9 und 10 zu sehen. 9 veranschaulicht den durch das Entfernen eines Freilaufs aus dem Stator 202 freiwerdenden axialen Zwischenraum. In 10 sind der Ring 308, das Element 312 und das Turbinengehäuse 318 so abgewandelt worden, dass der Verbindungspunkt 320 zwischen dem Gehäuse 318 und der Nabe 322 gegenüber dem Verbindungspunkt 217 in 9 weiter in Richtung 324 verschoben wurde. Diese Veränderung wird möglich durch den Wegfall eines Freilaufs im Stator und den dadurch eingesparten axialen Zwischenraum, zum Beispiel den Zwischenraum 214. Somit ist der Verbindungspunkt 320 zumindest teilweise in radialer Richtung auf den Ring 308 ausgerichtet. Durch die Verschiebung des Verbindungspunkts 320 in Richtung 324 wird auf vorteilhafte Weise in axialer Richtung Platz im Drehmomentwandler 300 für andere Zwecke frei. Zum Beispiel kann der Teil 326 der Scheibe 328 stärker ausgebuchtet oder gekrümmt, das heißt, stärker in Richtung 324 verschoben sein als der Teil 218 der Scheibe 219 in 9. Die zusätzliche Krümmung erhöht auf vorteilhafte Weise die Steifigkeit der Scheibe und optimiert dadurch deren Funktion. Das Gehäuse 318 und die Nabe 322 können durch ein beliebiges in der Technik bekanntes Mittel miteinander verbunden sein. Gemäß einigen Aspekten sind das Gehäuse 318 und die Nabe 322 durch Niete 30 miteinander verbunden.
Obwohl sich die folgende Erörterung auf 9 bezieht, ist klar, dass sie ebenso auch auf die 8A, 8B und 10 angewendet werden kann. Die Drehmomentwandlerkupplung 204 und die Pumpenkupplung 206 werden so betrieben, dass sie den Übergang des Drehmomentwandlers 200 von einem Drehmomentwandlungsmodus zu einem Überbrückungsmodus ohne Freilauf im Stator 208 bewirken. Im Drehmomentwandlungsmodus ist die Kupplung 204 offen, die Kupplung 206 ist geschlossen, und das Drehmoment wird vom Gehäuse 220 zum Dämpfer 222 und weiter zur Scheibe 219 übertragen. Die Scheibe 219 ist Teil der Kupplung 206, die das Drehmoment zum Pumpengehäuse 224 überträgt. Dann wird das Pumpengehäuse 224 in Drehung versetzt und überträgt das Drehmoment zur Turbine 226. Die Turbine 226 überträgt das Drehmoment zur Nabe 228 und zur Antriebswelle 230 des Getriebes. Sobald die Drehzahl der Turbine zunimmt, kuppelt die Kupplung 204 ein. Aufgrund der Eigenschaften von Hydraulikkreisläufen überbrückt die Kupplung 204 nicht sofort, sondern schließt allmählicher.
Indem die Kupplung 204 schließt, wird das Drehmoment vom Gehäuse zur Scheibe 232 und weiter zur Scheibe 234 und zur Nabe 228 übertragen. Sobald sich das Drehzahlverhältnis zwischen Turbine 226 und Gehäuse 218 dem Kupplungspunkt zu nähern beginnt, kuppelt die Kupplung 206 ein. Als Kupplungspunkt gilt derjenige Punkt, an dem ein Stator mit einem Freilauf normalerweise frei zu drehen beginnt. Sobald die Kupplung 204 komplett eingekuppelt ist, erreicht das Drehzahlverhältnis zwischen Turbine und Gehäuse den Wert eins, die Kupplung 206 ist ausgekuppelt, und der Drehmomentwandler 200 arbeitet im Überbrückungsmodus. Gemäß einigen Aspekten bleibt die Pumpenkupplung 206 so lange eingekuppelt, bis das Drehzahlverhältnis zwischen Turbine und Gehäuse den Wert eins erreicht. Gemäß einigen Aspekten kuppelt die Kupplung 204 bei einem Drehzahlverhältnis zwischen Turbine und Gehäuse von ungefähr 0,5 ein, oder die Pumpenkupplung 206 kuppelt bei einem Drehzahlverhältnis zwischen Turbine und Gehäuse von ungefähr 0,7 aus. Gemäß einigen Aspekten liegt ein Kupplungspunkt bei einem Drehzahlverhältnis zwischen Turbine und Gehäuse von ungefähr 0,8. Dadurch, dass die Pumpe 236 abgetrennt wird und nicht infolge der Wirkung eines Freilaufs weiter dreht, wird das Trägheitsmoment der Pumpe aus dem System genommen, wodurch die Beschleunigungseigenschaften des Drehmomentwandlers 200 verbessert werden.
Es sollte klar sein, dass ein Drehmomentwandler gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf die Reihenfolge der erörterten Arbeitsschritte oder Drehzahlverhältnisse beschränkt ist. Zum Beispiel können in Abhängigkeit von den physikalischen und Betriebseigenschaften des Drehmomentwandlers, im welchem die Drehmomentwandlerkupplung, die Pumpenkupplung und der feststehende Stator angeordnet sind, verschiedene Werte und Kombinationen der oben erwähnten Drehzahlverhältnisse angewendet werden.
Das Element 112 in den 8A und 8B kann eine (nicht gezeigte) Druckscheibe ersetzen, die üblicherweise aus Aluminium oder Phenolharz besteht und zu einer Freilaufanordnung in einem Stator gehört. Wenn der Zwischenraum 116 leer bleibt, wird das Gewicht des Stators 108 auf vorteilhafte Weise verringert.
11 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung für den Übergang eines Drehmomentwandlers von einem Drehmomentwandlungsmodus zu einem Überbrückungsmodus veranschaulicht. Obwohl das Verfahren in 11 zur Verdeutlichung als eine Folge nummerierter Schritte dargestellt ist, sollte aus der Nummerierung keine Reihenfolge abgeleitet werden, falls dies nicht ausdrücklich erwähnt wird. Das Verfahren beginnt mit Schritt 400. In Schritt 402 wird eine Vielzahl Statorschaufeln im Drehmomentwandler drehfest mit einer nicht drehbaren Statorwelle des Drehmomentwandlers verbunden. In Schritt 404 kuppelt die Drehmomentwandlerkupplung im Drehmomentwandler teilweise ein, um ein Drehmoment vom Gehäuse des Drehmomentwandlers bei einem ersten Drehzahlverhältnis zwischen der Turbine und dem Gehäuse zu einer Turbine im Drehmomentwandler zu übertragen. In Schritt 406 wird eine Pumpenkupplung bei einem zweiten Drehzahlverhältnis zwischen der Turbine und dem Gehäuse ausgekuppelt. Die Pumpenkupplung ist so angeordnet, dass sie das Drehmoment vom Gehäuse zur Pumpe überträgt. In Schritt 408 wird die Drehmomentwandlerkupplung bei einem dritten Drehzahlverhältnis zwischen dem Gehäuse und der Turbine komplett eingekuppelt.
Gemäß einigen Aspekten ist das erste Drehzahlverhältnis in Schritt 404 kleiner als das zweite Drehzahlverhältnis. Gemäß einigen Aspekten ist das zweite Drehzahlverhältnis in Schritt 406 kleiner als ein viertes Drehzahlverhältnis zwischen dem Gehäuse und der Turbine. Das vierte Drehzahlverhältnis entsprechend einem ersten Kupplungspunkt zwischen der Turbine und der Pumpe. Gemäß einigen Aspekten ist das vierte Drehzahlverhältnis annähernd gleich 0,8. Gemäß einigen Aspekten ist das dritte Drehzahlverhältnis in Schritt 408 größer als ein fünftes Drehzahlverhältnis zwischen dem Gehäuse und der Turbine. Das fünfte Drehzahlverhältnis entspricht einem zweiten Kupplungspunkt zwischen der Turbine und der Pumpe. Gemäß einigen Aspekten ist das fünfte Drehzahlverhältnis annähernd gleich 0,8.
Gemäß einigen Aspekten ist das erste Drehzahlverhältnis in Schritt 404 annähernd gleich 0,5. Gemäß einigen Aspekten ist das zweite Drehzahlverhältnis in Schritt 406 annähernd gleich 0,7 oder eins. Gemäß einigen Aspekten ist das dritte Drehzahlverhältnis in Schritt 408 annähernd gleich eins. Gemäß einigen Aspekten beinhaltet das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung einen Schritt 401, bei dem der Drehmomentwandler mit einer Antriebseinheit verbunden wird. In Schritt 401 kuppelt die Pumpenkupplung komplett ein und beschleunigt die Antriebseinheit bis zum Erreichen des ersten Drehzahlverhältnisses.
Somit ist zu erkennen, dass die Aufgaben der vorliegenden Erfindung wirksam gelöst werden, obwohl sich der Fachmann Modifikationen und Änderungen der Erfindung vorstellen kann, die in Geist und Geltungsbereich der beanspruchten Erfindung enthalten sind. Ferner ist klar, die obige Beschreibung nur zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung dient und nicht als Einschränkung zu verstehen ist. Deshalb sind andere Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung möglich, ohne von Geist und Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

Verfahren für das Überführen eines Drehmomentwandlers von einem Drehmomentwandlungsmodus zu einem Überbrückungsmodus, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Drehfestes Befestigen einer Vielzahl von Statorschaufeln im Drehmomentwandler an einer nicht drehbaren Statorwelle des Drehmomentwandlers; teilweises Einkuppeln einer Drehmomentwandlerkupplung im Drehmomentwandler zum Übertragen eines Drehmoments von einem Gehäuse des Drehmomentwandlers zu einer Turbine im Drehmomentwandler bei einem ersten Drehzahlverhältnis zwischen der Turbine und dem Gehäuse; Auskuppeln einer Pumpenkupplung bei einem zweiten Drehzahlverhältnis zwischen der Turbine und dem Gehäuse, wobei die Pumpenkupplung so angeordnet ist, dass sie ein Drehmoment vom Gehäuse zur Pumpe überträgt; und komplettes Einkuppeln der Drehmomentwandlerkupplung bei einem dritten Drehzahlverhältnis zwischen dem Gehäuse und der Turbine.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das erste Drehzahlverhältnis kleiner als das zweite Drehzahlverhältnis ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das zweite Drehzahlverhältnis kleiner ist als ein viertes Drehzahlverhältnis zwischen dem Gehäuse und der Turbine und das vierte Drehzahlverhältnis einem ersten Einkupplungspunkt zwischen der Turbine und der Pumpe entspricht.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das vierte Drehzahlverhältnis annähernd gleich 0,8 ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das dritte Drehzahlverhältnis größer ist als ein fünftes Drehzahlverhältnis zwischen dem Gehäuse und der Turbine und das fünfte Drehzahlverhältnis einem zweiten Einkupplungspunkt zwischen der Turbine und der Pumpe entspricht.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das fünfte Drehzahlverhältnis annähernd gleich 0,8 ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das erste Drehzahlverhältnis annähernd gleich 0,5 ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das zweite Drehzahlverhältnis annähernd gleich 0,7 ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das zweite Drehzahlverhältnis annähernd gleich eins ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das dritte Drehzahlverhältnis annähernd gleich eins ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Drehmomentwandler mit einer Antriebseinheit verbunden ist; und das Verfahren ferner Folgendes umfasst: komplettes Einkuppeln der Pumpenkupplung; und Beschleunigen der Antriebseinheit bis zum Erreichen des ersten Drehzahlverhältnisses.
Drehmomentwandler, der Folgendes umfasst: eine Drehmomentwandlerkupplung, die so angeordnet ist, dass sie ein Drehmoment von einem Gehäuse des Drehmomentwandlers zu einer Turbine des Drehmomentwandlers überträgt; eine Pumpenkupplung, die so angeordnet ist, dass sie ein Drehmoment vom Gehäuse zu einem Laufrad des Drehmomentwandlers überträgt; einen nicht drehbaren Stator mit einem inneren Ring; und mindestens einen Verbindungspunkt zwischen der Turbine und einer Abtriebsnabe des Drehmomentwandlers, wobei der Verbindungspunkt zumindest teilweise in radialer Richtung auf den inneren Ring ausgerichtet ist.
Drehmomentwandler nach Anspruch 12, der ferner Folgendes umfasst: eine nicht drehbare Statorwelle; und eine Druckscheibe, die drehfest mit dem inneren Ring und mit der Statorwelle verbunden ist und den Stator und die Statorwelle drehfest miteinander verbindet.
Drehmomentwandler nach Anspruch 12, bei dem die Druckscheibe durch Stanzen gebildet ist.