DE102008057657A1

DE102008057657A1 - Kraftübertragungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102008057657A1
Application number: DE102008057657A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Daniel; Thorsten Krause
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-12-10
Filing date: 2008-11-17
Publication date: 2009-06-18
Also published as: JP5522931B2; JP2009138941A; US8272985B2; US20090145712A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftübertragungsvorrichtung, insbesondere zur Leistungsübertragung zwischen einer Antriebsmaschine und einem Antrieb, umfassend zumindest einen Eingang und einen Ausgang, eine hydrodynamische Komponente mit einem Pumpenrad und einem Turbinenrad und eine Einrichtung zur zumindest teilweisen Überbrückung der hydrodynamischen Komponente mit einer, ein mit Druckmittel beaufschlagbares Kolbenelement aufweisenden Stelleinrichtung und mit Mitteln zur Beeinflussung der Drehgeschwindigkeitsdifferenz von Strömungsmedien beidseitig des Kolbenelementes. Die erfindungsgemäße Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel ein drehsynchron mit dem Kolbenelement gekoppeltes, sich in radialer Richtung nach außen erstreckendes und in radialer Richtung zumindest im Bereich des Außendurchmessers unter Ausbildung eines axialen Abstandsbereiches zum Kolbenelement angeordnetes Beeinflussungselement umfassen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftübertragungsvorrichtung, insbesondere zur Leistungsübertragung zwischen einer Antriebsmaschine und einem Abtrieb, umfassend eine hydrodynamische Komponente und eine Einrichtung zur zumindest teilweisen Überbrückung der hydrodynamischen Komponente.
Eine Kraftübertragungsvorrichtung, umfassend einen hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler und eine Überbrückungskupplung ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 44 33 256 A1 vorbekannt. Die Kraftübertragungsvorrichtung umfasst einen Eingang, der mit einer Antriebsmaschine drehfest verbunden ist. Dieser wird beispielsweise von einem Gehäuse mit zumindest annähernd radial verlaufender Wandung gebildet. Die zwischen dieser und dem Turbinenrad des Drehzahl-/Drehmomentwandlers angeordnete Überbrückungskupplung umfasst zumindest eine mit dem Turbinenrad in Drehverbindung stehende Lamelle, die einerseits mit dem Gehäuse und andererseits mit einem axial verlagerbaren und zwischen Gehäuse und Turbinenrad angeordneten Kolben unter Einwirkung eines hydraulischen Druckes auf diesen in Wirkverbindung bringbar ist. Zwischen Kolben und Turbinenrad ist ein erster mit Druckmittel beaufschlagbarer Raum vorgesehen, der dem Schließen der Kupplung dient. Ein weiterer zweiter mit Druckmittel beaufschlagbarer Raum zum Öffnen der Überbrückungskupplung ist zwischen Gehäusewandung und Kolben vorgesehen. Dabei sind im ersten und zweiten mit Druckmittel beaufschlagbaren Raum Mittel zur Reduzierung der Drehgeschwindigkeitsdifferenz zwischen der bei geöffneter oder schlupfender Überbrückungskupplung im Zugbetrieb im Druckraum zwischen Turbine und Kolben vorhandenen niedrigeren Drehgeschwindigkeit des Strömungsmittels und der im Druckraum zwischen Kolben und Gehäuse vorherrschenden höheren Drehgeschwindigkeit des Strömungsmittels vorgesehen. Dies wird beispielsweise durch die radial nach innen erfolgende Verlängerung von Lamellen der Überbrückungskupplung mit schaufelartiger Anformung realisiert.
Um das Zuschalten der Überbrückungskupplung zu verbessern, ist aus DE 10 2006 028 557 A1 gemäß einer Weiterbildung der Mittel zur Reduzierung der Drehgeschwindigkeitsdifferenz bekannt, dass das Kolbenelement der Betätigungseinrichtung der Überbrückungskupplung, welches mittels einer Kopplungsfedereinrichtung drehfest, jedoch in axialer Richtung bewegbar mit dem Gehäuse verbunden ist, Strömungsleitmittel aufweist, welche die Drehzahl eines Strömungsmediums zwischen dem Kolben und dem Turbinenrad beeinflussen, wodurch ein schnelleres Ansteigen der Drehzahl des Strömungsmediums zwischen dem Kolben und dem Turbinenrad und damit des dynamischen Druckes zu Beginn der Zuschaltung der Überbrückungskupplung erzielt werden soll.
Generell besteht jedoch für 3-Kanal-Ausführungen der Kraftübertragungsvorrichtung beim Einsatz in Fahrzeugen die Problematik, eine saubere und ruckfreie Einregelung der Überbrückungskupplung aufgrund der hydrodynamischen Einflüsse von Strömungsmedien gewährleisten zu können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftübertragungsvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine weitere Verbesserung des Zuschaltverhaltens einer Überbrückungskupplung speziell in einer Konfiguration mit einer Betätigungseinrichtung, die mit einem beliebigen Druck beaufschlagbar ist, sowie eine Reduzierung der hydrodynamischen Einflüsse auf die Überbrückungskupplung, die zu einem Selbstschließen dieser führen können, mit besonders einfachen Mitteln erzielt werden.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruches 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Eine erfindungsgemäß ausgebildete Kraftübertragungsvorrichtung, insbesondere zur Leistungsübertragung zwischen einer Antriebsmaschine und einem Abtrieb, umfassend zumindest einen Eingang und einen Ausgang, eine hydrodynamische Komponente mit einem Pumpenrad und einem Turbinenrad und eine Einrichtung zur zumindest teilweisen Überbrückung der hydrodynamischen Komponente mit einer, ein mit Druckmittel beaufschlagbares Kolbenelement aufweisenden Stelleinrichtung und mit Mitteln zur Beeinflussung der Drehgeschwindigkeitsdifferenz von Strömungsmedien beidseitig des Kolbenelementes, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel ein drehsynchron mit dem Kolbenelement, jedoch frei von einer direkten Verbindung mit diesem gekoppeltes, sich in radialer Richtung nach außen erstreckendes und in radialer Richtung zumindest im Bereich des Außendurchmessers unter Ausbildung eines axialen Abstandsbereiches zum Kolbenelement angeordnetes Beeinflussungselement umfassen.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine wirksame Abschirmung des Kolbenelementes von axialen, aus den hydrodynamischen Effekten resultierenden Kräften, insbesondere durch Verlagerung der Abstützung der durch die hydrodynamischen Effekte resultierenden Axialkraft vom Kolbenelement auf ein anderes Element mit einfachen Mitteln frei von zusätzlichem Modifizierungsaufwand für die einzelnen Baugruppen.
Das Beeinflussungselement kann verschiedenartig ausgeführt sein. Entscheidend ist, dass durch dieses im zwischen Beeinflussungselement und Kolbenelement vorgesehenen Zwischenraum vorliegenden Strömungsmedium ein Schleppeffekt erzeugt wird, der die Drehgeschwindigkeit des Strömungsmediums bis auf Kolbendrehzahl reduziert.
Das Beeinflussungselement kann gemäß einer ersten Ausführung als scheibenförmiges oder ringscheibenförmiges Element ausgebildet sein, das vorzugsweise eine in Umfangsrichtung vollständig geschlossene Oberfläche aufweist. Derartige Zusatzelemente können in besonders Bauraum sparender Weise in die Kraftübertragungsvorrichtung integriert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführung kann das Beeinflussungselement im Querschnitt betrachtet als geformtes, insbesondere konisch geformtes Element ausgebildet werden. Dieses wird im Allgemeinen als Blechformteil, insbesondere Tiefziehteil aus dem scheibenförmigen Halbwerkzeug vorliegen. Das geformte Element weist dabei einen Anschlussbereich im Bereich des Innenumfanges auf, der der drehfesten Verbindung mit einem Anschlusselement dient und einen in axialer Richtung im Querschnitt betrachtet geneigten Verlauf in radialer Richtung aufweist, d. h. mit stetiger oder unstetiger Durchmesseränderung unter Ausbildung einer Ringhülse. Dadurch wird die Steifigkeit des Bauteiles erhöht und die Gefahr des Anschleifens verringert.
Das Beeinflussungselement ist frei von einer direkten Kopplung mit dem Kolbenelement, so dass keine Abstützung der Axialkräfte am Kolbenelement erfolgt. Das Beeinflussungselement ist dazu drehfest mit einem drehfest mit dem Kolbenelement gekoppelten Element verbunden.
Bezüglich des Aufbaus der Kraftübertragungsvorrichtung besteht eine Mehrzahl von Möglichkeiten. Diese kann zumindest als 2- oder auch 3-Kanaleinheit ausgeführt sein. Diese umfassen zumindest zwei Anschlüsse, einen ersten mit einem Arbeitsraum der hydrodynamischen Komponente gekoppelten Anschluss und einen zweiten mit einem von einem Gehäuse und dem Außenumfang der hydrodynamischen Komponente begrenzten und mit Betriebsmittel befüllbaren Raum gekoppelten Anschluss. Bei Ausführung als 3-Kanaleinheit ist ein weiterer dritter, mit einem dem Kolbenelement zugeordneten und mit Druckmittel beaufschlagbaren Raum gekoppelter Anschluss, vorgesehen, wobei das Kolbenelement am Eingang oder einem mit diesem drehfest verbundenen Element druck- und flüssigkeitsdicht geführt ist.
Je nach Ausführung der Kraftübertragungsvorrichtung ergeben sich für das Beeinflussungselement unterschiedliche Möglichkeiten der Anordnung. Dabei kann das Beeinflussungselement in einer ersten Ausführung in axialer Richtung zwischen Eingang und Ausgang betrachtet zwischen Kolbenelement und Turbinenrad der hydrodynamischen Komponente angeordnet werden. Ist eine Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen vorgesehen, die in axialer Richtung zwischen Eingang und Ausgang betrachtet zwischen Kolbenelement und Turbinenrad der hydrodynamischen Komponente angeordnet ist, wird das Beeinflussungselement in axialer Richtung zwischen Eingang und Ausgang betrachtet vorzugsweise zwischen Kolbenelement und Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen angeordnet oder aber zwischen der Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen und dem Turbinenrad der hydrodynamischen Komponente. Diese Anordnungen sind in der Regel mit keinem zusätzlichen Bauraumbedarf in axialer Richtung verbunden, wobei der zur Verfügung stehende Bauraum in axialer Richtung für die Funktion des Beeinflussungselementes ausreichend ist.
Gemäß einer zweiten Ausführung kann das Beeinflussungselement auch zwischen Kolbenelement und Gehäuse beziehungsweise Eingang der Kraftübertragungsvorrichtung zum Einsatz gelangen.
Zur drehsynchronen Kopplung an das Kolbenelement ist das Beeinflussungselement drehfest mit einem drehfest mit dem Kolbenelement verbundenen Element verbunden. Dies kann je nach Ausführung der Eingang, ein mit diesem drehfest verbundenes Bauteil oder aber der Ausgang oder ein mit diesem drehfest verbundenes Bauteil sein.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:
1a verdeutlicht in einem Axialschnitt eine Kraftübertragungsvorrichtung mit erfindungsgemäß integriertem Beeinflussungselement;
1b verdeutlicht in einer Ansicht von Rechts eine Ausführung eines Beeinflussungselementes gemäß 1a:
2a und 2b verdeutlichen die Verhältnisse am Kolbenelement in einer Ausführung gemäß dem Stand der Technik;
3a und 3b verdeutlichen zwei Anordnungsmöglichkeiten eines Beeinflussungselementes;
4a und 4b zeigen beispielhaft zwei mögliche Ausgestaltungen des Beeinflussungselementes.
5a und 5b verdeutlichen Ausführungen des Beeinflussungselementes in zwei Ansichten.
Die 1a verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung in einem Axialschnitt eine erfindungsgemäß ausgebildete Kraftübertragungsvorrichtung 1 für den Einsatz in Antriebssträngen, insbesondere in Antriebssträngen von Fahrzeugen zwischen einer Antriebsmaschine und einem Abtrieb. Der Abtrieb wird in der Regel von einem hier nicht dargestellten Getriebe gebildet. Die Kraftübertragungsvorrichtung 1 übernimmt die Funktion der Leistungsübertragung sowie in gewissen Grenzen eine Drehzahl-/Drehmomentwandlung. Die Kraftübertragungsvorrichtung 1 weist dazu zumindest einen Eingang E und einen Ausgang A auf. Der Eingang E ist dabei wenigstens mittelbar mit einer hier nicht dargestellten Antriebsmaschine koppelbar, während der Ausgang A mit einem Abtrieb, in der Regel dem der Kraftübertragungsvorrichtung 1 nachgeordneten Getriebe verbindbar ist. Zwischen dem Eingang E und dem Ausgang A ist eine hydrodynamische Komponente 3 angeordnet. Diese umfasst zumindest ein bei Leistungsübertragung zwischen dem Eingang E und dem Ausgang A als Pumpenrad fungierendes Primärrad und ein bei Leistungsübertragung vom Eingang E zum Ausgang A als Turbinenrad T fungierendes Sekundärrad, wobei das Pumpenrad in diesem Funktionszustand drehfest mit dem Eingang E verbunden ist, vorzugsweise drehfest mit diesem gekoppelt ist oder diesen bildet. Ferner ist das Turbinenrad T wenigstens mittelbar, das heißt entweder direkt oder aber indirekt über weitere Übertragungselemente mit dem Ausgang A verbunden. Der Ausgang A wird dabei beispielsweise von einem Nabenelement 23 gebildet, das mit einer Getriebeeingangswelle 2 koppelbar ist oder aber je nach Konfiguration auch von der Getriebeeingangswelle 2 selbst. Ist die hydrodynamische Komponente 3 als hydrodynamischer Drehzahl-/Drehmomentwandler 4 ausgebildet, umfasst diese ferner noch zumindest ein Reaktionsglied in Form eines Leitrades L. In diesem Fall erfolgt über die hydrodynamische Komponente 3 gleichzeitig eine Drehzahl- und eine Drehmomentwandlung. Bei einer Ausbildung als hydrodynamische Kupplung frei von einem Leitrad ist lediglich eine Drehzahlwandlung gegeben.
Die Kraftübertragungsvorrichtung 1 umfasst ferner zumindest eine Einrichtung 5 zur wenigstens teilweisen Überbrückung der hydrodynamischen Komponente 3, das heißt Umgehung des Leistungsflusses über die hydrodynamische Komponente. Die Einrichtung 5 ist als schaltbare Kupplungseinrichtung 6 ausgeführt und wird in der Regel als Überbrückungskupplung bezeichnet. „Wenigstens teilweise Überbrückung" bedeutet dabei, dass auch eine parallele Leistungsübertragung über die hydrodynamische Komponente 3 als auch die Einrichtung 5 erfolgen kann. Die Einrichtung 5 ist vorzugsweise als reibschlüssige Kupplung ausgebildet. In der gängigsten Form ist diese in Form einer Scheibenkupplung ausgeführt, insbesondere in Form einer Lamellenkupplung. Die schaltbare Kupplungseinrichtung 6 umfasst dazu einen ersten Kupplungsteil 7 und einen zweiten Kupplungsteil 8, die wenigstens mittelbar miteinander in Wirkverbindung bringbar sind. Wenigstens mittelbar bedeutet dabei entweder direkt oder über weitere Übertragungselemente. Bei Ausbildung als reibschlüssige Kupplung umfassen beide Kupplungsteile 7, 8 zumindest jeweils zumindest ein oder mehrere reibflächentragende oder reibflächenbildende Elemente, die drehfest mit den Anschlusselementen verbunden sind und miteinander in Wirkverbindung bringbar sind. Die Einrichtung 5 umfasst dazu eine Betätigungseinrichtung 9, umfassend ein Kolbenelement 10, welches über eine mit Druckmittel beaufschlagbare Kammer 11 mit Druckmittel beaufschlagbar ist und betätigt wird. Die einzelnen Komponenten sind derart aufgebaut, dass diese jeweils einen Leistungszweig beschreiben können, wobei die Leistungszweige je nach Ausgestaltung insbesondere der Einrichtung 5 zur zumindest teilweisen Überbrückung funktional parallel oder teilweise in Reihe schaltbar sind. Ein erster Leistungszweig I wird dabei über die hydrodynamische Komponente 3 realisiert. Dazu ist das Pumpenrad wenigstens mittelbar drehfest mit dem Eingang E der Kraftübertragungsvorrichtung 1 verbunden oder bildet diesen. Vorzugsweise erfolgt die Kopplung über einen mit einer drehfest mit dem Pumpenrad oder einstückig mit diesem ausgebildeten Pumpenradschale gekoppelten Gehäusedeckel 13, der das Turbinenrad T und ferner die schaltbare Kupplungseinrichtung 6 in Umfangsrichtung und in axialer Richtung unter Bildung eines Innenraumes 14 umschließt.
Der Ausgang der hydrodynamischen Komponente 3 im Leistungszweig I bei Leistungsübertragung über die hydrodynamische Komponente 3 wird vom Turbinenrad T gebildet und ist mit dem Ausgang A drehfest verbunden, entweder direkt oder über weitere Übertragungselemen te, beispielsweise in Form zwischengeschalteter Vorrichtungen zur Dämpfung von Schwingungen, welche hier beispielhaft mit 15 bezeichnet sind.
Der zweite Leistungszweig II beinhaltet die Leistungsübertragung vom Eingang E zum Ausgang A betrachtet über die Einrichtung 5 zur zumindest teilweisen Umgehung des Leistungsflusses über die hydrodynamische Komponente 3, wobei hier vorzugsweise der Hauptbereich durch die vollständige Überbrückung charakterisiert ist. Die Leistungsübertragung erfolgt dann rein mechanisch frei von einer Leistungsübertragung über die hydrodynamische Komponente. Auch diese ist im dargestellten Beispiel der Vorrichtung 15 zur Dämpfung von Schwingungen im Kraftfluss nachgeordnet.
Bei der in der 1a dargestellten Ausführung handelt es sich um eine sogenannte Dreikanalausführung einer Kraftübertragungsvorrichtung 1. Diese ist durch zumindest drei Anschlüsse charakterisiert. Ein erster Anschluss 16 ist dabei wenigstens mittelbar mit dem Arbeitsraum AR der hydrodynamischen Komponente 3 gekoppelt, ein zweiter Anschluss 17 ist wenigstens mittelbar, das heißt direkt oder indirekt über weitere Elemente mit dem Innenraum 14 verbunden, während der dritte Anschluss 18 mit der mit Druckmittel beaufschlagbaren Kammer 11 gekoppelt ist. Je nach Ansteuerung kann über die beiden Anschlüsse 16 und 17 eine unterschiedliche Durchflussrichtung der hydrodynamischen Komponente 3 realisiert werden, wobei in Abhängigkeit der dort vorherrschenden Druckverhältnisse die hydrodynamische Komponente 3 entweder zentrifugal oder zentripetal durchströmt wird. Bei zentrifugaler Durchströmung bildet sich quasi ein externer außerhalb des Arbeitsraumes AR einstellender Kreislauf zum Strömungskreislauf im Arbeitsraum AR aus, über den beispielsweise eine Kühlung des Betriebsmediums der hydrodynamischen Komponente in Betrieb dieser, insbesondere bei Leistungsübertragung über den hydrodynamischen Leistungszweig I erfolgt. Im anderen Fall bei zentripetaler Durchströmung wird der Kreislauf im Arbeitsraum AR zur Leistungsübertragung aufrechterhalten, wobei auch hier ein externer Kühlölstrom aufrechterhalten werden kann. Die Anschlüsse 16 und 17 sind dabei mit einem Druckmittelversorgungs- und/oder Führungssystem gekoppelt. Dieses kann vielgestaltig ausgeführt sein. Dazu sind ferner in diesem Mittel zur Steuerung der Druckverhältnisse an den einzelnen Anschlüssen 16 und 17 vorgesehen. Ferner kann auch der Anschluss 18 mit dem gleichen Druckmittelversorgungs- und/oder Führungssystem gekoppelt sein oder aber mit einem separaten System. Entscheidend ist, dass der Druck in der mit Druckmittel beaufschlagbaren Kammer 11 frei, d. h. unabhängig von den Verhältnissen in den übrigen mit Druckmittel beaufschlagbaren Kammern einstellbar ist.
Die mit Druckmittel beaufschlagbare Kammer 11 wird dabei vom Kolbenelement 10 begrenzt, indem dieses druck- und flüssigkeitsdicht am Gehäusedeckel 13 beziehungsweise einem drehfest mit diesem gekoppelten Element oder dem Eingang E direkt gekoppelt ist. Durch diese Kopplung rotiert das Kolbenelement 10 mit identischer Rotationsgeschwindigkeit zum Gehäusedeckel 13. Wird nunmehr im nicht betätigten Zustand der Einrichtung 5 die hydrodynamische Komponente 3 durch die Antriebsmaschine beschleunigt, stellt sich zwischen dem Gehäusedeckel 13 und dem Kolbenelement 10 je nach Drehzahl ein bestimmtes Fliehöldruckprofil ein, das bei Ungleichheit der an den beiden zueinander entgegengesetzt ausgerichteten Stirnseiten 10a und 10b des Kolbenelementes 10 wirkenden Drücke und dem Vorliegen einer daraus resultierenden Axialkraft F_res-axial zu einer Abstützung der resultierenden Axialkraft am Kolbenelement 10 führt und es hierdurch zu einem Selbstschließeffekt oder aber zu Zuschaltproblemen der Einrichtung 5 kommen kann. Entscheidend ist dabei der Fliehkrafteffekt der rotierenden Ölmassen beidseits der Stirnseiten 10a und 10b des Kolbens 10. Diese Fliehkrafteffekte, bedingt durch die rotierenden Betriebsmittelmassen, sind um so schwieriger beherrschbar, wenn die Drehzahlverhältnisse sich zwischen dem Gehäusedeckel 13 und dem Kolbenelement 10 zur Drehzahl an der hydrodynamischen Komponente 3, insbesondere des Turbinenrades T ändern oder sogar ein anderes Vorzeichen erhalten. Dies ist insbesondere immer dann der Fall, wenn der Drehzahl der Antriebsmaschine sich erhöht oder reduziert oder wenn sich die Betriebsweise vom Zug- auf den Schubbetrieb ändert. Daher wird erfindungsgemäß ein Beeinflussungselement 12, welches vorzugsweise als scheibenförmiges Element 22 ausgebildet ist und als Drehzahlblech bezeichnet wird, vorgesehen, über das sich die Axialkraft an einem anderen Element, insbesondere dem Gehäusedeckel 13 frei von einer Abstützung am Kolbenelement 10 abstützt. Dazu wird das Beeinflussungselement 12 in axialer Richtung in Einbaulage betrachtet, zwischen Eingang E und Ausgang A räumlich möglichst kolbennah angeordnet und läuft drehsynchron mit dem Kolbenelement 10, wodurch das zwischen dem Kolbenelement 10 und dem Beeinflussungselement 12, insbesondere dem scheibenförmigen Element 22 befindliche Betriebsmedium bedingt durch Schleppeffekte auf die Drehzahl des Kolbenelementes 10 verbracht wird. Dabei kann das scheibenförmige Element 22 jeder der Stirnseiten 10a oder 10b des Kolbenelementes zugeordnet werden und somit quasi mit einer ersten besonders vorteilhaften Ausführung im Hinblick auf den zur Verfügung stehenden Bauraum zwischen Kolbenelement 10 und einem Anschlusselement in axialer Richtung entweder der Vorrichtung 15 zur Dämpfung von Schwingungen oder aber der hydrodynamischen Komponente 3 vorgeordnet werden.
Das Beeinflussungselement 12 ist dazu im Bereich seines Innendurchmessers di durch einen Anschlussbereich 19 charakterisiert, in welchem eine drehfeste Verbindung mit einem mit dem Kolbenelement 10 drehfest verbundenen Element 21 erfolgt. Dieses wird hier von einer Kolbennabe 20 gebildet, die drehfest mit dem Eingang E verbunden ist.
Die 1a verdeutlicht dabei eine besonders vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäß eingesetzten scheibenförmigen Elementes 22 in einer besonders vorteilhaften Anordnung in einem sogenannten 3-Kanal-Kraftübertragungssystem. Hier wird der ohnehin zwischen dem Kolbenelement 10 und der Vorrichtung 15 zur Dämpfung von Schwingungen in axialer Richtung vorhandene Bauraum, bedingt durch die Ausbildung der Einrichtung 5 zur wenigstens teilweisen Überbrückung der hydrodynamischen Leistungsübertragung genutzt, ferner in radialer Richtung der durch die Einrichtung 5 erzeugte Zwischenraum. Das scheibenförmige Element 22, welches vorzugsweise als Blechelement ausgebildet ist, weist dabei eine maximale radiale Erstreckung auf, die bis in den Bereich des Innenumfanges 24 der Einrichtung 5 reicht, wobei das scheibenförmige Element 22 frei von einem Kontakt zur Einrichtung 5 ist. Zur Verhinderung eines Abschleifeffektes sowie zur Stabilitätserhöhung des Beeinflussungselementes 12 ist dieses vorzugsweise konisch ausgeformt, d. h. im Querschnitt betrachtet in axialer Richtung mit unterschiedlichen Durchmessern ausgeführt, wobei der Übergang stetig oder abrupt erfolgen kann.
1b verdeutlicht eine Ansicht von Rechts des scheibenförmigen Elementes 22 gemäß 1a.
Die 2 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung anhand einer Ausführung der Kraftübertragungsvorrichtung 1 gemäß dem Stand der Technik in Dreikanalbauweise die sich ergebende Problematik im Hinblick auf die unterschiedlichen Drücke beidseits des Kolbenelementes mit überlagertem Fliehkrafteffekt der rotierenden Ölmassen. 2a verdeutlicht dabei einen Axialschnitt der Kraftübertragungsvorrichtung 1 gemäß dem Stand der Technik. Die 2b verdeutlicht für das Kolbenelement 10 das sich einstellende Druckprofil für das beidseits des Kolbenelements 10 befindliche Medium. Ersichtlich ist dabei die daraus resultierende axiale Kraft F_res-axial, die eine einwandfreie und einfache Regelung der gesamten Kraftübertragungsvorrichtung und insbesondere der Einrichtung 5 zur Überbrückung nicht mehr gewährleistet. Die hydrodynamischen Effekte in der Kraftübertragungsvorrichtung resultieren dabei aus Drehzahlunterschieden zwischen dem Kolbenelement 10 und dem Turbinenrad T oder aufgrund von Drehzahlunterschieden zwischen dem Gehäusedeckel 13 und dem Kolbenelement 10, je nach Ausführung der Kraftübertragungsvorrichtung. Dabei drehen in der Regel der Gehäusedeckel 13 als auch das Kolbenelement 10 mit gleicher Rotationsge schwindigkeit. Erfolgt eine Beschleunigung der hydrodynamischen Komponente, stellt sich zwischen dem Gehäusedeckel 13 und dem Kolbenelement 10 je nach Drehzahl ein bestimmtes Fliehöldruckprofil ein. Dieses liegt auf der Stirnseite 10a des Kolbenelementes 10 an. Das Turbinenrad T ist jedoch mit dem Getriebe, in de Regel einem Automatikgetriebe und somit mit dem Abtrieb A gekoppelt. Daraus ist ersichtlich, dass sich an der Stirnseite 10b des Kolbenelementes beispielsweise im Zustand des Anfahrens ein anderes Drehzahlprofil einstellen wird, als an der Stirnseite 10a. Die Ursache dafür besteht darin, dass die Drehzahl bei Komponenten rechts vom Kolbenelement 10 sich aus der Drehzahl des Kolbenelementes 10 und damit der Motordrehzahl und der Drehzahl der in diesem Zustand langsamer rotierenden Turbine T zusammensetzt, so dass die rotierenden Ölmassen auf dieser Seite mit einer langsameren Geschwindigkeit oder durch eine geringere Winkelgeschwindigkeit ω charakterisiert sind. Daraus resultiert ein Fliehöldruckprofil rechts des Kolbenelementes 10, welches zu geringeren Fliehöldrücken p_W als p_WK links des Kolbenblechs 10 führt. Die gemittelte Drehzahl ist dabei geringer. Die daraus resultierende Axialkraft F_res-axial stützt sich im Stand der Technik gemäß 2a direkt am Kolbenelement 10 ab und beeinflusst dessen Funktion. Durch das erfindungsgemäß eingesetzte Beeinflussungselement 12 gemäß 1a stützt diese sich nunmehr nicht mehr direkt am Kolbenelement 10 ab sondern am Gehäuseteil, insbesondere dem Gehäusedeckel 13, so dass hier keine negative Beeinflussung der Betätigung des Kolbenelementes 10 erfolgt und dieses im Hinblick auf die einzustellende Anpresskraft frei ansteuerbar ist.
Die 3a und 3b verdeutlichen anhand von Diagrammen, insbesondere Drehzahl-/Zeitdiagrammen, Druck-/Zeitdiagrammen, Drehmoment-/Zeitdiagrammen für die hydrodynamische Komponente 3 einander gegenübergestellt die Verhältnisse gemäß dem Stand der Technik in 3b und bei erfindungsgemäßem Einsatz eines Beeinflussungselementes 12 in 3a. Dabei verdeutlicht die 3a die Kennlinie wie diese sich einstellt bei einem hohen Druck in der hydrodynamischen Komponente 3, frei von einem Selbstschließeffekt der reibschlüssigen Kupplung durch Einsatz des erfindungsgemäßen scheibenförmigen Elementes 22. Demgegenüber verdeutlicht die 3b eine Ausführung gemäß dem Stand der Technik frei von einem derartigen scheibenförmigen Element 22. Daraus ist ersichtlich, dass sich hier Momentenstöße beziehungsweise örtlich stark ändernde Momentenschwankungen ergeben.
Die 4a und 4b verdeutlichen in schematisiert vereinfachter Darstellung zwei mögliche Ausführungen einer Kraftübertragungsvorrichtung 1 mit unterschiedlicher Integration des Beeinflussungselementes 12, insbesondere des scheibenförmigen Elementes 22. Dieses ist gemäß 4a entsprechend der Ausführung in den 1 bis 3 angeordnet, während die 4b eine Ausführung mit zwischen dem Gehäusedeckel 13 und dem Kolbenelement 10 angeordnetem scheibenförmigem Element 22 wiedergibt. Wie bereits ausgeführt, erfolgt die Anordnung möglichst im Bereich des Kolbens 10.
Das scheibenförmige Element 22 ist wie bereits ausgeführt vorzugsweise als Blechelement ausgebildet, da dieses aufgrund seiner geringen Dicke einer entsprechenden Elastizität ausgesetzt ist. Vorzugsweise wird jedoch das Beeinflussungselement 12 in Abhängigkeit eines möglichen sich ergebenden Differenzdruckes am Kolbenelement 10 ausgelegt. Diesbezüglich bestehen eine Vielzahl von Möglichkeiten.
Die 5a verdeutlicht eine Ausführung des Beeinflussungselementes 12 als ringscheibenförmiges Element 22 mit ebener und in axialer Richtung weisenden Oberflächen. Die Oberflächen sind in Umfangsrichtung umlaufend und geschlossen, d. h. es sind im Bereich des Außenumfanges keine randoffenen Ausnehmungen vorgesehen. Demgegenüber verdeutlicht 5b eine Ausführung mit zum Teil konischer Ausgestaltung in Form einer Blechhülse, d. h. mit geformter Oberfläche. Diese Ausführungen sind beispielhaft.

1: Kraftübertragungsvorrichtung
2: Getriebeeingangswelle
3: hydrodynamische Komponente
4: hydrodynamischer Drehzahl-/Drehmomentwandler
5: Einrichtung zur zumindest teilweisen Überbrückung
6: schaltbare Kupplungseinrichtung
7: erster Kupplungsteil
8: zweiter Kupplungsteil
9: Betätigungseinrichtung
10: Kolbenelement
10a: Stirnseite
10b: Stirnseite
11: mit Druckmittel beaufschlagbare Kammer
12: Beeinflussungselement
13: Gehäusedeckel
14: Innenraum
15: Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen
16: Anschluss
17: Anschluss
18: Anschluss
19: Anschlussbereich
20: Kolbennabe
21: Element
22: scheibenförmiges Element
23: Nabenelement
24: Innenumfang
I: erster hydrodynamischer Zweig
II: zweiter mechanischer Zweig
AR: Arbeitsraum
L: Leitrad
P: Pumpenrad
T: Turbinenrad
R: Rotationsachse
E: Eingang
A: Ausgang

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4433256 A1 [0002]
- DE 102006028557 A1 [0003]

Claims

Kraftübertragungsvorrichtung (1), insbesondere zur Leistungsübertragung zwischen einer Antriebsmaschine und einem Abtrieb, umfassend zumindest einen Eingang (E) und einen Ausgang (A), eine hydrodynamische Komponente (3) mit einem Pumpenrad (P) und einem Turbinenrad (T) und eine Einrichtung (5) zur zumindest teilweisen Überbrückung der hydrodynamischen Komponente (3) mit einer, ein mit Druckmittel beaufschlagbares Kolbenelement (10) aufweisenden Stelleinrichtung und mit Mitteln zur Beeinflussung der Drehgeschwindigkeitsdifferenz von Strömungsmedien beidseitig des Kolbenelementes (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel ein drehsynchron mit dem Kolbenelement (10) rotierbares, frei von einer direkten Verbindung mit dem Kolbenelement (10) sich in radialer Richtung nach außen erstreckendes und in radialer Richtung zumindest im Bereich des Außendurchmessers unter Ausbildung eines axialen Abstandbereiches zum Kolbenelement (10) angeordnetes Beeinflussungselement (12) umfassen.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Beeinflussungselement (12) angeordnet und ausgebildet ist, um über seine gesamte radiale Erstreckung einen axialen Abstand zum Kolbenelement (10) aufzuweisen.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Beeinflussungselement (12) als scheibenförmiges oder ringscheibenförmiges Element (22) ausgeführt ist.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Beeinflussungselement (12) als konisch ausgebildetes Element, insbesondere verformtes ringscheiben- oder hülsenförmiges Element (22) ausgeführt ist.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Beeinflussungselement (12) drehfest mit einem drehfest mit dem Kolbenelement (10) gekoppelten Element (21) verbunden ist.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese zumindest zwei Anschlüsse (16, 17), einen ersten mit einem Ar beitsraum (AR) der hydrodynamischen Komponente (3) gekoppelten Anschluss (16), einen zweiten mit einem von einem Gehäuse (13) und dem Außenumfang der hydrodynamischen Komponente (3) begrenzten und mit Betriebsmittel befüllbaren Raum (14) gekoppelten Anschluss (17) umfasst.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass diese als 3-Kanaleinheit ausgeführt ist, umfassend zumindest einen weiteren, mit dem, dem Kolbenelement (10) zugeordneten und mit Druckmittel beaufschlagbaren Raum (11) gekoppelten Anschluss (18), wobei das Kolbenelement (10) am Eingang (E) oder einem mit diesem drehfest verbundenen Element (20) druck- und flüssigkeitsdicht geführt ist.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Beeinflussungselement (12) in axialer Richtung zwischen Eingang (E) und Ausgang (A) betrachtet zwischen Kolbenelement (10) und Turbinenrad (T) der hydrodynamischen Komponente (3) angeordnet ist.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Vorrichtung (15) zur Dämpfung von Schwingungen umfasst, die in axialer Richtung zwischen Eingang (E) und Ausgang (A) betrachtet zwischen Kolbenelement (10) und Turbinenrad (T) der hydrodynamischen Komponente (3) angeordnet ist und das Beeinflussungselement (12) in axialer Richtung zwischen Eingang (E) und Ausgang (A) betrachtet zwischen Kolbenelement (10) und Vorrichtung (15) zur Dämpfung von Schwingungen angeordnet ist.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Vorrichtung (15) zur Dämpfung von Schwingungen umfasst, die in axialer Richtung zwischen Eingang (E) und Ausgang (A) betrachtet zwischen Kolbenelement (10) und Turbinenrad (T) der hydrodynamischen Komponente (3) angeordnet ist und das Beeinflussungselement (12) in axialer Richtung zwischen Eingang (E) und Ausgang (A) betrachtet zwischen der Vorrichtung (15) zur Dämpfung von Schwingungen und dem Turbinenrad (T) der hydrodynamischen Komponente (3) angeordnet ist.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Beeinflussungselement (12) in axialer Richtung zwischen dem Ein gang (E) der Kraftübertragungsvorrichtung (1) und dem Kolbenelement (10) angeordnet ist.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Beeinflussungselement (12) drehfest mit dem Eingang (E) der Kraftübertragungsvorrichtung (1) verbunden ist.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Beeinflussungselement (12) drehfest mit einem mit dem Kolbenelement (10) verbundenen Nabenelement (20) verbunden ist.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Beeinflussungselement (12) drehfest mit dem Ausgang (A) der Kraftübertragungsvorrichtung (1) oder einem drehfest mit diesem gekoppelten Element (23) verbunden ist.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Beeinflussungselement (12) als Blechbauteil ausgeführt ist.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrodynamische Komponente (3) als hydrodynamische Kupplung ausgeführt ist.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrodynamische Komponente (3) als hydrodynamischer Drehzahl-/Drehmomentwandler (4) ausgeführt ist.