DE102010023718B4

DE102010023718B4 - Drehmomentwandler

Info

Publication number: DE102010023718B4
Application number: DE102010023718.3A
Authority: DE
Inventors: Florian Baral; Yannick Strub
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-07-02
Filing date: 2010-06-14
Publication date: 2021-12-23
Anticipated expiration: 2030-06-15
Also published as: DE102010023718A1

Abstract

Drehmomentwandler (10) mit einem Wandlergehäuse (20) und einem an einer Seitenfläche (22) des Wandlergehäuses (20) zentriert und drehfest angeordneten Zentrierelement (24), wobei das Zentrierelement (24) ein Zentriermittel (28) und einen Elementbefestigungsbereich (32) sowie einen zwischen Zentriermittel (28) und Elementbefestigungsbereich (32) befindlichen Elementzwischenbereich (30) mit einer Berandungsfläche (34) aufweist und das Zentrierelement (24) über den Elementbefestigungsbereich (32) drehfest mit dem Wandlergehäuse (20) verbunden ist, wobei sich ein Durchmesser (106) des Elementzwischenbereichs (30) in axialer Richtung (100) stetig verändert, und der Durchmesser (106) des Elementzwischenbereichs (30) in axialer Richtung (100) mindestens ein Minimum als Extremwert aufweist, um eine Querschnittsverengung des Elementzwischenbereichs zu schaffen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehmomentwandler mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1.
Derartige Drehmomentwandler sind aus der US 2008/0149443 A1 bekannt. Der Drehmomentwandler ist zwischen einem Antriebselement, beispielsweise einer Brennkraftmaschine und einem Abtriebselement, beispielsweise einem Getriebe angeordnet. Der Drehmomentwandler umfasst ein Turbinenrad, das mit einer Eingangswelle des Getriebes verbunden ist, ein Leitrad zur Umlenkung der Strömung eines Fluids innerhalb des Drehmomentwandlers und ein Pumpenrad, das mit einem das Fluid umschließende Wandlergehäuse des Drehmomentwandlers verbunden ist. Das Wandlergehäuse ist mit einer das Antriebsmoment übertragenden Kurbelwelle drehfest verbunden.
Zur Ausrichtung und Befestigung des Drehmomentwandlers an der Kurbelwelle ist an der antriebsseitigen Seitenfläche des Wandlergehäuses ein Zentrierelement als separates Bauteil angebracht. Das Zentrierelement enthält ein Zentriermittel, über das es mit der Kurbelwelle verbunden ist und einen Elementbefestigungsbereich, über den die drehfeste Anbindung an die Seitenfläche des Wandlergehäuses erfolgt. Zwischen Zentriermittel und Elementbefestigungsbereich befindet sich ein Elementzwischenbereich, der eine gewisse Länge in axialer Richtung hat. Der Elementbefestigungsbereich bildet dabei die Schnittstelle zwischen der Seitenfläche des Wandlergehäuses und dem Elementzwischenbereich.
In der US 6,036,439 wird eine einteilige Ausführung des Zentrierelements und des Wandlergehäuses vorgeschlagen. So ist das Zentrierelement als Verformung des Wandlergehäuses aus einem gemeinsamen Bauteil und gleichem Material ausgebildet. Der Elementbefestigungsbereich des Zentrierelements geht hierbei nahtlos in das Wandlergehäuse über.
An dem Antriebselement potentiell auftretende Biegeschwingungen werden über die Kurbelwelle und das Zentrierelement auf das Wandlergehäuse übertragen. Dabei ist die Verbindung zwischen Zentrierelement und Wandlergehäuse je nach Stärke der Biegeschwingung mehr oder weniger starken Biegemomenten ausgesetzt. Dabei ist die Verbindung durch eine maximale Belastbarkeit charakterisiert, die im Allgemeinen durch den Durchmesser des Elementbefestigungsbereichs beeinflusst werden kann. Je größer dieser Durchmesser ist, desto kleiner wird die an dem Umfang des Elementbefestigungsbereichs und an der Verbindung zwischen Zentrierelement und Wandlergehäuse wirkende Biegekraft bei vorgegebenem Biegemoment auf das Zentriermittel. Ist jedoch der radiale Bauraum des Elementbefestigungsbereich begrenzt und soll dessen Durchmesser so klein wie möglich ausgebildet werden, so entstehen hohe Biegebelastungen an der Verbindung zwischen Zentrierelement und Wandlergehäuse.
Aus den Veröffentlichungen DE 10 2008 005 143 A1 , DE 10 2007 058 023 A1 und DE 44 23 640 A1 sind hydrodynamische Drehmomentwandler mit einzelnen Merkmalen des Anspruchs 1 bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Biegebelastungen auf das Zentrierelement zu beeinflussen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Drehmomentwandler mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
Entsprechend wird ein erfindungsgemäßer Drehmomentwandler mit einem Wandlergehäuse und einem an einer Seitenfläche des Wandlergehäuses zentriert und drehfest angeordneten Zentrierelement vorgeschlagen, bei dem das Zentrierelement ein Zentriermittel und einen Elementbefestigungsbereich sowie einen in axialer Richtung zwischen Zentriermittel und Elementbefestigungsbereich befindlichen Elementzwischenbereich aufweist. Das Zentrierelement ist über den Elementbefestigungsbereich drehfest mit dem Wandlergehäuse verbunden und die Berandungsfläche des Elementzwischenbereichs ist wenigstens abschnittsweise größer als die Berandungsfläche eines vergleichbaren vollzylindrischen Elementzwischenbereichs. Die Berandungsfläche des Elementzwischenbereichs der erfindungsgemäßen Ausführung umfasst die Umfangsfläche des Elementzwischenbereichs. Die Umfangsfläche wird im Allgemeinen durch eine äußere Umfangsfläche und bei einigen Ausführungsformen, die eine Aussparung oder Ausnehmung und damit zusätzlich eine innere Umfangsfläche aufweisen, als Summe der äußeren und der inneren Umfangsfläche gebildet. Die Berandungsfläche des vergleichbaren vollzylindrischen Elementzwischenbereichs umfasst eine äußere Umfangsfläche und weist radial innerhalb dieser Umfangsfläche keine Aussparung oder Ausnehmung auf.
Durch die Vergrößerung der Berandungsfläche kann die Verbiegung des Elementzwischenbereichs beeinflusst werden. Bewirkt eine Biegeschwingung an dem Zentriermittel beispielsweise die Einleitung eines Biegemomentes in das Zentrierelement, so kann die Verbiegung in Abhängigkeit von der Größe der Berandungsfläche des Elementzwischenbereichs variieren.
Wird über die Biegeschwingung eine Weganregung in Form einer Auslenkung des Zentriermittels gegenüber dem Elementbefestigungsbereich als Randbedingung vorgegeben, so kann die Größe der Berandungsfläche das Biegemoment an dem Elementzwischenbereich beeinflussen.
Dabei ändert sich der Durchmesser des Elementzwischenbereichs in axialer Richtung stetig, womit eine verbesserte Verteilung der Biegebelastung insbesondere in Form des Biegemomentes in dem Zentrierelement erreicht wird. So können sprunghafte Änderungen der Biegebelastung und etwaige lokale Konzentrationen von Materialspannungen in dem Elementzwischenbereich verringert werden.
Außerdem weist der Durchmesser des Elementzwischenbereichs in axialer Richtung mindestens einen Extremwert auf. Insbesondere ist der Extremwert ein Minimum, womit eine Verengung des Querschnitts des Elementzwischenbereichs geschaffen wird. Dadurch kann das Zentrierelement biegeweich ausgestaltet werden, womit beispielsweise eine Weganregung an dem Elementzwischenbereich ein geringeres Biegemoment in den Elementbefestigungsbereich einleitet, als wenn keine Verengung vorgesehen wäre. Die Belastung auf die Verbindung zwischen Zentrierelement und Wandlergehäuse kann somit verringert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Berandungsfläche aus einer äußeren Randfläche und einer durch eine Ausnehmung gebildeten inneren Randfläche gebildet. Die Ausnehmung kann beispielsweise als Bohrung ausgeführt sein. Vorteilhafterweise weist die Ausnehmung eine Längsachse auf, wobei die Längsachse parallel zu der axialen Richtung liegt. In einer weiteren Ausführungsform liegt die Längsachse der Ausnehmung senkrecht zu der axialen Richtung. Insbesondere liegt die Längsachse senkrecht zu der Biegeachse, um die das Zentrierelement am stärksten mit Biegungen belastet wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Zentrierelement bezüglich der axialen Richtung rotationssymmetrisch ausgebildet. Ist die axiale Richtung gleichzeitig die Drehachse des Drehmomentwandlers, so kann eine gleichförmige und ausgewuchtete Drehung des Zentrierelements um die Drehachse stattfinden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform bilden das Zentrierelement und das Wandlergehäuse ein gemeinsames Bauteil. Beispielsweise kann das Zentrierelement aus dem Wandlergehäuse durch eine Verformung ausgebildet werden. Dadurch entsteht eine stabile Verbindung zwischen Zentrierelement und Wandlergehäuse. Ist eine große axiale Länge und/oder ein großer Durchmesser des Zentrierelements gefordert und kann dieser mit einer einteiligen Ausgestaltung des Zentrierelements und des Wandlergehäuses nicht erreicht werden, so kann das Zentrierelement vorteilhafterweise als separates Bauteil ausgeführt sein, wobei dieses mit dem Elementbefestigungsbereich an dem Wandlergehäuse verschweißt oder vernietet ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der maximale Durchmesser des Zentriermittels größer als der maximale Durchmesser des Elementbefestigungsbereichs. Hierdurch ist die Anbringung des Zentrierelements auch in kleinem radialen Bauraum an dem Wandlergehäuse möglich.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Abbildungen, sowie deren Beschreibungsteile, bei deren Darstellung zugunsten der Übersichtlichkeit auf eine maßstabsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde. Es zeigen im Einzelnen:

1 Den Halbschnitt durch einen Drehmomentwandler nach dem Stand der Technik
2 Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Zentrierelement.
3 Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Zentrierelement in einer weiteren Ausführungsform.
4 Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Zentrierelement in einer weiteren Ausführungsform.
5 Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Zentrierelement in einer weiteren Ausführungsform.
6 Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Zentrierelement in einer weiteren Ausführungsform.

In 1 ist ein Drehmomentwandler 10 nach dem Stand der Technik dargestellt. Der Drehmomentübertragungseinrichtungsmomentwandler 10 umfasst ein innerhalb des Wandlergehäuses 20 angeordnetes Turbinenrad 12, das mit einer Eingangswelle eines Getriebes (hier nicht dargestellt) verbunden ist und ein Pumpenrad 14, das mit dem Wandlergehäuse 20 verbunden ist. Des Weiteren ist ein Leitrad 16 zur Umlenkung der Strömung eines Fluids innerhalb des Wandlergehäuses 20 vorgesehen. Das Wandlergehäuse 20 ist mit dem Antriebelement beispielsweise mit einer das Antriebsmoment übertragenden Kurbelwelle (hier nicht dargestellt) mit Hilfe einer axial elastischen Platte, einer sogenannten Flexplate 18 drehfest verbunden.
Die Ausrichtung des Drehmomentwandlers 10 an der Kurbelwelle erfolgt über ein Zentrierelement 24, das an der antriebsseitigen Seitenfläche 22 des Wandlergehäuses 20 radial zentriert angebracht ist. Das Zentrierelement 24 ist als separates Bauteil ausgeführt und über ein Verbindungsmittel 26 beispielsweise in Form einer Schweißnaht mit der Seitenfläche 22 des Wandlergehäuses 20 drehfest verbunden.
2 zeigt den Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Zentrierelement 24. Das Zentrierelement 24 enthält ein Zentriermittel 28, über das es mit der Kurbelwelle verbunden ist und mit dem eine Positionierung und Ausrichtung des Zentrierelements 24 gegenüber der Kurbelwelle möglich ist. Des Weiteren weist es einen Elementbefestigungsbereich 32 auf, über den die drehfeste Anbindung an die Seitenfläche 22 des Wandlergehäuses 20 mit Hilfe von Verbindungsmitteln 26, beispielsweise in Form von Schweißnähten oder Schweißpunkten erfolgt. Zwischen Zentriermittel 28 und Elementbefestigungsbereich 32 befindet sich der Elementzwischenbereich 30, der eine definierte Ausdehnung in axialer Richtung 100 aufweist. Der Elementbefestigungsbereich 32 bildet dabei die Schnittstelle zwischen der Seitenfläche 22 des Wandlergehäuses 20 und dem Elementzwischenbereich 30.
Die Berandungsfläche 34 des Elementzwischenbereichs 30, hier durch die äußere Umfangsfläche 36 gebildet, ist wenigstens abschnittsweise größer als die Berandungsfläche eines vergleichbaren vollzylindrisch ausgebildeten Elementzwischenbereichs nach dem Stand der Technik. Der Durchmesser 106 des Elementzwischenbereichs 30 ist in axialer Richtung 100 variabel und ändert sich über die axiale Richtung 100 stetig. Außerdem weist der Durchmesser 106 in axialer Richtung 100 einen Extremwert in Form eines Minimums auf. Dadurch erzeugt eine über das Zentriermittel 24 eingeleitete Auslenkung, wie diese durch eine Biegeschwingung hervorgerufen werden kann, ein geringeres Biegemoment an dem Elementzwischenbereich 30 und damit an der Verbindung zwischen Zentrierelement 24 und Wandlergehäuse 20. Somit kann die Belastung auf die Schweißnaht reduziert werden.
Insbesondere kann die Biegebelastung durch einen größeren Durchmesser 104 des Elementbefestigungsbereichs 32 erzielt werden, da sich hiermit die Kraft auf die üblicherweise am Umfang angebrachte Schweißnaht bei einem wirkenden Biegemoment verringert. Ist der radiale Bauraum an dem Wandlergehäuse 20 hingegen beschränkt, so kann der Durchmesser 104 des Elementbefestigungsbereichs 32 nicht beliebig vergrößert werden. Besonders wenn dieser Durchmesser 104 kleiner als der Durchmesser 102 des Zentriermittels 28 ist, kann mit einer Verengung des Querschnitts im Elementzwischenbereich 30 eine Reduktion der Biegebelastung auf den Elementbefestigungsbereich 32 erzielt werden.
In 3 und 4 sind jeweils die Querschnitte durch erfindungsgemäße Zentrierelemente 24 in weiteren Ausführungsformen dargestellt. Dabei liegt das Minimum des Durchmessers 106 in beiden Varianten näher an dem Zentriermittel 28 als an dem Elementbefestigungsbereich 32 und das Minimum des Durchmessers 106 ist betragsmäßig geringer als in der Ausführungsform in 2. Im Vergleich zu dem Zentrierelement 24 in 2 ist eine noch bessere Reduzierung der Biegebelastung möglich. In 4 weist der Durchmesser 106 in dem Elementzwischenbereich 30 außerdem einen unstetigen Verlauf in axialer Richtung 100 auf.
5 zeigt ein Zentrierelement 24 eines erfindungsgemäßen Drehmomentwandlers 10 in einer weiteren Ausführungsform. Das Zentrierelement 24 weist eine Berandungsfläche 34 eines Elementzwischenbereichs 30, in axialer Richtung 100 zwischen einem Zentriermittel 28 und einem Elementbefestigungsbereich 32 gelegen, auf, wobei sich die Berandungsfläche 34 aus einer äußeren Randfläche 36 und einer inneren Randfläche 38 zusammensetzt. Die innere Randfläche 38 wird durch die Umfangsfläche einer in dem Zentrierelement 24 eingebrachten Ausnehmung 40 gebildet. Die Ausnehmung 40 weist eine Längsachse 42 auf, die parallel zu der axialen Richtung 100, insbesondere parallel zu der Drehachse des Drehmomentwandlers 10 verläuft. Die zusammen aus der inneren Randfläche 38 und der äußeren Randfläche 36 gebildete Berandungsfläche 34 ist betragsmäßig größer als die einer vergleichbaren Randfläche eines vollzylindrischen Elementzwischenbereichs, wodurch sich eine elastischere Ausgestaltung des Elementzwischenbereichs 30, insbesondere eine biegeweiche Eigenschaft des Zentrierelements 24 ergibt.
6 zeigt ein Zentrierelement 24 eines erfindungsgemäßen Drehmomentwandlers 10 in einer weiteren Ausführungsform. Eine Ausnehmung 40 ist in dem Elementzwischenbereich 30 des Zentrierelements 24 derart eingebracht, dass die Längsachse 42 der Ausnehmung 40 senkrecht zu der axialen Richtung 100, hier senkrecht zu der Zeichenebene, verläuft. Die Längsachse 42 kann insbesondere beliebig in einer zu der axialen Richtung 100 senkrechten Ebene liegen. Vorteilhafterweise ist die Längsachse 42 senkrecht zu der Biegeachse des Zentrierelements 24, also der Achse, um die das Zentrierelement 24 am stärksten mit Biegungen belastet wird. Diese Ausführung des Zentrierelements 24 bewirkt eine biegeweiche Ausgestaltung des Elementzwischenbereichs 30 mit einem stabilen Elementbefestigungsbereich 32.
Bezugszeichenliste

10: Drehmomentwandler
12: Turbinenrad
14: Pumpenrad
16: Leitrad
18: Flexplate
20: Wandlergehäuse
22: Seitenfläche
24: Zentrierelement
26: Verbindungsmittel
28: Zentriermittel
30: Elementzwischenbereich
32: Elementbefestigungsbereich
34: Berandungsfläche
36: Äußere Randfläche
38: Innere Randfläche
40: Ausnehmung
42: Längsachse
100: Axiale Richtung
102: Durchmesser
104: Durchmesser
106: Durchmesser

Claims

Drehmomentwandler (10) mit einem Wandlergehäuse (20) und einem an einer Seitenfläche (22) des Wandlergehäuses (20) zentriert und drehfest angeordneten Zentrierelement (24), wobei das Zentrierelement (24) ein Zentriermittel (28) und einen Elementbefestigungsbereich (32) sowie einen zwischen Zentriermittel (28) und Elementbefestigungsbereich (32) befindlichen Elementzwischenbereich (30) mit einer Berandungsfläche (34) aufweist und das Zentrierelement (24) über den Elementbefestigungsbereich (32) drehfest mit dem Wandlergehäuse (20) verbunden ist, wobei sich ein Durchmesser (106) des Elementzwischenbereichs (30) in axialer Richtung (100) stetig verändert, und der Durchmesser (106) des Elementzwischenbereichs (30) in axialer Richtung (100) mindestens ein Minimum als Extremwert aufweist, um eine Querschnittsverengung des Elementzwischenbereichs zu schaffen.
Drehmomentwandler (10) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Berandungsfläche (34) aus einer äußeren Randfläche (36) und einer durch eine Ausnehmung (40) gebildeten inneren Randfläche (38) gebildet wird.
Drehmomentwandler (10) nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (40) eine Längsachse (42) aufweist, die parallel zu der axialen Richtung (100) liegt.
Drehmomentwandler (10) nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (40) eine Längsachse (42) aufweist, die senkrecht zu der axialen Richtung (100) liegt.
Drehmomentwandler (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (24) bezüglich der axialen Richtung (100) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Drehmomentwandler (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (24) und das Wandlergehäuse (20) ein gemeinsames Bauteil bilden.
Drehmomentwandler (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (24) mit dem Elementbefestigungsbereich (32) an dem Wandlergehäuse (20) verschweißt oder vernietet ist.
Drehmomentwandler (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Durchmesser (102) des Zentriermittels (28) größer ist als der maximale Durchmesser (104) des Elementbefestigungsbereichs (32).