DE102013202429A1

DE102013202429A1 - Einweg-Bremse für einen Drehmomentwandler-Stator

Info

Publication number: DE102013202429A1
Application number: DE102013202429A
Authority: DE
Inventors: Norman J. Bird; Dennis N. Wys; John S. Kozar; Kenneth W. May
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2013-02-14
Publication date: 2013-08-22
Anticipated expiration: 2033-02-15
Also published as: DE102013202429B4; CN103256365A; US20130213027A1; US8881516B2

Abstract

Eine Statorbaugruppe für einen Drehmomentwandler enthält ein gegenüber Drehung fixiertes Glied mit gegenseitig um eine Achse beabstandeten Eingriffsoberflächen, einen Stator, der mit um die Achse herum beabstandeten Taschen ausgebildet ist, Wippen, wobei sich jede Wippe in einer Tasche befindet und sich zur Ineingriffnahme mit den Eingriffsoberflächen zu diesen hin und von diesen weg drehen kann, und Federn, wobei jede Feder eine Wippe zur Ineingriffnahme mit den Eingriffsoberflächen drückt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Leitradbaugruppe und insbesondere eine Auflaufbremse, manchmal als eine Einwegbremse bezeichnet, die in die Leitradbaugruppe eines Drehmomentwandlers zur Verwendung in einem Motorfahrzeug eingebaut ist.
Ein Drehmomentwandler ist eine hydrodynamische Antriebseinheit, die Drehleistung überträgt und Drehmoment verstärken kann. Ein Drehmomentwandler enthält ein Pumpenrad, einen Stator oder ein Leitrad und eine Turbine, die alles Schaufelräder sind, in eine mit einem Hydraulikfluid wie etwa einem Automatikgetriebefluid gefüllte Ringabdeckung eingeschlossen. Der Stator, der sich in einem Fluidweg zwischen dem Ausgang der Turbine und dem Einlass des Pumpenrads befindet, leitet Fluid auf das Pumpenrad um, wodurch das Drehmoment verstärkt wird. Wenn der Drehmomentwandler aufläuft, fungiert er als eine Fluidkopplung, ohne das Drehmoment zu verstärken.
Bei Verwendung in einem Automatikgetriebe für ein Fahrzeug enthält ein Drehmomentwandler eine Einwegbremse (OWB – One-Way-Brake) zum Umsetzen von Drehmoment in dem Leitrad während der Drehmomentvervielfachung, während das Fahrzeug bei niedriger Geschwindigkeit beschleunigt. Die OWB gestattet dem Leitrad, sich frei zu drehen, das heißt aufzulaufen, wenn sich das Fahrzeug bei konstanter Geschwindigkeit befindet und ohne Gas fährt. Das Leitrad sich frei drehen zu lassen, während ohne Gas gefahren wird, reduziert den Luftwiderstand.
Eine herkömmliche OWB enthält mindestens drei Hauptkomponenten: einen außeren- und inneren Laufring aus Stahl und Verriegelungselemente, die Walzen oder Klemmkörper sind, die sich in einem ringförmigen Raum zwischen den Laufringen befinden. Der innere Laufring überträgt Drehmoment durch Keilnuten auf eine Statorwelle, die gegenüber Drehung fixiert ist. Der äußere Laufring wird in das Leitrad gedrückt, das üblicherweise aus Aluminium oder Kunststoff ausgebildet ist.
Der Stahl der Laufringe und der Verriegelungselemente ist wegen der während des Betriebs erzeugten großen Größe an Materialbeanspruchung von hoher Qualität. Die Laufringe erfordern auch zahlreiche maschinelle Bearbeitungsoperationen einschließlich des Bohrens von Schmierlöchern, Schrupp- und Schlichtdrehen (allgemein werden alle Oberflächen gedreht), Schleifen und Polieren für Finish und Toleranz und Räumen. Die Anzahl von Teilen einer herkömmlichen OWB mit Walzen oder Klemmkörpern erhöht ihre Kosten und ihre Herstellungskomplexität weiter.
Eine Statorbaugruppe für einen Drehmomentwandler enthält: ein gegenüber Drehung fixiertes Glied mit gegenseitig um eine Achse beabstandeten Eingriffsoberflächen, einen Stator, der mit um die Achse herum beabstandeten Taschen ausgebildet ist, Wippen, wobei sich jede Wippe in einer Tasche befindet und sich zur Ineingriffnahme mit den Eingriffsoberflächen zu diesen hin und von diesen weg drehen kann, und Federn, wobei jede Feder eine Wippe zur Ineingriffnahme mit den Eingriffsoberflächen drückt.
Die Einwegbremse weist eine geringe Anzahl von Teilen auf, weshalb weniger Bearbeitung, weniger Montageschritte und geringere Herstellungs- und Montagekosten erforderlich sind. Die große Kontaktfläche der Wippe auf dem Aluminiumstator, der richtige Angriffswinkel und die Wippenwellenlänge gestatten das direkte Installieren der OWB-Verriegelungselemente in das Leitrad.
Die Materialeigenschaften der Statorwelle gestatten ihre Verwendung als die Nocke für die OWB und Führung zum Führen des Stators an seine Stelle in der Baugruppe.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen leichter verstanden werden. Es zeigen:
1 ein Schemadiagramm eines Drehmomentwandlers;
2 eine perspektivische Seitenansicht, die einen Stator, eine Einwege-Kupplung und eine Statorwelle in beabstandeter Beziehung zeigt;
3 eine Vorderansicht auf die Stator-Statorwellen-Baugruppe von 2;
4 eine perspektivische Seitenansicht, die einen Stator, eine Einwege-Kupplung und eine Statorwelle in beabstandeter Beziehung zeigt;
5 eine Vorderansicht auf die Stator-Statorwellen-Baugruppe von 4; und
6 eine Vorderansicht eines Teils der Stator-Statorwellen-Baugruppe von 2.
Unter Bezugnahme auf 1 enthält ein Drehmomentwandler 10 ein Pumpenrad 11, eine Turbine 12 und einen Stator 13 oder ein Leitrad, die alle Schaufelräder sind, innerhalb einer mit einem Automatikgetriebehydraulikfluid gefüllten Ringabdeckung 15 eingeschlossen. Die Schaufeln des Stators 13, der sich in einem Fluidströmungsweg zwischen dem Ausgang der Turbine 12 und dem Einlass des Pumpenrads 11 befindet, leiten Fluid auf das Pumpenrad um. Der Stator 13 wird auf einer Einwegbremse 16 getragen, die auf einer Statorwelle 17 montiert ist, die gegenüber einer Drehung gehalten wird, indem sie üblicherweise an einem Getriebepumpengehäuse 19 fixiert ist.
Wie 2 zeigt, ist eine Statorwelle 20 mit externen Spline-Zähnen 22 ausgebildet, die auf einem Laufring 26 einer manchmal als eine Auflaufbremse bezeichneten Einwegbremse ausgebildete interne Spline-Zähne 24 in Eingriff nehmen. Die äußere Oberfläche des Laufrings 26 ist mit Nocken 28 ausgebildet, die um die Achse 30 winkelmäßig beabstandet sind.
Der Stator 14 ist mit Schaufeln 18 ausgebildet, die zueinander winkelmäßig um die Achse 30 herum beabstandet sind. Der Stator 14 enthält weiterhin eine Nabe, die sich radial innerhalb der Schaufeln befindet und in denen winkelmäßig um die Achse beabstandete Taschen 32 ausgebildet sind. Jede Tasche 32 enthält eine Wippe 34, manchmal als ein Lenker bezeichnet, und eine Feder 36, die ständig eine jeweilige Wippe zwingt, in ihrer Tasche in Richtung auf eine Eingriffnahme mit den Nocken 28 zu drehen.
3 zeigt drei der sechs eine Wippe 34 enthaltenden Taschen 32, und eine der Taschen 32 enthält auch eine gewickelte Schraubendruckfeder 36. Bevorzugt enthält jede Tasche 32 eine Wippe 34 und eine Feder 36.
In 3 ist die Wippe 34 auf der linken Seite in der verriegelten Position gezeigt, das heißt im Eingriff mit einem der Nocken 28, und zwar aufgrund der Kraft ihrer jeweiligen Feder 36 mit einem der Nocken 28, so dass der Stator 14 an der Statorwelle 20 und dem Laufring 26 fixiert ist, wodurch eine Drehung des Stators relativ zu der Statorwelle und dem Laufring entgegen dem Uhrzeigersinn verhindert wird.
Die mittlere Wippe 34 ist in der ratschenden Position gezeigt, in der die Kraft der Feder 36 die Wippe in Kontakt mit den Nocken 28 hält, wenn sich der Stator 14 relativ zu der Statorwelle 20 und dem Laufring 26 bei niedrigen Drehzahlen bis etwa 1000 min^–1 im Uhrzeigersinn dreht.
Die Wippe 34 auf der rechten Seite ist so gezeigt, dass sie sich ganz innerhalb ihrer Tasche 32 befindet, und zwar weil die Zentrifugalkraft auf die Wippe die Wippe außer Kontakt mit den Nocken 28 entgegen der Kraft ihrer Feder 36 gedreht hat, wobei sich der Stator 14 schneller als etwa 1000 min^–1 dreht.
Wie 4 zeigt, ist eine Statorwelle 50 mit externen Nockenzähnen 52 ausgebildet, die innerhalb eines ringförmigen Raums eines Stators 53 angebracht sind. Die Nabe des Stators 53 ist mit zueinander winkelförmig um die Achse 30 herum beabstandeten Taschen 54 ausgebildet. Jede Tasche 54 enthält eine Wippe 56 und eine gewickelte Schraubendruckfeder 58, ähnlich der Feder 36 in der Tasche angeordnet. Die Feder 38 drückt ständig eine jeweilige Wippe 56, sich in ihrer Tasche in Richtung auf eine Ineingriffnahme mit den Nockenzähnen 52 zu drehen. Die Nockenzähne 52 sind bevorzugt so geformt, dass sie der Form der Nocken 28 des in 2 und 6 gezeigten Laufrings 26 entsprechen, oder sie können die Form und Kontur herkömmlicher axialer Spline-Zähne aufweisen, wie in 4 gezeigt.
5 zeigt zwei der eine Wippe 56 enthaltenden sechs Taschen 54, und eine der Taschen 54 enthält auch eine Feder 58. Bevorzugt enthält jede Tasche 54 eine Wippe 56 und eine Feder 58.
In 5 ist die Wippe 56 auf der rechten Seite in der verriegelten Position gezeigt, das heißt in Eingriff mit einem der Nockenzähne 52, und zwar aufgrund der Kraft ihrer jeweiligen Feder 58, so dass der Stator 53 an der Statorwelle 50 fixiert ist, wodurch eine Drehung des Stators 53 relativ zur Statorwelle 50 entgegen dem Uhrzeigersinn verhindert wird.
Die Wippe 56 auf der linken Seite ist ganz innerhalb ihrer Tasche 54 angeordnet gezeigt, weil die Zentrifugalkraft auf die Wippe die Wippe im Uhrzeigersinn außer Kontakt mit den Nocken 52 entgegen der Kraft ihrer Feder 58 gedreht hat, wobei sich der Stator 53 schneller als etwa 1000 min^–1 dreht.
Bevorzugt ist der Stator 14, 54 aus einer gegossenen Aluminiumlegierung ausgebildet, und die kreisförmige Zylindergestalt des kreisförmigen Abschnitts jeder Tasche 32, 54 wird ausgebildet, wenn der Stator gegossen wird. Danach gestattet eine Schälbohroperation, dass ein Abschnitt der Tasche 32, 54 und der entsprechende Abschnitt der Wippe 34, 56 gegenseitig mit einer engen Toleranz angebracht werden. Bevorzugt ist jede Tasche 32, 54 ein Sackloch, das heißt mit einem offenen Ende an der axialen Seite weg von der Statorwelle 20, 50 und einem geschlossenen Ende an der axialen Seite bei der Statorwelle.
Bevorzugt wird jede Wippe 36, 56 aus gesintertem Pulvermetall ausgebildet. Die Statorwelle 20 und der Laufring 26 bestehen aus wärmebehandeltem Stahl.
Der Bereich der Anwendbarkeit der vorliegenden Ausführungsform ergibt sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die Beschreibung und spezifische Beispiele, wenngleich sie bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anzeigen, lediglich als Veranschaulichung vorgelegt werden. Verschiedene Änderungen und Modifikationen an den beschriebenen Ausführungsformen und Beispielen ergeben sich dem Fachmann.
6 zeigt, dass jede Wippe 34, 56 mit einer konvexen Kreiszylinderbasis 60, einem rechteckigen Wellenabschnitt 62 und einem rechteckigen Eingriffsnahmeabschnitt 64, der die Nocken 28 kontaktiert, ausgebildet ist. Jede Tasche 32, 54 enthält eine konkave Kreiszylinderoberfläche 66, die mindestens teilweise ausgebildet wird, wenn der Stator 14, 54 gegossen wird. Die konvexe Kreiszylinderbasis 60 einer Wippe 34, 56 wird in die konkave Kreiszylinderoberfläche 66 einer Tasche 32, 54 eingesetzt. Die Kreiszylindergestalten maximieren den Flächeninhalt der Aluminiumtasche 32, 54, wodurch der Kontaktdruck zwischen der Basis 60 der Wippe und der Oberfläche 66 der Wippe signifikant reduziert wird.
Bei der Ausführungsform von 4 und 5 ohne auf der Statorwelle 50 installiertem Stator wird eine Drehbewegung der Wippen 56 entgegen dem Uhrzeigersinn zur Achse 30 aufgrund der Kraft der Federn 58 dadurch begrenzt, dass jede Wippe eine in der Tasche gegenüber dem Ort der Feder 58 ausgebildete Anschlagsoberfläche 68 kontaktiert. In der Ausführungsform von 2, 3 und 6 können Anschlagsoberflächen 68 zum Begrenzen einer Drehbewegung der Wippen 34 entgegen dem Uhrzeigersinn zur Achse 30 aufgrund der Kraft der Federn 36 verwendet werden, sind aber nicht essentiell.
Bei der Ausführungsform von 4 und 5 zeigt 4, dass die Statorwelle 50 eine Kreiszylinderoberfläche 70 mit einem größeren Außendurchmesser als dem der Nockenzähne 52 aufweist. Wenn der Drehmomentwandler an der Statorwelle 50 installiert oder von der Statorwelle entfernt wird, führt die Oberfläche 70 die innere Zylinderoberfläche 72 des Stators 53, wodurch der Stator und der Drehmomentwandler geführt werden, während sie sich axial entlang der Statorwelle bewegen.
Bei der Ausführungsform von 4 und 5 befindet sich das axiale Ende der Statorwelle nicht in einer radialen Ebene, um die Installation des Drehmomentwandlers auf der Statorwelle 50 zu erleichtern. Es ist stattdessen mit schrägen Kehloberflächen 74 ausgebildet, die sich winkelmäßig um das Ende der Statorwelle und radial nach außen auf das Ende jedes Nockenzahns 52 erstrecken. Die schrägen Oberflächen 74 sind radial von der Achse 30 nach außen geneigt und axial entlang eines kurzen Abschnitts der Länge der Statorwelle. Wenn der Drehmomentwandler installiert wird, befinden sich die Wippen 56 in ihren jeweiligen Taschen 54, und die Federn 58 zwingen die Wippen, radial nach innen in Kontakt mit der Anschlagsoberfläche 68 der Taschen 54 zu drehen. Die axialen Enden der Wippen 56, die sich radial nach innen an den Öffnungen des Stators 53 vorbei erstrecken, kontaktieren die schrägen Oberflächen 74, während sich der Stator 53 axial entlang der Statorwelle 50 bewegt.
Bei der Ausführungsform von 2, 3 und 6 können schräge Kehloberflächen ähnlich den Oberflächen 74 an dem Ende des Laufrings 26 und der Nocken 28 ausgebildet sein, sie sind aber nicht essentiell.
Gemäß den Bestimmungen der Patentgesetze wurde die bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es sei jedoch angemerkt, dass alternative Ausführungsformen anderweitig als spezifisch dargestellt und beschrieben praktiziert werden können.

Claims

Baugruppe für einen Drehmomentwandler, die Folgendes umfasst: ein gegenüber Drehung fixiertes Glied mit gegenseitig um eine Achse beabstandeten Eingriffsoberflächen; einen Stator, der mit um die Achse herum beabstandeten Taschen ausgebildet ist; Wippen, wobei sich jede Wippe in einer Tasche befindet und sich zur Ineingriffnahme mit den Eingriffsoberflächen zu diesen hin und von diesen weg drehen kann; Federn, wobei jede Feder eine Wippe zur Ineingriffnahme mit den Eingriffsoberflächen drückt.
Baugruppe nach Anspruch 1, wobei sich jede Feder in einer Tasche befindet.
Baugruppe nach Anspruch 1, wobei das gegenüber einer Drehung fixierte Glied eine an einem sich nicht drehenden Gehäuse gesicherte Welle ist.
Baugruppe nach Anspruch 1, wobei der Stator Folgendes enthält: eine Nabe, in der die Taschen ausgebildet sind; und Schaufeln, die sich relativ zu der Achse von einem radialen Ort der Taschen radial nach außen befinden.
Baugruppe nach Anspruch 1, wobei: jede Tasche eine konkave Kreiszylinderoberfläche enthält und jede Wippe eine konvexe Kreiszylinderbasis, die in eine Tasche eingesetzt werden kann, enthält.
Baugruppe nach Anspruch 1, wobei: jede Tasche eine konkave Kreiszylinderoberfläche enthält und jede Wippe eine konvexe Kreiszylinderbasis, die in eine Tasche eingesetzt werden kann, einen Eingriffsabschnitt zum Kontaktieren der Eingriffsoberflächen und einen Wellenabschnitt, der sich zwischen der Basis und dem Eingriffsabschnitt erstreckt, enthält, wobei eine Feder den Wellenabschnitt kontaktiert.
Baugruppe für einen Drehmomentwandler, die Folgendes umfasst: einen Stator, der mit um eine Achse herum beabstandeten Taschen ausgebildet ist; einen Laufring, der gegenüber Drehung fixiert ist und zueinander um die Achse herum beabstandete Eingriffsoberflächen enthält; Wippen, wobei sich jede Wippe in einer Tasche befindet und sich zur Ineingriffnahme mit den Eingriffsoberflächen zu diesen hin und von diesen weg drehen kann; Federn, wobei jede Feder eine Wippe zur Ineingriffnahme mit den Eingriffsoberflächen drückt.
Baugruppe nach Anspruch 7, wobei sich jede Feder in einer Tasche befindet.
Baugruppe nach Anspruch 7, die weiterhin Folgendes umfasst: eine gegenüber einer Drehung fixierte Welle, an den Laufring gesichert und an einem sich nicht drehenden Gehäuse gesichert.
Baugruppe nach Anspruch 7, wobei der Stator Folgendes enthält:eine Nabe, in der die Taschen ausgebildet sind; und Schaufeln, die sich relativ zu der Achse von einem radialen Ort der Taschen radial nach außen befinden.