DE102014216198A1

DE102014216198A1 - Einrichtung zur Übertragung von Drehmoment

Info

Publication number: DE102014216198A1
Application number: DE102014216198.3A
Authority: DE
Inventors: Stephan Maienschein; Toros Güllük
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-08-14
Filing date: 2014-08-14
Publication date: 2016-02-18
Also published as: US10295034B2; CN106574701A; WO2016023552A1; DE112015003752A5; CN106574701B; US20170227102A1

Abstract

Eine Einrichtung zur Übertragung von Drehmoment umfasst einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit einer Turbine und einer Pumpe, sowie eine Reibkupplung, die zum Drehmomentwandler parallel geschaltet ist, mit einem ersten und einem zweiten Reibpartner. Dabei ist der erste Reibpartner integriert mit der Pumpe und der zweite Reibpartner integriert mit der Turbine ausgeführt. Ein ringförmiger Reibabschnitt, auf dem die Reibelemente axial miteinander in Eingriff gebracht werden können, und ein ringförmiger Strömungsabschnitt, auf dem sich Schaufeln der Pumpe und der Turbine axial gegenüberstehen, sind dabei in ihren Abmessungen aufeinander abgestimmt, um ein ausgewogenes Übertragungsverhalten zu realisieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Übertragung von Drehmoment. Insbesondere betrifft die Erfindung einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit Überbrückungskupplung.
Eine Einrichtung zur Übertragung von Drehmoment umfasst einen hydrodynamischen Drehmomentwandler und eine Reibkupplung. Die Reibkupplung ist zum Drehmomentwandler parallelgeschaltet, um diesen beispielsweise nach einem Anfahrvorgang zu überbrücken.
Ein bekannter hydrodynamischer Drehmomentwandler mit Überbrückungskupplung ist relativ komplex in seinem Aufbau und kann demnach in der Herstellung relativ teuer sein. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten hydrodynamischen Drehmomentwandler mit Überbrückungskupplung bereitzustellen. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels einer Einrichtung zur Übertragung von Drehmoment mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
Eine Einrichtung zur Übertragung von Drehmoment umfasst einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit einer Turbine und einer Pumpe und einer Reibkupplung, die zum Drehmomentwandler parallelgeschaltet ist, mit einem ersten und einem zweiten Reibpartner. Der erste Reibpartner ist integriert mit der Pumpe und der zweite Reibpartner integriert mit der Turbine ausgeführt. Ein ringförmiger Reibabschnitt, auf dem die Reibelemente axial miteinander in Eingriff gebracht werden können, und ein ringförmiger Strömungsabschnitt, auf dem sich Schaufeln der Pumpe und der Turbine axial gegenüberstehen, sind dabei in ihren Abmessungen aufeinander abgestimmt.
Dadurch kann eine einfach aufgebaute, integrierte Übertragungseinrichtung für Drehmoment bereitgestellt werden. Der Reibabschnitt und der Strömungsabschnitt können derart aufeinander abgestimmt sein, dass eine Drehmoment- oder Leistungsübertragung verbessert ist. Zwischen einer verkürzten Zuschaltgeschwindigkeit beim Schließen der Reibkupplung für einen schnellen, kontrollierten Momentenaufbau, und einem Zuschaltkomfort zur Vermeidung eines Zuschaltrucks kann ein verbesserter Kompromiss gefunden werden.
Es wurde erkannt, dass zur verbesserten Anpassung vor allem drei Größenverhältnisse zwischen dem Reibabschnitt und dem Strömungsabschnitt in vorbestimmten Intervallen liegen sollten. Diese drei Größenverhältnisse werden im Folgenden genauer beschrieben.
Ein erstes Verhältnis q1 ist wie folgt bestimmt: q1 = rr·Ar / rs·As (Gleichung 1) mit

rr:: mittlerer Radius des Reibabschnitts,
Ar:: Oberfläche des Reibabschnitts in Axialrichtung,
rs:: mittlerer Radius des Strömungsabschnitts, und
As:: Oberfläche des Strömungsabschnitts in Axialrichtung.

Alle Radien beziehen sich, falls nicht anders vermerkt, auf eine Drehachse der Einrichtung zur Übertragung von Drehmoment. Der mittlere Radius rr ist hierbei definiert als das arithmetische Mittel zwischen dem inneren Radius rri und dem äußeren Radius rra des Reibabschnitts. Der mittlere Radius rs ist hierbei definiert als das arithmetische Mittel zwischen dem Innenradius rsi und dem Außenradius rsa des Strömungsabschnitts. Es ist bevorzugt, dass q1 in einem geschlossenen Intervall zwischen 0,3 und 2,4 liegt. Weiter bevorzugt ist, dass q1 im geschlossenen Intervall von 0,5 bis 2 liegt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt q1 im Intervall zwischen 0,8 und 1,6.
Ein zweites Verhältnis q2 ist in Gleichung 2 angegeben:
mit

rra:: Außenradius des Reibabschnitts,
rri:: Innenradius des Reibabschnitts,
rti:: Innerer Radius der Turbinennabe
rsa:: Außenradius des Strömungsabschnitts, und
rsi:: Innenradius des Strömungsabschnitts.

Bevorzugterweise liegt q2 im geschlossenen Intervall zwischen 0,3 und 2,0. Noch bevorzugter liegt q2 im geschlossenen Intervall zwischen 0,4 und 1,6. Besonders bevorzugt ist, dass q2 im geschlossenen Intervall zwischen 0,5 und 1 liegt.
Ein drittes Verhältnis ist in Gleichung 3 angegeben: q3 = Ar / As (Gleichung 3) mit

Ar:: Oberfläche des Reibabschnitts in Axialrichtung, und
As:: Oberfläche des Strömungsabschnitts in Axialrichtung.

Es hat sich erwiesen, dass gute Resultate erzielt werden können, wenn q3 im geschlossenen Intervall zwischen 0,3 und 2,3 liegt. Bevorzugterweise liegt q3 im geschlossenen Intervall zwischen 0,4 und 1,6. Besonders bevorzugt ist, dass q3 im geschlossenen Intervall zwischen 0,6 und 1,4 liegt.
Einer oder mehrere der Verhältnisse q1, q2 und q3 sollten in den zugeordneten Intervallgrenzen liegen. Die Drehmoment- beziehungsweise Leistungsübertragung der Einrichtung zur Übertragung von Drehmoment kann dadurch verbessert sein. Die Zuschaltgeschwindigkeit der Reibkupplung kann darüber hinaus in einem Bereich liegen, der einen verbesserten Kompromiss bezüglich Zuschaltgeschwindigkeit und Vermeidung von Zuschaltruck sicherstellt.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügte Figur genauer beschrieben, die einen Längsschnitt durch eine Einrichtung zur Übertragung von Drehmoment darstellt.
1 zeigt eine Einrichtung 100 zur Übertragung von Drehmoment um eine Drehachse 105. In beispielhafter Weise sind eine Eingangsseite 110 und eine Ausgangsseite 115 vorgesehen. Die Einrichtung 100 ist insbesondere zum Einsatz in einem Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug vorgesehen. Die Eingangsseite 110 kann insbesondere mit einem Antriebsmotor, beispielsweise einem Verbrennungsmotor, verbunden werden und die Ausgangsseite 115 kann mit einem Getriebe verbunden werden. Die Einrichtung 100 umfasst einen hydrodynamischen Drehmomentwandler 120 und eine Reibkupplung 125, die beide parallel zueinander zwischen der Eingangsseite 110 und der Ausgangsseite 115 angeordnet sind.
Der Drehmomentwandler 120 umfasst eine Pumpe 130 und eine Turbine 135. Die Pumpe 130 umfasst Pumpenschaufeln 140 und die Turbine 135 Turbinenschaufeln 145, die einander axial gegenüberstehen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Leitrad 150 mit Leitschaufeln 155 vorgesehen, das auf einem vorbestimmten radialen Abschnitt zwischen den Pumpenschaufeln 140 und den Turbinenschaufeln 145 angeordnet ist. Die Pumpenschaufeln 140 und die Turbinenschaufeln 145 sind dazu eingerichtet, mittels eines Fluids hydrodynamisch gekoppelt zu werden, um ein Drehmoment zu übertragen. Das Fluid umfasst üblicherweise ein Öl. Die Pumpenschaufeln 140 sind an einer axialen Seite an einem Pumpengehäuse 160 und die Turbinenschaufeln 145 an einer axialen Seite an einem Turbinengehäuse 165 befestigt. Das Pumpengehäuse 160 und das Turbinengehäuse 165 sind einander axial bezüglich der Schaufeln 140 und 145 abgewandt. Zwischen den Gehäusen 160 und 165 wird somit eine Strömungskammer definiert, in der das Fluid zwischen den Pumpenschaufeln 140, den Turbinenschaufeln 145 und gegebenenfalls den Leitschaufeln 155 strömt.
Die Pumpenschaufeln 140 und die Turbinenschaufeln 145 weisen an einander zugewandten axialen Seiten Aussparungen auf, die eine torusförmige Kammer 170, im folgenden Innentorus genannt, um die Drehachse 105 definieren. Die Leitschaufeln 155 liegen auf der radialen Innenseite des Innentorus 170. Radial außerhalb des Innentorus 170 ist ein Strömungsabschnitt 175 gebildet, der axial zwischen einander zugewandten Seiten der Pumpenschaufeln 140 und der Turbinenschaufeln 145 liegt. Der Strömungsabschnitt 175 ist üblicherweise ringförmig um die Drehachse 105 und weist einen Innenradius rsi und einen Außenradius rsa auf. Ein mittlerer Strömungsradius rs des Strömungsabschnitts 175 ist hierbei definiert als das arithmetische Mittel zwischen dem inneren Radius rsi und dem äußeren Radius rsa. Die axiale Oberfläche eines Kreisrings zwischen den Radien rsi und rsa wird als Querschnitt des Strömungsabschnitts 175 oder Oberfläche des Strömungsabschnitts 175 in Axialrichtung benannt und mit As bezeichnet.
In der dargestellten Ausführungsform ist zwischen der Turbine 135 und der Ausgangsseite 115 noch ein Schwingungsdämpfer 180 vorgesehen, um Drehungleichförmigkeiten zu dämpfen. Dieser kann nach Bedarf beispielsweise auch als Reihentorsionsdämpfer ausgeführt sein und / oder einen Tilger und / oder ein Fliehkraftpendel umfassen (in 1 nicht dargestellt).
Die Reibkupplung 125 umfasst einen ersten Reibpartner 185 und einen zweiten Reibpartner 190, die auf unterschiedlichen axialen Seiten eines Reibabschnitts 195 liegen. Der erste Reibpartner 185 ist integriert mit der Pumpe 130, insbesondere dem Pumpengehäuse 160, ausgeführt und der zweite Reibpartner 190 ist integriert mit der Turbine 135, insbesondere mit dem Turbinengehäuse 165, ausgeführt. Einer der Reibpartner 185, 190 kann ein Reibelement umfassen. Der Reibabschnitt 195 erstreckt sich ringförmig um die Drehachse 105 zwischen einem Innenradius rri und einem Außenradius rra. Zwischen rri und rra liegt ein mittlerer Radius rr des Reibabschnitts 195. Ein Kreisring mit dem Innenradius rri und dem Außenradius rra um die Drehachse 105 definiert eine Oberfläche Ar des Reibabschnitts 195 in Axialrichtung.
Beispielsweise während eines Anfahrvorgangs eines Kraftfahrzeugs dreht sich die Eingangsseite 110 mit der Pumpe 130 mit einer bestimmten Drehzahl, während die Ausgangsseite 115 mit der Turbine 135 noch stillsteht. Je größer die Drehzahldifferenz zwischen der Pumpe 130 und der Turbine 135 ist, desto größer ist das über den hydrodynamischen Drehmomentwandler 120 übertragbare Drehmoment. Fährt das Kraftfahrzeug an, so wird eine Drehbewegung der Turbine 135 beschleunigt und eine Drehzahldifferenz zwischen der Pumpe 130 und der Turbine 135 sinkt ab. Das über den Drehmomentwandler 120 übertragbare Drehmoment sinkt dadurch ebenfalls ab, sodass auf hydrodynamischem Weg die Turbine 135 die Drehzahl der Pumpe 130 nicht erreichen kann. Um die Drehzahlen einander anzugleichen, kann die Reibkupplung 125 geschlossen werden. Dazu werden die Reibpartner 185 und 190 axial gegeneinandergedrückt. In der dargestellten Ausführungsform ist die Turbine 135 axial verschiebbar auf einer Welle angebracht, die mit der Ausgangsseite 115 verbunden ist. Wird die Turbine 135 axial in Richtung der Pumpe 130 gedrückt, so wird die Reibkupplung 125 geschlossen. Eine Bewegung der Turbine 135 in umgekehrter axialer Richtung öffnet die Reibkupplung 125.
Die axiale Bewegung beziehungsweise die Ausübung einer axialen Kraft auf die Turbine 135 kann insbesondere auf hydraulischem Weg erfolgen. In der dargestellten Ausführungsform ist die Turbine 135 mittels eines Wellendichtrings gegenüber der Welle, die mit der Ausgangsseite 115 verbunden ist, abgedichtet. Ein Überdruck des Fluids auf einer seiner axialen Seiten treibt die Turbine 135 in die entsprechende axiale Richtung. Durch Einsatz eines elastischen Elements kann die Turbine 135 auch in einer axialen Richtung vorgespannt sein. Ein erhöhter hydraulischer Druck auf der jeweils anderen Seite kann der Federkraft entgegenwirken. In einer Ausführungsform wird der hydraulische Druck gezielt gesteuert, insbesondere mittels einer Pumpe und gegebenenfalls eines Ventils. In einer anderen Ausführungsform kann der hydraulische Druck auch durch Fliehkräfte aufgebaut sein.
Es wird vorgeschlagen, den Strömungsabschnitt 175 und den Reibabschnitt 195 derart aufeinander abzustimmen, dass sich vorbestimmte Größenverhältnisse ergeben. Dadurch können die Übertragungsfähigkeiten des Drehmomentwandlers 120 und der Reibkupplung 125 für Drehmoment einander angepasst sein. Insbesondere kann dafür gesorgt sein, dass ein Schließvorgang der Reibkupplung 125 verbessert abläuft.
Bezugszeichenliste

100: Einrichtung
105: Drehachse
110: Eingangsseite
115: Ausgangsseite
120: hydrodynamischer Drehmomentwandler
125: Reibkupplung
130: Pumpe
135: Turbine
140: Pumpenschaufel
145: Turbinenschaufel
150: Leitrad
155: Leitschaufel
160: Pumpengehäuse
165: Turbinengehäuse
170: Innentorus
175: Strömungsabschnitt
180: Schwingungsdämpfer
185: erster Reibpartner
190: zweiter Reibpartner
195: Reibabschnitt
200: Turbinennabe

Claims

Einrichtung (100) zur Übertragung von Drehmoment, wobei die Einrichtung folgendes umfasst: – einen hydrodynamischen Drehmomentwandler (120); – wobei der hydrodynamische Drehmomentwandler eine Pumpe (130) und eine Turbine (135) umfasst; – eine Reibkupplung (125), die zum Drehmomentwandler (120) parallel geschaltet ist, mit einem ersten (185) und einem zweiten Reibpartner (190), – wobei der erste Reibpartner (185) integriert mit der Pumpe (130) und der zweite Reibpartner (190) integriert mit der Turbine (135) ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass – ein ringförmiger Reibabschnitt (195), auf dem die Reibelemente (185, 190) axial miteinander in Eingriff gebracht werden können, – und ein ringförmiger Strömungsabschnitt (175), auf dem sich Schaufeln (140, 145) der Pumpe (130) und der Turbine (135) axial gegenüberstehen, – in ihren Abmessungen aufeinander abgestimmt sind.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei gilt: q1 = rr·Ar / rs·As und q1 = [0,3; 2,4], mit rr: mittlerer Radius des Reibabschnitts (195), Ar: Oberfläche des Reibabschnitts (195) in Axialrichtung, rs: mittlerer Radius des Strömungsabschnitts (175), und As: Oberfläche des Strömungsabschnitts (175) in Axialrichtung.
Einrichtung nach Anspruch 2, wobei gilt: q1 = [0,5; 2].
Einrichtung nach Anspruch 3, wobei gilt: q1 = [0,8; 1,6].
Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei gilt:
mit rra: Außenradius des Reibabschnitts (195), rri: Innenradius des Reibabschnitts (195), rti: Innerer Radius der Turbinennabe (200) rsa: Außenradius des Strömungsabschnitts (175), und rsi: Innenradius des Strömungsabschnitts (175).
Einrichtung nach Anspruch 5, wobei gilt: q2 = [0,4; 1,6].
Einrichtung nach Anspruch 6, wobei gilt: q2 = [0,5; 1].
Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei gilt: q3 = Ar / As und q3 = [0,3; 2,3], mit Ar: Oberfläche des Reibabschnitts (195) in Axialrichtung, und As: Oberfläche des Strömungsabschnitts (175) in Axialrichtung.
Einrichtung nach Anspruch 8, wobei gilt: q3 = [0,4; 1,6].
Einrichtung nach Anspruch 9, wobei gilt: q3 = [0,6; 1,4].