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Die Erfindung betrifft einen Drehmomentwandler. Insbesondere betrifft die Erfindung einen hydrodynamischen Drehmomentwandler in einer Einrichtung zur Übertragung von Drehmoment.
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In einem Antriebsstrang, beispielsweise an Bord eines Kraftfahrzeugs, ist eine Einrichtung zur Übertragung von Drehmoment vorgesehen. Die Einrichtung liegt zwischen einem Antriebsmotor und einem Getriebe und umfasst einen hydrodynamischen Drehmomentwandler. Der Drehmomentwandler ist gebildet durch ein Pumpenrad und ein Turbinenrad, die um eine gemeinsame Drehachse drehbar gelagert sind. Zwischen den beiden Rädern des Drehmomentwandlers ist ein Fluid, üblicherweise ein Öl, aufgehoben, das die beiden Räder fluiddynamisch miteinander koppelt. Je größer eine Drehzahldifferenz zwischen den beiden Rädern ist, desto mehr Drehmoment wird zwischen ihnen übertragen. Mittels des Drehmomentwandlers kann beispielsweise ein Anfahr- oder Anhaltevorgang des oben genannten Kraftfahrzeugs unterstützt werden.
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Um einen Schlupf zwischen dem Pumpenrad und dem Turbinenrad zu reduzieren, ist eine Überbrückungskupplung vorgesehen, die als Reibkupplung ausgeführt ist. Dazu weisen das Pumpenrad und das Turbinenrad jeweils eine axiale Anlagefläche auf, die einander axial gegenüberstehen. Werden die beiden Räder axial aneinander gepresst, so greifen die Anlageflächen ineinander ein und bilden einen Reibschluss.
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Für einen ruhigen, verlustarmen und komfortablen Betrieb des Drehmomentwandlers ist es erforderlich, die beiden Anlageflächen genau aufeinander abzustimmen. Ein Achsversatz, eine Unwucht oder eine Taumelbewegung einer der Anlageflächen bezüglich der Drehachse können beispielsweise ein Tragverhalten, ein Einregelverhalten oder eine Dauerfestigkeit des Drehmomentwandlers gefährden.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten hydrodynamischen Drehmomentwandler anzugeben. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels des Drehmomentwandlers des unabhängigen Anspruchs. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Ein hydrodynamischer Drehmomentwandler umfasst ein Pumpenrad und ein Turbinenrad, die um eine gemeinsame Drehachse drehbar gelagert sind, und ein Fluid in einem Bereich zwischen dem Pumpenrad und dem Turbinenrad. Dabei sind am Pumpenrad eine erste axiale Anlagefläche und am Turbinenrad eine zweite axiale Anlagefläche ausgebildet, sodass ein Reibschluss zwischen dem Pumpenrad und dem Turbinenrad gebildet werden kann, wenn das Pumpenrad und das Turbinenrad axial aneinander gepresst werden. Eine der Anlageflächen ist flexibel ausgeführt, um sich bei axialer Druckbelastung an die andere Anlagefläche anzuschmiegen.
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Die Anlageflächen bilden eine Überbrückungskupplung für den Drehmomentwandler. Der Drehmomentwandler mit der Überbrückungskupplung wird gelegentlich auch „Integrated Torque Converter“ (iTC) genannt. Insbesondere das Schließen und das Öffnen der Überbrückungskupplung können durch die flexibel ausgeführte Anlagefläche ruckärmer, sanfter oder besser kontrollierbar erfolgen. Ein Tragverhalten, ein Einregelverhalten, ein Achsversatz oder eine Taumelbewegung können positiv durch die flexibel angebrachte Anlagefläche beeinflusst werden.
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Das Turbinenrad ist bevorzugterweise radial außen mit einem Gehäuse verbunden, in dem das Turbinenrad aufgenommen ist. Das Gehäuse schließt das Fluid im Bereich des Pumpenrads ein. Die Anlageflächen sind üblicherweise auf einer radialen Außenseite von hydrodynamischen Leitelementen am Pumpenrad bzw. am Turbinenrad angeordnet.
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In einer Ausführungsform umfasst die flexible Anlagefläche ein Blech, das umlaufend gefalzt ist. Der Falz läuft bevorzugterweise um die Drehachse um und das unbelastete Blech bildet im Längsschnitt üblicherweise eine V-Form. Das Blech kann leicht mit weiteren Elementen des Pumpenrads oder des Turbinenrads integriert sein. Durch den umlaufenden Falz kann die Flexibilität der Anlagefläche leicht hergestellt werden.
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Dabei ist bevorzugt, dass der Falzwinkel kleiner als 180° beträgt, sodass der unbelastete Falz geöffnet ist. Der Abschnitt des Blechs, der eine der Anlageflächen bildet, kann dadurch verbessert elastisch verformt werden, wenn das Pumpenrad und das Turbinenrad axial gegeneinander gepresst werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass das Blech im Bereich einer Biegekante des Falzes ausgedünnt ist. Dadurch kann die Steifigkeit der Anlagefläche aufrechterhalten werden, während gleichzeitig die Biegsamkeit bzw. Flexibilität der Anlagefläche vergrößert ist. Durch eine Verlängerung der effektiven Biegelänge kann die Federwirkung des Blechs ebenfalls gesteigert sein.
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In einer Variante ist das Blech mehrfach in abwechselnden Richtungen umgefalzt. Im Längsschnitt kann das Blech dabei eine S- oder Z-Form einnehmen, die mehrere umlaufende Biegekanten oder Falze aufweist, die jeweils zur Flexibilität der Anbringung der Anlagefläche an dem jeweiligen Rad beitragen kann.
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In einer Ausführungsform umfasst die flexible Anlagefläche ein separates Element, das mit dem Pumpen- oder dem Turbinenrad verbunden ist. Dadurch kann es leichter sein, das Pumpen- oder Turbinenrad auf seine hydrodynamische Funktion hin auszulegen, während das separate Element erleichtert die flexible Anbringung der Anlagefläche unterstützen kann.
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Es ist bevorzugt, dass das separate Element fluiddicht mit dem Pumpen- oder dem Turbinenrad verbunden ist. Dadurch kann insbesondere eine Ausführungsform des Drehmomentwandlers verbessert unterstützt werden, bei dem eines der Räder zugleich einen hydraulischen Kolben darstellt, der die axiale Anpresskraft zwischen dem Pumpenrad und dem Turbinenrad bewirkt.
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Die aneinander anliegenden Anlageflächen können einen vorbestimmten Winkel mit der Drehachse einschließen. Dieser Winkel kann insbesondere 90° betragen, sodass die Anlageflächen in der Drehebene liegen, wenn sie axial aneinander gepresst werden. Die Anlageflächen können im aneinander gepressten Zustand jedoch auch einen anderen Winkel mit der Drehachse einschließen.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die aneinander anliegenden Anlageflächen bezüglich der Drehachse sphärisch gebogen. Eine der Anlageflächen kann beispielsweise konvex und die andere dazu passend konkav ausgebildet sein.
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Außerdem können an einer oder beiden Anlageflächen je ein Reibelement angebracht sein. Das Eingriffsverhalten der Anlageflächen kann dadurch verbessert bzw. angepasst werden.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
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1 einen Längsschnitt durch eine Einrichtung zur Übertragung von Drehmoment mit einem Drehmomentwandler; und
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2–7 Varianten flexibler Anlageflächen am Drehmomentwandler von 1 darstellen.
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1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Einrichtung 100 zur Übertragung von Drehmoment. Die Einrichtung 100 ist insbesondere zum Einsatz in einem Antriebsstrang, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, eingerichtet. Die Einrichtung 100 kann insbesondere Teil eines Wandlers, eine Doppelkupplung, eine Anfahrkupplung oder eine Lastschaltkupplung sein.
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Die Einrichtung 100 umfasst eine Drehachse 105, um die ein Pumpenrad 110 und ein Turbinenrad 115 eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers 120 drehbar angeordnet sind. In einem vorbestimmten radialen Abstand von der Drehachse 105 sind am Pumpenrad 110 und dem Turbinenrad 115 jeweils Leitbleche 125 ausgebildet, die einander axial gegenüberstehen. In diesem Bereich befindet sich ein Fluid 130, üblicherweise ein Öl, das die beiden Räder 110 und 115 hydrodynamisch miteinander koppelt. Axial zwischen den Rädern 110, 115 ist ein optionales Leitrad 135 vorgesehen, um den Fluss des Fluids 130 zu beeinflussen.
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Bevorzugterweise ist das Pumpenrad 110 auf seiner radialen Außenseite mit einem Gehäuse 140 verbunden, das das Turbinenrad 115 und das Fluid 130 aufnimmt.
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Das Pumpenrad 110 bzw. das Gehäuse 140 stellen eine Eingangsseite 145 der Einrichtung 100 zur Übertragung von Drehmoment dar. Eine Ausgangsseite 150 kann unmittelbar oder, wie in 1 gezeigt ist, mittels eines elastischen Elements 155, mit dem Turbinenrad 115 des Drehmomentwandlers 120 gekoppelt sein.
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In einem Bereich, der bevorzugterweise radial außerhalb der Leitbleche 125 liegt, ist eine Überbrückungskupplung 160 vorgesehen. Zur Bildung der Überbrückungskupplung 160 sind eine erste axiale Anlagefläche 165 am Pumpenrad 110 und eine zweite axiale Anlagefläche 170 am Turbinenrad 115 ausgebildet. Die Anlageflächen 165, 170 stehen einander axial gegenüber und können miteinander in Reibschluss gebracht werden, indem das Pumpenrad 110 und das Turbinenrad 115 axial aufeinander zu bewegt bzw. axial gegeneinander gepresst werden.
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In der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform ist das Turbinenrad 115 gegenüber dem Pumpenrad 110 und dem Gehäuse 140 axial beweglich ausgeführt. Dabei wirkt das Turbinenrad 115 bezüglich des Fluids 130 im Gehäuse 140 wie ein hydraulischer Kolben, der axial in Richtung des Pumpenrads 110 gepresst wird, wenn der hydraulische Druck auf der dem Pumpenrad 110 axial abgewandten Seite ansteigt. Befindet sich das Gehäuse 140 in Drehung um die Drehachse 105, so wird das Fluid 130 radial nach außen gedrückt und bewirkt einen solchen hydraulischen Druck. Ab einer vorbestimmten Drehzahl des Gehäuses 140 wird daher die Überbrückungskupplung 160 hydraulisch geschlossen, sodass die Anlageflächen 165, 170 miteinander in Eingriff geraten und einen Schlupf zwischen dem Pumpenrad 110 und dem Turbinenrad 115 reduzieren, und zwar idealerweise bis auf null.
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Es wird vorgeschlagen, eine der Anlageflächen 165, 170 flexibel insbesondere bezüglich der Drehachse 105 an dem ihr zugeordneten Rad 110, 115 anzubringen, sodass sich die Anlageflächen 165, 170 beim Schließen der Überbrückungskupplung 160 verbessert aneinander anschmiegen können. In der dargestellten Ausführungsform ist die zweite Anlagefläche 170 des Turbinenrads 115 starr oder steif bezüglich der Drehachse 105 ausgeführt, während die erste Anlagefläche 165 mittels eines flexiblen Elements 175 mit dem Pumpenrad 110 bzw. dem Gehäuse 140 verbunden ist. Wie unten noch genauer ausgeführt wird, können in einer anderen Ausführungsform auch die erste Anlagefläche 165 starr und die zweite Anlagefläche 170 flexibel angebracht werden. Das flexible Element 175 kann auch weggelassen werden, wenn die jeweilige Anlagefläche 165, 170 flexibel an dem ihr zugeordneten Rad 110, 115 ausgebildet ist. An einer der Anlageflächen 165, 170 kann optional ein Reibelement 180 vorgesehen sein.
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Die Fläche, entlang der die Anlageflächen 165 und 170 ineinander eingreifen, wenn die beiden Räder 110, 115 axial aneinander angepresst werden, kann auf unterschiedliche Weisen gestaltet sein. Die Fläche kann beispielsweise eben sein und einen vorbestimmten Winkel mit der Drehachse 105 einschließen. Beträgt dieser Winkel 90°, so liegt die Fläche in der Drehebene. Außerdem können die Anlageflächen 165, 170 auch zueinander korrespondierend konkav und konvex gestaltet sein. Auch andere überlagerte und zweckmäßige Krümmungen können verwendet werden.
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Allgemein ist bevorzugt, die Anlageflächen 165 und 170 so auszuführen, dass auch bei stillstehender oder sich mit geringer Geschwindigkeit drehender Überbrückungskupplung 160 eine möglichst geringe Leckage zwischen den Anlageflächen 165, 170 auftritt. Das Schließen der Überbrückungskupplung 160 durch das Aufbauen eines hydraulischen Drucks des Fluids 130 unter dem Einfluss von Fliehkraft („Fliehöl“) wird dadurch erleichtert. Ist die Überbrückungskupplung 160 geschlossen, können die Anlageflächen 165 und 170 auch fluiddicht aneinander anliegen.
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2 bis 7 zeigen Varianten flexibler Anlageflächen 165, 170 am Drehmomentwandler 120 von 1. Dabei sind alle Darstellungen schematisch und als jeweils eine mögliche Ausführungsform zu dem oben mit Bezug auf 1 erläuterten Prinzip zu verstehen. Jede der 2 bis 7 umfasst eine obere Darstellung, die mit A bezeichnet ist und die geöffnete Überbrückungskupplung 160 zeigt, und eine untere Darstellung, die mit B bezeichnet ist und die geschlossene Überbrückungskupplung 160 zeigt. Die in den 2 bis 7 gezeigten Varianten sind untereinander und mit der in 1 dargestellten Ausführungsform kombinierbar. Grundsätzlich können in allen Ausführungsformen die erste Anlagefläche 165 und die zweite Anlagefläche 170 auch miteinander vertauscht ausgeführt werden. Im Folgenden wird daher nur eine Variante beschrieben, ein Fachmann wird die jeweils spiegelbildliche Variante ohne Mühe ebenfalls entnehmen.
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2 zeigt eine Ausführungsform, bei der die zweite axiale Anlagefläche 170 einstückig an einem Blech ausgeführt ist, das Bestandteil des Turbinenrads 115 ist. Das Blech ist um die Drehachse 105 umlaufend umgebogen, wodurch ein umlaufender Falz 205 gebildet ist. Bevorzugterweise ist der Falzwinkel zwischen Abschnitten des Blechs auf unterschiedlichen Seiten des Falzes 205 bei unbelastetem Blech (2A) kleiner als 180°. Im Bereich des Falzes 205 kann das Blech ausgedünnt sein, sodass seine Materialstärke verringert ist. Durch die Geometrie der Anordnung kann die effektive Biegelänge des Blechs verlängert sein, wodurch sich eine weitere elastische Wirkung des Blechs ergibt. Der zweiten Anlagefläche 170 ist derjenige Blechabschnitt zugewandt, der entlang des Blechs von der Drehachse 105 weiter entfernt ist.
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3 zeigt eine darauf aufbauende Ausführungsform, bei der zwei Falze 205 vorgesehen sind, um die das Blech des Turbinenrads 115 gefalzt ist. Dabei sind die Biegerichtungen einander entgegengesetzt, sodass sich die dargestellte Z-förmige Faltung ergibt. Es ist bevorzugt, dass beide Falzwinkel kleiner als 180° sind.
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4 zeigt eine Ausführungsform ähnlich der von 1, wobei jedoch das flexible Element 175 am Turbinenrad 115 angebracht ist. Das flexible Element 175 kann insbesondere ein Blech umfassen.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform entsprechend der von 1.
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6 zeigt eine Variante der zuletzt gezeigten Ausführungsform, bei der das flexible Element 175 am Pumpenrad 110 bzw. dem Gehäuse 140 angebracht ist und die erste axiale Anlagefläche 165 trägt. Die dazu korrespondierende zweite Anlagefläche 170 ist am Turbinenrad 115 starr ausgeführt.
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7 zeigt noch eine weitere Ausführungsform ähnlich der von 4, wobei jedoch die aneinander anliegenden Anlageflächen 165, 170 (7B) in einer Drehebene um die Drehachse 105 liegen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Einrichtung
- 105
- Drehachse
- 110
- Pumpenrad
- 115
- Turbinenrad
- 120
- Drehmomentwandler
- 125
- Leitblech
- 130
- Fluid
- 135
- Leitrad
- 140
- Gehäuse
- 145
- Eingangsseite
- 150
- Ausgangsseite
- 155
- elastisches Element
- 160
- Überbrückungskupplung
- 165
- erste axiale Anlagefläche (am Pumpenrad)
- 170
- zweite axiale Anlagefläche (am Turbinenrad)
- 175
- flexibles Element
- 180
- Reibelement
- 205
- Falz
