DE102018106278A1

DE102018106278A1 - Drehmomentwandler mit Turbinenkolben und Mehrscheiben-Kupplungsbaugruppe

Info

Publication number: DE102018106278A1
Application number: DE102018106278.8A
Authority: DE
Inventors: Adam Saleh; Matthew Payne; Justin Clark; Jeremy VANNI; Larry Chad Boigegrain; Drew Hilty
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-04-07
Filing date: 2018-03-19
Publication date: 2018-10-11
Also published as: US20180291992A1; US10151376B2

Abstract

Es wird ein Drehmomentwandler bereitgestellt. Der Drehmomentwandler enthält ein Laufrad mit einer Vielzahl Laufradschaufeln und einer sich radial erstreckenden Wand radial außerhalb der Laufradschaufeln und einen Turbinenkolben, der in Bezug auf das Laufrad axial verschiebbar ist. Der Turbinenkolben enthält eine Vielzahl Turbinenschaufeln und eine radial äußere Verlängerung radial außerhalb der Turbinenschaufeln. Der Drehmomentwandler enthält auch eine Kupplungsbaugruppe axial zwischen der sich radial erstreckenden Wand des Laufrades und der radial äußeren Verlängerung des Turbinenkolbens. Die Kupplungsbaugruppe enthält eine drehfest mit dem Laufrad verbundene erste Kupplungsscheibe und eine drehfest mit dem Turbinenkolben verbundene zweite Kupplungsscheibe. Ein Abschnitt der Kupplungsbaugruppe erstreckt sich zwischen den Turbinenschaufeln oder den Laufradschaufeln. Auch ein Verfahren zum Herstellen eines Drehmomentwandlers wird bereitgestellt.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Drehmomentwandler und insbesondere Drehmomentwandler mit einem Turbinenkolben.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In der US-Patentanmeldung 2015/0152951 wird ein Drehmomentwandler offenbart, der einen Turbinenkolben mit der Bezeichnung iTC enthält und eine integrierte Mehrscheibenkupplung enthält. In der US-Patentanmeldung 2015/0021137 wird ein iTC mit einer Kegelkupplung offenbart. In der US-Patentanmeldung 2016/0084364 wird ein iTC mit Membranfedern mit Zungen offenbart, die sich zwischen Turbinenschaufeln erstrecken.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es wird ein Drehmomentwandler bereitgestellt. Der Drehmomentwandler enthält ein Laufrad mit einer Vielzahl Laufradschaufeln und einer sich radial erstreckenden Wand radial außerhalb der Laufradschaufeln und einen Turbinenkolben, der in Bezug auf das Laufrad axial verschiebbar ist. Der Turbinenkolben enthält eine Vielzahl Turbinenschaufeln und eine radial äußere Verlängerung radial außerhalb der Turbinenschaufeln. Der Drehmomentwandler enthält auch eine Kupplungsbaugruppe axial zwischen der sich radial erstreckenden Wand des Laufrades und der radial äußeren Verlängerung des Turbinenkolbens. Die Kupplungsbaugruppe enthält eine drehfest mit dem Laufrad verbundene erste Kupplungsscheibe und eine drehfest mit dem Turbinenkolben verbundene zweite Kupplungsscheibe. Ein Abschnitt der Kupplungsbaugruppe erstreckt sich zwischen den Turbinenschaufeln oder den Laufradschaufeln.
Auch ein Verfahren zum Herstellen eines Drehmomentwandlers wird bereitgestellt. Das Verfahren weist auf: Bereitstellen eines Laufrades, das eine Vielzahl Laufradschaufeln und eine sich radial erstreckende Wand radial außerhalb der Laufradschaufeln enthält; Bereitstellen eines Turbinenkolbens, der in Bezug auf das Laufrad axial verschiebbar ist, wobei der Turbinenkolben eine Vielzahl Turbinenschaufeln und eine radial äußere Verlängerung radial außerhalb der Turbinenschaufeln enthält; und Einbauen einer Kupplungsbaugruppe axial zwischen der sich radial erstreckenden Wand des Laufrades und der radial äußeren Verlängerung des Turbinenkolbens durch drehfestes Verbinden einer ersten Kupplungsscheibe mit dem Laufrad und drehfestes Verbinden der zweiten Kupplungsscheibe mit dem Turbinenkolben, sodass sich ein Abschnitt der Kupplungsbaugruppe zwischen den Turbinenschaufeln oder den Laufradschaufeln erstreckt.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, wobei:

1 eine seitliche Querschnittsansicht eines iTC-Drehmomentwandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine vergrößerte Ansicht der Überbrückungskupplung des in 1 gezeigten Drehmomentwandlers zeigt;
3 einen Drehmomentwandler gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 eine vergrößerte Ansicht der Überbrückungskupplung des in 3 gezeigten Drehmomentwandlers zeigt;
5 eine Alternative zu der Ausführungsform der 3 und 4 zeigt; und
6 eine andere Alternative zu der Ausführungsform der 3 und 4 zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der Offenbarung werden Ausführungsformen von iTCs bereitgestellt, die mehrere Kupplungsscheiben enthalten, wobei eine der Kupplungsscheiben drehfest mit der Turbine verbunden und eine andere der Kupplungsscheiben mit dem Laufrad/hinteren Gehäusedeckel verbunden ist.
Gemäß einer Ausführungsform enthält die Mehrscheiben-Kupplungsanordnung einen lasergeschweißten Kupplungsring, der an das Laufrad angeschweißt ist und eine Reibungsfläche aufweist, und einen hartgelöteten Kupplungsring, der mit dem Turbinenkolben und der mittleren Kupplungsscheibe verbunden ist. Der hartgelötete Kupplungsring ist geschlitzt, damit er zwischen die Schaufeln passt. Durch eine solche Ausführungsform können die Leistungsfähigkeit und die Steuerbarkeit der Kupplung für iTCs verbessert werden.
Gemäß anderen Ausführungsformen handelt es sich bei der Mehrscheiben-Kupplungsbaugruppe um eine Kegelkupplung, in der verlängerte Laufradschaufeln und eine Kupplungsscheibe mit Schlitzen zum Zusammenbau mit den Laufradschaufeln bereitgestellt sind. Die Kupplungsscheibe überträgt 2/3 des Motordrehmoments über die Laufradschaufeln. Außerdem werden auch noch weitere Ausführungsformen der Kegelkupplung bereitgestellt.
1 zeigt eine seitliche Querschnittsansicht eines iTC-Drehmomentwandlers 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Drehmomentwandler 10 ist um eine Mittelachse 11 drehbar und enthält einen Vorderdeckel 12, der mit einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors verbunden ist, und einen Rückdeckel 14, der ein Gehäuse 16 eines Laufrades oder einer Pumpe 18 bildet. Die hierin verwendeten Begriffe axial, radial und Umfangs- beziehen sich auf die Mittelachse 11. Der Vorderdeckel 12 ist im Wesentlichen schalenförmig und enthält einen sich radial erstreckenden Abschnitt 12a, der die Mittelachse 11 schneidet und sich von dieser aus in radialer Richtung erstreckt, und einen sich axial erstreckenden ringförmigen Abschnitt 12b, der an einem Außenumfang des Abschnitts 12a axial hervorragt. Der Rückdeckel 14 ist ähnlich schalenförmig und enthält einen sich radial erstreckenden Abschnitt 14a, der ein Laufradgehäuse 16 bildet, und einen sich axial erstreckenden ringförmigen Abschnitt 14b, der an dem sich radial erstreckenden Abschnitt 14a axial hervorragt.
Der Drehmomentwandler 10 enthält auch eine Turbine 20, die einen Kolben definiert, der axial zum Laufrad 18 und von diesem weg verschiebbar ist, um einen Kupplungsabschnitt des Laufrades 18 ein- und auszurücken und so eine Überbrückungskupplung zu bilden. Die Turbine 20 enthält ein Turbinengehäuse 22 und einen Mittelring 24, der eine Vielzahl Turbinenschaufeln 26 dazwischen haltert. Das Turbinengehäuse 22 enthält einen rundlichen Schaufelhalterungsabschnitt 28, der wie eine ringförmige Schale geformt ist und an den dem Motor zugewandten Rändern der Turbinenschaufeln 26 anliegt. Radial innerhalb des Schaufelhalterungsabschnitts 28 enthält das Turbinengehäuse 22 eine radial innere ringförmige Verlängerung 31, deren innere Umfangsfläche an einer äußeren Umfangsfläche einer Nabenbuchse 33 mit einem L-förmigen Querschnitt anliegt, die wiederum an einer äußeren Umfangsfläche einer Antriebswelle des Getriebes anliegt, sodass die Turbine 20 in Bezug auf die Antriebswelle des Getriebes drehbar ist.
Radial außerhalb des Schaufelhalterungsabschnitts 28 und der Turbinenschaufeln 26 ragt eine radial äußere Verlängerung 30, die den Kolben bildet, von einem Außenumfang des Schaufelhalterungsabschnitts 28 radial nach außen, um einen ringförmigen Vorsprung mit einer sich radial erstreckenden, dem Laufrad zugewandten ebenen, ringförmigen Fläche 30a und einem äußeren Umfang zu definieren, der die äußerste Umfangsfläche 30b der Turbine 20 definiert. Demgemäß sind der Kolben und das Turbinengehäuse 22 aus einem einzigen Stück gebildet.
Das Laufrad 18 enthält Laufradschaufeln 40, die durch Zungen einzeln an einer dem Getriebe zugewandten Seite des Laufrades am Laufradgehäuse 16 und jeweils an einem Mittelring 42 des Laufrades an einer dem Motor zugewandten Seite des Laufrades befestigt sind. Das Laufradgehäuse 16 enthält an einem sich radial erstreckenden Abschnitt 14a des Rückdeckels 14 einen rundlichen Schaufelhalterungsabschnitt 44, der wie eine ringförmige Schale geformt ist und an den dem Getriebe zugewandten Rändern der Laufradschaufeln 40 anliegt. Radial außerhalb des Schaufelhalterungsabschnitts 32 und der Laufradschaufeln 40 enthält der sich radial erstreckende Abschnitt 14a eine sich radial erstreckende Wand 46, die von einem Außenumfang des rundlichen Schaufelhalterungsabschnitts 44 aus radial nach außen ragt, um eine ringförmige Wand mit einer sich radial erstreckenden, der Turbine zugewandten ebenen, ringförmigen Fläche 46a zu definieren. Radial innerhalb des Schaufelhalterungsabschnitts 44 enthält das Laufradgehäuse 16 eine radial innere ringförmige Verlängerung 48, die sich von dem Schaufelhalterungsabschnitt 44 aus radial nach innen erstreckt. Ein radial inneres Ende der Verlängerung 48 ist mit einer Laufradnabe 50 verbunden. Eine Kupplungsbaugruppe 52, die im Folgenden unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wird, ist axial zwischen der radialen Verlängerung 30 und der Wand 46 bereitgestellt, um den Turbinenkolben 20 drehfest mit dem Laufradgehäuse 16 zu verbinden und so eine Überbrückungskupplung des Drehmomentwandlers 10 zu bilden.
Der Drehmomentwandler 10 enthält auch einen Stator 54 axial zwischen der Turbine 20 und dem Laufrad 18, um die von den Turbinenschaufeln 26 strömende Flüssigkeit umzulenken, bevor die Flüssigkeit das Laufrad 18 erreicht, um den Wirkungsgrad des Drehmomentwandlers 10 zu erhöhen. Der Stator 54 enthält auch ein Statorgussteil, das eine Vielzahl Schaufeln 56 und einen Statorgrundkörper 58 enthält. Der Stator 54 enthält auch eine Freilaufkupplung 60, die durch eine Zentrierscheibe 62 innerhalb des Statorgrundkörpers 58 gehaltert wird. Der Stator 54 ist durch die Freilaufkupplung 60 mit einer Statorwelle verbindbar, um sich in einer Drehrichtung um die Mittelachse 11 zu drehen. Eine axiale Druckscheibe 64 axial zwischen dem Stator 54 und dem Laufrad ist an einem Außenumfang der Zentrierscheibe 62 am Stator 54 befestigt.
Eine Dämpferbaugruppe 66 ist zwischen dem Vorderdeckel 12 und der Turbine 20 angeordnet und dient zum Übertragen eines Drehmoments von der Turbine 20 zu einer Antriebswelle des Getriebes. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Dämpferbaugruppe 66, um sich gemeinsam mit dem Turbinenkolben 20 zu drehen, durch Antriebszungen 67 mit diesem verbunden, die an dem Schaufelhalterungsabschnitt 28 befestigt sind und in Umfangsrichtung in einen radial äußeren Satz Federn 68 der Dämpferbaugruppe 66 eingreifen. Die Antriebszungen 67 sind über den Umfang hinweg voneinander beabstandet und ragen in Zwischenräume, die über den Umfang hinweg zwischen den Federn 68 gebildet sind, um in Kontakt mit Umfangskanten der Federn 68 zu gelangen. Die Federn 68 werden durch eine Federhalterung 72 gehaltert, die ein Profil des Außendurchmessers der Federn 68 umschließt und an einem radial äußeren Ende eines ersten oder der Turbine zugewandten Deckblechs 74 der Dämpferbaugruppe 66 gebildet ist. Die Dämpferbaugruppe 66 enthält ferner ein zweites oder dem Vorderdeckel zugewandtes Deckblech 76.
Die Deckbleche 74, 76 haltern einen Satz radial innerer Federn 78, die axial zwischen diesen radial innerhalb der Federn 68 angeordnet sind. Die Dämpferbaugruppe 66 enthält auch einen axial zwischen den Deckblechen 74, 76 angeordneten Antriebsflansch 80, der an einem radial inneren Ende desselben eine Nabe 82 enthält, die mit einer Antriebswelle des Getriebes verbunden wird. Radial außerhalb der Federn 78 sind die Deckbleche 74, 76 durch eine Vielzahl über den Umfang hinweg voneinander beabstandeter Niete 84 miteinander verbunden. Der Antriebsflansch 80 enthält darin gebildete, sich in Umfangsrichtung erstreckende Schlitze zum Aufnehmen der Federn 68. Radial innerhalb der Federn 68 ist der Antriebsflansch 80 mit einer Vielzahl als Rampen gebildeter Flächen 88 ausgestattet. An einer dem Vorderdeckel zugewandten Seite des zweiten Deckblechs 76 ist eine Druckscheibe 89 bereitgestellt, die an einer Innenfläche des Vorderdeckels 12 anliegt, um zu verhindern, dass das Deckblech 76 während seiner Drehung um die Achse 11 durch Reibung in den Vorderdeckel 12 eingreift.
Eine der Turbine zugewandte Andruckfeder 90, bei der es sich in dieser Ausführungsform um eine Membranfeder handelt, ist axial zwischen dem Flansch 70 und der radial inneren Verlängerung 31 der Turbine 20 bereitgestellt. An einem radial inneren Ende der Andruckfeder 90 ist diese so angeordnet, dass sie an einer dem Vorderdeckel zugewandten Seite der radial inneren Verlängerung 31 anliegt. An einem radial äußeren Ende der Andruckfeder 90 enthält diese eine Vielzahl sich axial erstreckender, in den Antriebsflansch eingreifender Zungen, die jeweils mit einer Rampenkontaktfläche 92 an einer ihrer Seiten ausgestattet sind, die als Rampen für den Kontakt mit einer der Rampen 88 des Antriebsflanschs 70 gebildet sind. Jede Rampe 88 liegt an einer der Flächen 92 an, sodass eine relative Umfangsbewegung zwischen dem Antriebsflansch 70 und der Andruckfeder 90 einen Kontakt zwischen den Rampen 88 und den Flächen 92 auslöst und eine Kraft auf den Turbinenkolben 20 ausübt. Wenn sich die Dämpferbaugruppe 66 in Leerlaufrichtung dreht, liegen die Rampen 88 an den Flächen 92 an und erzeugen eine axiale Kraft, die durch die Andruckfeder 90 zum Turbinenkolben 20 übertragen wird.
Eine Abstandsscheibe 94 zum Fassen der Membranfeder 90 ist an der radial inneren Verlängerung 31 der Turbine 20 befestigt. Die Abstandsscheibe 94 enthält einen äußeren ringförmigen Hauptabschnitt 96, der an einer dem Vorderdeckel zugewandten Fläche 31a der radial inneren Verlängerung 31 anliegt, und eine Vielzahl über den Umfang hinweg voneinander beabstandeter Finger 98, die von dem Hauptabschnitt 96 aus in axialer Richtung und radial nach innen ragen und sich axial durch über den Umfang hinweg verteilte Zwischenräume zwischen den in die Membranfeder eingreifenden Zungen der Feder 90 erstrecken, um an einer dem Vorderdeckel zugewandten Fläche der Membranfeder 90 anzuliegen und zu verhindern, dass sich die Membranfeder 90 axial von der Turbine 20 entfernt. Eine dem Vorderdeckel zugewandte Fläche des inneren Hauptabschnitts 99 der Abstandsscheibe 94 liegt an einer der Turbine zugewandten Fläche des Antriebsflanschs 70 an.
2 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Überbrückungskupplung des in 1 gezeigten Drehmomentwandlers 10. Die Kupplungsbaugruppe 52 enthält eine äußere Halterung 100, die an der Fläche 46a der Wand 46 befestigt ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die äußere Halterung 100 durch einen Ring gebildet, der sich durchgehend um die Mittelachse 11 erstreckt, jedoch kann die äußere Halterung 100 gemäß anderen Ausführungsformen durch eine Vielzahl von Segmenten gebildet sein, die um die Mittelachse 11 herum über den Umfang hinweg voneinander beabstandet sind. Die äußere Halterung 100 enthält einen sich radial erstreckenden Abschnitt 102 mit einer sich radial erstreckenden hinteren Fläche 102a, die in Vollkontakt mit der Fläche 46a steht. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der sich radial erstreckende Abschnitt 102 durch Laserschweißen an der Wand 46 befestigt, sodass die Fläche 102a an den Schweißnähten 103 mit der Fläche 46a verbunden ist. Nach dem Schweißen wird eine sich radial erstreckende Vorderfläche 102a der äußeren Halterung 100 spanabhebend bearbeitet, damit sie in eine benachbarte Kupplungsscheibe 110 einer Reibungskupplung eingreifen kann. Die äußere Halterung 100 enthält ferner einen sich axial erstreckenden Abschnitt 104, der sich an einem radial äußeren Ende des sich radial erstreckenden Abschnitts 102 von der Wand 46 aus in axialer Richtung erstreckt. Der sich axial erstreckende Abschnitt 104 stützt ein radial äußeres Ende 106a einer ersten Kupplungsscheibe 106, genauer gesagt, ein radial äußeres Ende einer Grundplatte 106b einer ersten Kupplungsscheibe 106, sodass die Kupplungsscheibe 106 drehfest mit der äußeren Halterung 100 verbunden und axial in Bezug auf die äußere Halterung 100 verschiebbar ist. Die erste Kupplungsscheibe 106 ist axial zwischen einer zweiten Kupplungsscheibe 110 und der radial äußeren Verlängerung 30 angeordnet. Die Grundplatte 106b ist an einem radial inneren Abschnitt 106c der Kupplungsscheibe 106 mit einem ersten Reibungsmaterial 108a auf einer sich radial erstreckenden Vorderfläche 106d der Grundplatte 106b und mit einem zweiten Reibungsmaterial 108b auf einer sich radial erstreckenden Rückfläche 106e der Grundplatte 106b ausgestattet. Das erste Reibungsmaterial 108a dient dazu, im Überbrückungsmodus durch Reibung in die Fläche 30a der radial äußeren Verlängerung 30 einzugreifen.
Die zweite Kupplungsscheibe 110 ist axial zwischen der äußeren Halterung 100 und der ersten Kupplungsscheibe 106 angeordnet, genauer gesagt, ein radial äußerer Abschnitt 110a der Kupplungsscheibe 110 ist axial zwischen dem sich radial erstreckenden Abschnitt 102 der äußeren Halterung 100 und dem radial inneren Abschnitt 106c der Kupplungsscheibe 106 angeordnet. Das zweite Reibungsmaterial 108b dient dazu, durch Reibung in eine sich radial erstreckende Vorderfläche 110c einer Grundplatte 110b der zweiten Kupplungsscheibe 110 einzugreifen. Die Grundplatte 110b ist am äußeren Abschnitt 110a auf einer sich radial erstreckenden Rückfläche 110c der Grundplatte 110b mit einem Reibungsmaterial 108c ausgestattet. Das Reibungsmaterial 108c dient dazu, im Überbrückungsmodus durch Reibung in die sich radial erstreckende Vorderfläche 102b des sich radial erstreckenden Abschnitts 102 der äußeren Halterung 100 einzugreifen. Die Reibungsmaterialien 108a, 108b, 108c können aus einem beliebigen bekannten Nassreibungsmaterial gebildet sein, zum Beispiel ein mit Kunstharz imprägniertes Fasermaterial, und die Grundplatten 106c, 110b können aus Metall gebildet sein, zum Beispiel aus Edelstahl. Anstatt das Reibungsmaterial 108a, 108b an der Grundplatte 106b und das Reibungsmaterial 108c an der Grundplatte 110b zu befestigen, kann gemäß anderen Ausführungsformen das Reibungsmaterial 108a an der Fläche 30a und/oder das Reibungsmaterial 108b an der Fläche 110c der Grundplatte 110b und/oder das Reibungsmaterial 108c an der Fläche 102b befestigt sein.
Die Kupplungsbaugruppe 52 enthält eine innere Halterung 112, die an einer Vorderdeckelseite 28a des Schaufelhalterungsabschnitts 28 befestigt ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die innere Halterung 112 durch einen sich durchgehend um die Mittelachse 11 (1) herum erstreckenden Ring gebildet, jedoch kann die innere Halterung 112 gemäß anderen Ausführungsformen durch eine Vielzahl von Segmenten gebildet sein, die um die Mittelachse 11 herum über den Umfang hinweg voneinander beabstandet sind. Die innere Halterung 112 enthält einen sich radial erstreckenden Abschnitt 114 in Vollkontakt mit der Fläche 28a. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der sich radial erstreckende Abschnitt 114 an der Fläche 28a durch Hartlöten mit dem Turbinengehäuse 22 verbunden. Der sich radial erstreckende Abschnitt 114 ist mit einer Vielzahl sich radial erstreckender und über den Umfang hinweg voneinander beabstandeter Schlitze 115 ausgestattet, die sich jeweils von einer inneren Umfangsfläche 114b des sich radial erstreckenden Abschnitts 114 aus radial nach außen erstrecken und eine der Turbinenschaufeln 26 aufnehmen. Die Schlitze 115 definieren zwischen sich eine Vielzahl über den Umfang hinweg voneinander beabstandeter Zungen 116, sodass die Zungen 116 mit den Schaufeln 26 verzahnt sind und jede der Zungen in Umfangsrichtung zwischen zwei Schaufeln 26 angeordnet ist. Gemäß dieser Ausführungsform wird ein Drehmoment ausschließlich durch das Hartlot von der inneren Halterung 112 zum Turbinengehäuse 22 übertragen.
Die innere Halterung 112 enthält ferner einen sich axial erstreckenden Abschnitt 118, der sich an einem radial äußeren Ende des sich radial erstreckenden Abschnitts 114 axial vom Turbinengehäuse 22 aus erstreckt. Der sich axial erstreckende Abschnitt 118 dient dazu, ein radial inneres Ende 110e der zweiten Kupplungsscheibe 110 zu haltern, sodass die Kupplungsscheibe 110 drehfest mit der inneren Halterung 112 verbunden und in Bezug auf die innere Halterung 112 axial verschiebbar ist. Der sich axial erstreckende Abschnitt 118 ist mit einer Vielzahl über den Umfang hinweg voneinander beabstandeter, sich axial erstreckender Schlitze 119 ausgestattet, die sich jeweils in axialer Richtung von einem freien Ende 118a des sich axial erstreckenden Abschnitts 118 aus zum Turbinengehäuse 22 erstrecken und eine aus der Vielzahl sich radial erstreckender Zungen 110f des radial inneren Endes 110e der Kupplungsscheibe 110 aufnehmen. Die Schlitze 119 definieren zwischen sich eine Vielzahl über den Umfang hinweg voneinander beabstandeter und sich axial erstreckender Zungen 120, sodass jede der Zungen 110f über den Umfang hinweg jeweils zwischen zwei Zungen 120 angeordnet ist.
Im Überbrückungsmodus der Kupplungsbaugruppe 52 während des Betriebs des Drehmomentwandlers 10 wird der Turbinenkolben 20 durch einen Druck in einem Bereich 122 an einer Vorderseite des Turbinenkolbens 20 axial gegen das Laufrad 18 gedrückt. Die Rückfläche 30a der radial äußeren Verlängerung 30 steht in Kontakt mit dem Reibungsmaterial 108a und drückt die Kupplungsscheibe 106 gegen die Kupplungsscheibe 110, sodass das Reibungsmaterial 108b an der Fläche 110c der Kupplungsscheibe 110 anliegt. Die Kupplungsscheibe 110 wiederum wird gegen den sich radial erstreckenden Abschnitt 102 der äußeren Halterung 100 gedrückt, sodass das Reibungsmaterial 108c an der sich radial erstreckenden Fläche 102b anliegt. Demgemäß drückt der Turbinenkolben 20 im Überbrückungsmodus die Kupplungsscheiben 106, 110 gegen die äußere Halterung 100, sodass der Turbinenkolben 20 über die Kupplungsscheiben 106, 110 durch Reibung in das Laufrad 18 eingreift. Mit anderen Worten, durch die Druckkraft in dem Bereich 122 werden die Scheiben 106, 110 zwischen der radial äußeren Verlängerung 30 und der Wand 46 eingeklemmt, sodass der Turbinenkolben 10 und das Laufrad 18 durch die Reibungsverbindung des Reibungsmaterials 108a, 108b, 108c mit den benachbarten, sich radial erstreckenden Flächen 30a, 110c, 102c zeitweilig drehfest miteinander verbunden sind.
3 zeigt einen Drehmomentwandler 210, der einen Turbinenkolben 220 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Drehmomentwandler 210 ist zwar dem Drehmomentwandler 10 der 1 und 2 ähnlich, jedoch sind die radial äußere Verlängerung 230, die sich radial erstreckende Wand 246 und die Kupplungsbaugruppe 252 kegelförmig. Außerdem enthält der Drehmomentwandler 210 eine von der Dämpferbaugruppe 66 verschiedene Dämpferbaugruppe 266. Es versteht sich, dass nichtgekennzeichnete Komponenten des Drehmomentwandlers 210 mit den entsprechenden Komponenten des Drehmomentwandlers 10 identisch sind.
Die Dämpferbaugruppe 266 enthält eine am Ende einer Scheibe 270 gebildete Federhalterung 272, die in einen ersten Abschnitt 270a, der an eine radial innere Verlängerung 231 des Turbinengehäuses 222 angenietet ist, und einen zweiten Abschnitt 270b aufgespaltet ist, der an der Antriebsnabe 282 anliegt. Ein radial äußerer Satz Federn 268 wird durch Anschläge 272a der Federhaltung 272 angetrieben, und die Federn 268 wiederum treiben am radial äußeren Ende des ersten Deckblechs 274 gebildete Antriebszungen an. Das erste Deckblech 274 und ein zweites Deckblech 276 haltern und treiben einen radial inneren Satz Federn 278 an, die einen an der Antriebsnabe 282 befestigten Antriebflansch 280 antreiben, wobei die Antriebsnabe wiederum eine Antriebswelle des Getriebes antreibt.
4 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Überbrückungskupplung des in 3 gezeigten Drehmomentwandlers 210. Die Kupplungsbaugruppe 252 enthält eine erste Kupplungsscheibe 290 und eine zweite Kupplungsscheibe 292, wobei die erste Kupplungsscheibe axial zwischen der radial äußeren Verlängerung 230 und der zweiten Kupplungsscheibe 292 und die zweite Kupplungsscheibe axial zwischen der ersten Kupplungsscheibe 290 und der sich radial erstreckenden kegelstumpfförmigen Wand 246 angeordnet ist. Die erste Kupplungsscheibe 290 enthält eine Grundplatte 290a, die an einem radial äußeren Abschnitt 290b der Kupplungsscheibe 290 mit einem ersten Reibungsmaterial 294a auf einer vorderen, sich radial erstreckenden kegelstumpfförmigen Fläche 290c der Grundplatte 290a und mit einem zweiten Reibungsmaterial 294b auf einer hinteren, sich radial erstreckenden kegelstumpfförmigen Fläche 290d der Grundplatte 290a ausgestattet ist. Das erste Reibungsmaterial 294a soll im Überbrückungsmodus durch Reibung in eine hintere, sich radial erstreckende kegelstumpfförmige Fläche 230a der radial äußeren Verlängerung 230 eingreifen. Das zweite Reibungsmaterial 294b soll durch Reibung in eine vordere, sich radial erstreckende kegelstumpfförmige Fläche 292a einer Grundplatte 292b der zweiten Kupplungsscheibe 292 eingreifen. Durch Aufkleben des Reibungsmaterials 294a, 294b auf die beiden sich radial erstreckenden Flächen 290c, 290d der Kupplungsscheibe 290 wird eine bestmögliche Wärmeabfuhr gewährleistet. An einer hinteren, sich radial erstreckenden kegelstumpfförmigen Fläche 292c ist die Grundplatte 292b mit einem Reibungsmaterial 294c ausgestattet, das durch Reibung in eine vordere, sich radial erstreckende kegelstumpfförmige Fläche 246a der sich radial erstreckenden kegelstumpfförmigen Wand 246 eingreifen soll.
An einem radial inneren Ende 290e der Grundplatte 290a ist diese durch Laufradschaufeln 240 drehfest mit dem Laufrad 218 verbunden, sodass die Kupplungsscheibe 290 in Bezug auf die Laufradschaufeln 240 axial verschiebbar ist. Jede Laufradschaufel 240 ist in einem entsprechenden Schlitz 295 im radial inneren Ende 290e untergebracht, und die Schlitze 295 definieren eine Vielzahl von Zungen 296 am radial inneren Ende 290e, wobei jede Laufradschaufel 240 über den Umfang hinweg zwischen jeweils zwei Zungen 296 so angeordnet ist, dass die Zungen 296 Finger bilden, die mit den Laufradschaufeln 240 verzahnt sind. Die Schlitze 295 erstrecken sich von einer Fläche 290f am Innendurchmesser der Grundplatte 290a aus radial nach außen. Die Zungen 296 erstrecken sich vom radial äußeren Abschnitt 290b der Kupplungsscheibe 290 aus in axialer und radialer Richtung, sodass die Rückflächen des radial äußeren Abschnitts 290b und die Zungen 296 einen stumpfen Winkel zueinander bilden. Radial äußere Enden 240a der Schaufeln 240, d.h. Flüssigkeitsaustrittsbereiche der Schaufeln 240, die über den Umfang hinweg auf die Zungen 296 ausgerichtet sind und an diesen anliegen, sind so angeordnet, dass sie sich geringfügig über den rundlichen Schaufelhalterungsabschnitt 244 hinaus radial nach außen erstrecken und einem Verlauf der Wand 246 folgen. Mit anderen Worten, die radial äußeren Enden 240a definieren an einer Rückseite derselben jeweils eine konkave Fläche 240b, die der Form einer konvexen Fläche 245 an einer Vorderseite des Laufradgehäuses 216 folgend einen Übergang zwischen dem Schaufelhalterungsabschnitt 244 und der sich radial erstreckenden kegelstumpfförmigen Wand 246 bildet. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform sind die radial äußeren Enden 240a mit dem Laufradgehäuse 216 durch ein Hartlot 245a verbunden, das spezifisch zum Verbinden der konkaven Fläche 240b mit der konvexen Fläche 245 bereitgestellt sein kann. Es ist vorteilhaft, die radial äußeren Enden 240a mit dem Laufradgehäuse 216 zu verbinden, da es sich bei den radial äußeren Enden 240a um einen spannungsarmen Bereich der Schaufeln 240 handelt.
Am radial äußeren Ende 292d der Grundplatte 292b ist diese drehfest mit der radial äußeren Verlängerung 230 verbunden, sodass die Kupplungsscheibe 292 in Bezug auf die radial äußere Verlängerung 230 axial verschiebbar ist. Genauer gesagt, die Grundplatte 292b enthält am radial äußeren Ende 292d einen sich axial erstreckenden Abschnitt 292e, der sich von der Wand 246 aus in axialer Richtung erstreckt. Der sich axial erstreckende Abschnitt 292e enthält eine Vielzahl darin gebildeter über den Umfang hinweg voneinander beabstandeter, sich axial erstreckender Schlitze 297, die in Umfangsrichtung zwischen den Schlitzen 297 eine Vielzahl über den Umfang hinweg voneinander beabstandeter Zungen 298 definieren. Die Schlitze 297 erstrecken sich axial von einem freien Ende 292g des sich axial erstreckenden Abschnitts 292e aus zur Wand 246 hin. Die radial äußere Verlängerung 230 ist an einem radial äußeren Ende 230b derselben mit einer Vielzahl sich radial erstreckender Schlitze 299a ausgestattet, die über den Umfang hinweg voneinander beabstandet sind und sich von der Fläche 230c am Außendurchmesser der radial äußeren Verlängerung 230 aus radial nach innen erstrecken. Die Schlitze 299a definieren eine Vielzahl sich radial erstreckender Zungen 299b, wobei sich axial erstreckende Zungen 298 axial jeweils durch einen der Schlitze 299a ragen und sich radial erstreckende Zungen 299b jeweils radial durch einen der Schlitze 297 ragen, sodass die Zungen 299b und die Zungen 298 miteinander verzahnt sind und drehfest miteinander verbunden sind, um die Kupplungsscheibe 292 drehfest mit der radial äußeren Verlängerung 230 zu verbinden.
Im Überbrückungsmodus wird ein erster Bruchteil des Drehmoments des Motors durch das Reibungsmaterial 294c und ein zweiter Bruchteil des Drehmoments durch die Schaufeln 240 vom Laufradgehäuse 216 zum Turbinenkolben 220 übertragen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der erste Bruchteil 2/3 und der zweite Bruchteil 1/3. Genauer gesagt, der erste Bruchteil des Motordrehmoments wird vom Laufradgehäuse 216 durch die Wand 246a, die durch Reibung in das Reibungsmaterial 294c eingreift, zum Turbinenkolben 220 übertragen. Der zweite Bruchteil des Motordrehmoments wird in Form eines dritten und eines vierten Bruchteils übertragen, wobei sowohl der dritte als auch der vierte Bruchteil 1/2 des zweiten Bruchteils und 1/3 des Motordrehmoments ausmacht. Der zweite Bruchteil wird vom Laufradgehäuse 216 zum Turbinenkolben 220 übertragen, indem er durch das Hartlot 245a vom Laufradgehäuse 216 zu den Laufradschaufeln 240 und von diesen wiederum durch die Zungen 296 zur Kupplungsscheibe 290 übertragen wird. Der dritte Bruchteil wird durch die Kupplungsscheibe 290 zum Turbinenkolben 220 übertragen, indem dieser durch die Reibung des ersten Reibungsmaterials 294a in die radial äußere Verlängerung 230 eingreift. Der vierte Bruchteil wird vom Laufradgehäuse 216 zum Turbinenkolben 220 übertragen, indem das Drehmoment durch das Hartlot 245a vom Laufradgehäuse 216 zu den Laufradschaufeln 240, von diesen wiederum durch die Zungen 296 zur Kupplungsscheibe 290, von dieser durch das zweite Reibungsmaterial 294b zur Kupplungsscheibe 292 und schließlich über die Zungen 299b der radial äußeren Verlängerung 230 durch die Zungen 298 der Kupplungsscheibe 292 zum Turbinenkolben 220 übertragen wird.
5 zeigt eine Alternative zur Ausführungsform der 3 und 4. 5 unterscheidet sich nur insofern von 4, als sie eine Kupplungsscheibe 390 mit einem radial inneren Ende 390e, das von dem Ende der Kupplungsscheibe 290 verschieden ist, und Laufradschaufeln 340 aufweist, die von den Laufradschaufeln 240 verschieden sind. Radial äußere Enden 340a der Laufradschaufeln 340 sind axial dicker als die Laufradschaufeln 240, sodass der Strömungsspalt zwischen den Schaufeln 240 und dem Turbinenkolben 222 so weit wie möglich verringert ist. Eine rückseitige Kante 340c der Schaufeln 340, die direkt zu den Turbinenschaufeln 226 hin zeigt, erstreckt sich in einer Ebene 340c, die den Turbinenkolben 220 schneidet. Genauer gesagt, die Ebene 340d schneidet den Turbinenkolben 220 in einem Übergangsbereich 229, in dem der Schaufelhalterungsabschnitt 228 des Turbinengehäuses 222 in eine radial äußere Verlängerung 230 übergeht. Die rückseitige Kante 340c ist an einem Außendurchmesser derselben mit einer Kante 340e verbunden, die zum Übergangsbereich 229 hin zeigt. Weiterhin ist die Kante 340e mit einer Kante 340f am Außendurchmesser der Schaufel 340 und die Kante 340f mit einer konkaven Fläche 340b verbunden, die dem Profil der konvexen Fläche 245 des Laufradgehäuses 216 folgt. Die Schaufeln 340 sind an den Flächen 340b, 245 durch Hartlöten mit dem Laufradgehäuse 216 verbunden.
Das radial innere Ende 390e der Kupplungsscheibe 390 enthält über den Umfang hinweg voneinander beabstandeter Zungen 396, die jeweils einen rundlichen Abschnitt 390g enthalten, der sich vom äußeren Abschnitt 290b aus radial nach innen in einen sich axial erstreckenden Abschnitt 390h erstreckt, der eine Fläche 390f am Innendurchmesser der Kupplungsscheibe 390 definiert. Die Zungen 396 erstrecken sich über den Umfang hinweg in Zwischenräume zwischen den Schaufeln 340, sodass rundliche Abschnitte 390g auf Punkte ausgerichtet sind, an denen die Kanten 340e, 340f ineinander übergehen, und sich axial erstreckende Abschnitte 390h an den in Umfangsrichtung zeigenden Flächen der Schaufeln 340 anliegen. Auf bekannte Weise definieren der Schaufelhalterungsabschnitt 228 des Turbinengehäuses 222 und der rundliche Schaufelhalterungsabschnitt 244 des Laufradgehäuses 216 einen Torus, dessen Profil durch eine gekrümmte Linie 395 veranschaulicht ist, die ein Profil des Schaufelhalterungsabschnitts 228 mit einem Profil des rundlichen Schaufelhalterungsabschnitts 244 verbindet. Die Kupplungsscheibe 390 ist so gestaltet, dass die Zungen 396 außerhalb der gekrümmten Linie 395 angeordnet sind. Gemäß der in 5 gezeigten Ausführungsform ist die Fläche 390f am Innendurchmesser so geformt, dass sie auf die Linie 395 ausgerichtet ist.
6 zeigt eine weitere Alternative zu der Ausführungsform der 3 und 4. 6 unterscheidet sich nur insofern von 5, als sie eine Kupplungsscheibe 490 mit einem radial inneren Ende 490e enthält, das von dem Ende der Kupplungsscheibe 390 verschieden ist. Das radial innere Ende 490e der Kupplungsscheibe 490 enthält über den Umfang hinweg voneinander beabstandete Zungen, die jeweils einen rundlichen Abschnitt 490g enthalten, der sich vom äußeren Abschnitt 290b aus radial nach innen in einen sich axial erstreckenden gefalteten Abschnitt 490h erstreckt, der sich zuerst zum Laufradgehäuse 216 hin erstreckt und dann wieder zum Turbinenkolben 220 zurück umgebogen ist, um eine Fläche 490f am Innendurchmesser der Kupplungsscheibe 490 zu definieren. Die Zungen 496 erstrecken sich über den Umfang hinweg in Zwischenräume zwischen den Schaufeln 340, sodass die rundlichen Abschnitte 490g auf die Kanten 340g ausgerichtet sind und die sich axial erstreckenden gefalteten Abschnitte 490h an den in Umfangsrichtung zeigenden Flächen der Schaufeln 340 anliegen. Ähnlich wie bei der Ausführungsform von 5 ist die Kupplungsscheibe 490 so angeordnet, dass die Zungen außerhalb der gekrümmten Linie 395 angeordnet sind. Gemäß der in 6 gezeigten Ausführungsform ist die Fläche 490f am Innendurchmesser so geformt, dass sie auf die Linie 395 ausgerichtet ist.
In der vorhergehenden Beschreibung ist die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen und deren Beispiele beschrieben worden. Es ist jedoch klar, dass daran verschiedene Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom weiter gefassten Wesensgehalt und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, die in den folgenden Ansprüchen dargelegt sind. Demgemäß sind die Beschreibung und die Zeichnungen nicht als Einschränkung, sondern vielmehr als Veranschaulichung anzusehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2015/0152951 [0002]
US 2015/0021137 [0002]
US 2016/0084364 [0002]

Claims

Drehmomentwandler, der umfasst: ein Laufrad mit einer Vielzahl Laufradschaufeln und eines sich radial erstreckenden Wand radial außerhalb der Laufradschaufeln; einen in Bezug auf das Laufrad axial verschiebbaren Turbinenkolben, wobei der Turbinenkolben eine Vielzahl Turbinenschaufeln und eine radial äußere Verlängerung radial außerhalb der Turbinenschaufeln enthält; und eine Kupplungsbaugruppe axial zwischen der sich radial erstreckenden Wand des Laufrades und der radial äußeren Verlängerung des Turbinenkolbens, wobei die Kupplungsbaugruppe eine drehfest mit dem Laufrad verbundene erste Kupplungsscheibe und eine drehfest mit dem Turbinenkolben verbundene zweite Kupplungsscheibe enthält, wobei sich ein Abschnitt der Kupplungsbaugruppe zwischen den Turbinenschaufeln oder den Laufradschaufeln erstreckt.
Drehmomentwandler nach Anspruch 1, wobei die Kupplungsbaugruppe eine innere Halterung enthält, die die zweite Kupplungsscheibe haltert, wobei die zweite Kupplungsscheibe drehfest mit der inneren Halterung verbunden und axial entlang derselben verschiebbar ist und wobei es sich bei der inneren Halterung um den Abschnitt der Kupplungsbaugruppe handelt, der sich zwischen den Turbinenschaufeln oder den Laufradschaufeln erstreckt.
Drehmomentwandler nach Anspruch 2, wobei die innere Halterung einen sich radial erstreckenden Abschnitt enthält, der eine Vielzahl sich zwischen den Turbinenschaufeln erstreckender Zungen enthält, wobei der sich radial erstreckende Abschnitt der inneren Halterung durch Hartlöten mit einem Turbinengehäuse des Turbinenkolbens verbunden ist.
Drehmomentwandler nach Anspruch 3, wobei die innere Halterung einen sich axial erstreckenden Abschnitt enthält, der sich von deren sich radial erstreckenden Abschnitt aus in axialer Richtung erstreckt, wobei ein radial inneres Ende der zweiten Kupplungsscheibe entlang des sich axial erstreckenden Abschnitts axial verschiebbar ist.
Drehmomentwandler nach Anspruch 1, wobei die Kupplungsbaugruppe eine äußere Halterung enthält, die die erste Kupplungsscheibe haltert, wobei die äußere Halterung an der sich radial erstreckenden Wand befestigt ist und die äußere Halterung einen sich radial erstreckenden Abschnitt, der durch Schweißnähte an einer vorderen sich radial erstreckenden Fläche der sich radial erstreckenden Wand befestigt ist, und einen sich axial erstreckenden Abschnitt enthält, der von einem radial äußeren Ende des sich radial erstreckenden Abschnitts der äußeren Halterung aus in axialer Richtung hervorragt, wobei ein radial äußeres Ende der ersten Kupplungsscheibe entlang des sich axial erstreckenden Abschnitts der äußeren Haltung axial verschiebbar ist, die zweite Kupplungsscheibe axial zwischen der ersten Kupplungsscheibe und dem sich radial erstreckenden Abschnitt der äußeren Halterung angeordnet ist und die erste Kupplungsscheibe axial zwischen der ersten Kupplungsscheibe und der radial äußeren Verlängerung des Turbinenkolbens angeordnet ist.
Drehmomentwandler nach Anspruch 1, wobei die erste Kupplungsscheibe ein radial inneres Ende enthält, das den zwischen den Turbinenschaufeln oder den Laufradschaufeln sich erstreckenden Abschnitt der Kupplungsbaugruppe bildet, wobei das radial innere Ende der ersten Kupplungsscheibe eine Vielzahl sich zwischen den Laufradschaufeln erstreckender Zungen an radial äußeren Enden der Laufradschaufeln enthält, wobei die radial äußeren Enden der Laufradschaufeln durch Hartlöten mit einem Laufradgehäuse des Laufrades verbunden sind.
Verfahren zum Herstellen eines Drehmomentwandlers, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Laufrades, das eine Vielzahl Laufradschaufeln und eine sich radial erstreckende Wand radial außerhalb der Laufradschaufeln enthält; Bereitstellen eines in Bezug auf das Laufrad axial verschiebbaren Turbinenkolbens, wobei der Turbinenkolben eine Vielzahl Turbinenschaufeln und eine radial äußere Verlängerung radial außerhalb der Turbinenschaufeln enthält; und Einbauen einer Kupplungsbaugruppe axial zwischen der sich radial erstreckenden Wand des Laufrades und der radial äußeren Verlängerung des Turbinenkolbens durch drehfestes Verbinden einer ersten Kupplungsscheibe mit dem Laufrad und drehfestes Verbinden der zweiten Kupplungsscheibe mit dem Turbinenkolben, sodass sich ein Abschnitt der Kupplungsbaugruppe zwischen den Turbinenschaufeln oder den Laufradschaufeln erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei zum Einbauen der Kupplungsbaugruppe ein drehfestes Verbinden einer inneren Halterung mit dem Turbinenkolben gehört, um die zweite Kupplungsscheibe drehfest mit dem Turbinenkolben zu verbinden, wobei es sich bei der inneren Halterung um den sich zwischen den Turbinenschaufeln oder den Laufradschaufeln erstreckenden Abschnitt der Kupplungsbaugruppe handelt, wobei die innere Halterung einen sich radial erstreckenden Abschnitt enthält, der eine Vielzahl zwischen den Turbinenschaufeln sich erstreckender Zungen enthält, und wobei zum Einbauen der Kupplungsbaugruppe ein Verbinden des sich radial erstreckenden Abschnitts der inneren Halterung durch Hartlöten mit einem Turbinengehäuse des Turbinenkolbens gehört.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei zum Einbauen der Kupplungsbaugruppe ein drehfestes Verbinden eines radial inneren Endes der ersten Kupplungsscheibe mit den Laufradschaufeln gehört, wobei das radial innere Ende der ersten Kupplungsscheibe den Abschnitt der Kupplungsbaugruppe bildet, der sich zwischen den Turbinenschaufeln oder den Laufradschaufeln erstreckt, wobei das radial innere Ende der ersten Kupplungsscheibe eine Vielzahl sich zwischen den Laufradschaufeln erstreckender Zungen an radial äußeren Enden der Laufradschaufeln enthält.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner ein Verbinden der radial äußeren Enden der Laufradschaufeln durch Hartlöten mit einem Laufradgehäuse des Laufrades aufweist, wobei zum Einbauen der Kupplungsbaugruppe ein drehfestes Verbinden eines sich axial erstreckenden Abschnitts der zweiten Kupplungsscheibe mit der radial äußeren Verlängerung des Turbinenkolbens gehört.