DE10221264B4

DE10221264B4 - Hydrodynamischer Drehmomentwandler

Info

Publication number: DE10221264B4
Application number: DE10221264.3A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Krause; Bruno Müller
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2001-05-15
Filing date: 2002-05-14
Publication date: 2015-05-21
Anticipated expiration: 2022-05-15
Also published as: US6708804B2; US20020195305A1; DE10221264A1

Abstract

Hydrodynamischer Drehmomentwandler (1) zur Drehmomentübertragung zwischen einem antriebswellenseitigen Gehäuseteil (3), das mit einem Pumpenrad (9) koppelbar ist, und einer Abtriebswelle (60), die mit einem Turbinenrad (19) koppelbar ist, das mit dem Pumpenrad (9) zusammenwirkt, wobei zwischen dem Turbinenrad (19) und dem Gehäuseteil (3) eine Überbrückungskupplung (25) angeordnet ist, über die das Gehäuseteil (3) mittels wenigstens einer Reibscheibe mit der Abtriebswelle (60) koppelbar ist und die mit Hilfe eines mit dem Gehäuseteil drehverbundenen Kolbens (23) über die Druckdifferenz zwischen einer ersten Kammer (29) die zwischen dem Kolben (23) und dem antriebswellenseitigen Gehäuseteil (3) angeordnet ist, und einer zweiten Kammer (31), die zwischen dem Kolben (23) und dem Turbinenrad (19) angeordnet ist, geöffnet und geschlossen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kammer (31) über mindestens einen zusätzlichen Durchlass (49) mit Druck beaufschlagbar ist, wobei der Durchlass (49) bei geöffneter Überbrückungskupplung (25) zumindest teilweise geschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Drehmomentwandler zur Drehmomentübertragung zwischen einem antriebswellenseitigen Gehäuseteil, das mit einem Pumpenrad koppelbar ist, und eine Abtriebswelle, die mit einem Turbinenrad koppelbar ist, das mit dem Pumpenrad zusammenwirkt, wobei zwischen dem Turbinenrad und dem Gehäuseteil eine Überbrückungskupplung angeordnet ist, über die das Gehäuseteil mittels wenigstens einer Reibscheibe, wie z. B. Kupplungsscheibe, mit der Abtriebswelle koppelbar ist und die Überbrückungskupplung mit Hilfe eines mit dem Gehäuse drehverbundenen Kolbens über die Druckdifferenz zwischen einer ersten Kammer, die zwischen dem Kolben und dem Gehäuseteil angeordnet ist, und einer zweiten Kammer, die zwischen dem Kolben und dem Turbinenrad angeordnet ist, geöffnet und geschlossen werden kann. Derartige Drehmomentwandler sind beispielsweise aus der DE 44 33 256 A1 bekannt.
Aufgrund einer im Betrieb des hydrodynamischen Drehmomentwandlers beim Schließen der Überbrückungskupplung auftretenden Drehzahldifferenz zwischen dem Kolben und dem Turbinenrad können sich dynamische Drücke aufbauen, die einem gesteuerten bzw. optimalen Schließen der Überbrückungskupplung entgegenwirken.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen hydrodynamischen Drehmomentwandler der eingangs geschilderten Art zu schaffen, der beim Schließen der Überbrückungskupplung einen definierten Druckaufbau in der zweiten Kammer ermöglicht.
Die Aufgabe ist bei einem hydrodynamischen Drehmomentwandler zur Drehmomentübertragung zwischen einem antriebswellenseitigen Gehäuseteil, das mit einem Pumpenrad koppelbar ist, und einer Abtriebswelle, die mit einem Turbinenrad koppelbar ist, das mit dem Pumpenrad zusammenwirkt, wobei zwischen dem Turbinenrad und dem Gehäuseteil eine Überbrückungskupplung angeordnet ist, über die das Gehäuseteil mittels wenigstens einer Reibscheibe mit der Abtriebswelle koppelbar ist und die mit Hilfe eines mit dem Gehäuseteil drehverbundenen Kolbens über die Druckdifferenz zwischen einer ersten Kammer, die zwischen dem Kolben und dem Gehäuseteil angeordnet ist und einer zweiten Kammer, die zwischen dem Kolben und dem Turbinenrad angeordnet ist, geöffnet und geschlossen werden kann, dadurch gelöst, dass die zweite Kammer über mindestens einen Durchlass mit Druck beaufschlagbar ist, wobei der Durchlass bei geöffneter Überbrückungskupplung zumindest teilweise geschlossen ist. Über den Durchlass kann, bei zumindest teilweise geschlossener Überbrückungskupplung, die zweite Kammer gezielt mit einem Druckmedium versorgt werden. Dadurch kann eine gewisse Beeinflussung bzw. Korrektur des in der zweiten Kammer vorhandenen Druckes innerhalb des Druckmediums erfolgen. Durch diese Korrektur können unerwünschte Druckunterschiede zwischen der ersten und der zweiten Kammer gezielt beeinflusst werden, z. B. verringert. Dadurch kann der Schließvorgang und/oder der Öffnungsvorgang der Überbrückungskupplung positiv beeinflusst werden. Es kann also eine genauere bzw. präzisere Ansteuerung der Überbrückungskupplung erfolgen.
Zum Öffnen der Überbrückungskupplung wird in der ersten Kammer der Druck innerhalb des Mediums derart erhöht, dass der Kolben in Richtung Öffnen axial verlagert wird. Dadurch kann eine Druckmediumsströmung erzeugt werden, die zumindest zur teilweisen Erneuerung des im Torusraum zwischen Pumpenrad und Turbinenrad vorhandenen Druckmediums dient. Bei geöffneter Überbrückungskupplung wird die volle Leistung über den Wandler geleitet, so dass insbesondere das Druckmedium, welches im vorerwähnten Torusraum die Drehmomentübertragung gewährleistet, besonders erhitzt wird. Durch die vorerwähnte Druckmittelströmung bzw. die dadurch ermöglichte Erneuerung von Druckmedium innerhalb des Torusraumes, kann einer unzulässig hohen Erhitzung des Druckmediums entgegengewirkt werden. Es findet also durch die innerhalb des Wandlers stattfindende Zirkulation bzw. den Austausch des Druckmediums eine Kühlung statt. Durch die erfindungsgemäße, zumindest teilweise Schließung des mindestens einen Durchlasses bei geöffneter Überbrückungskupplung wird nun gewährleistet, dass über diesen Durchlass kein unzulässig großer Beipass gebildet wird, welcher die Zirkulation bzw. den Austausch an Druckmedium innerhalb des durch das Pumpenrad und das Turbinenrad gebildeten Torus unzulässig verringern würde.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Drehmomentwandlers ist dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Durchlass in einem radialen Flansch ausgebildet ist, der an einer Turbinenradnabe vorgesehen ist, an der das Turbinenrad angebracht ist. Die Ausbildung des Durchlasses in dem radialen Flansch ist fertigungstechnisch besonders einfach zu realisieren.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Drehmomentwandlers ist dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Durchlass radial innen an dem Flansch angeordnet ist. Dadurch wird ein günstiger Strömungsverlauf für das Druckaufbaumedium gewährleistet.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Drehmomentwandlers ist dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Durchlass im Bereich einer Stützscheibe angeordnet ist, die beim öffnen der Überbrückungskupplung an der dem Kolben zugewandten Seite des Flanschs zur Anlage kommt. Das liefert den Vorteil, dass der Durchlass, der beispielsweise als Bohrung ausgebildet ist, nur beim Schließen der Überbrückungskupplung beziehungsweise dann wirksam ist, wenn die Überbrückungskupplung geschlossen ist. Dadurch wird verhindert, dass bei geöffneter Überbrückungskupplung ein Volumenstrom durch den Durchlass strömen kann. Durch die Kombination des Durchlasses mit der Stützscheibe ergibt sich eine Art Einwegeventil.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel eines Drehmomentwandlers im Schnitt beim öffnen der Überbrückungskupplung;
2 den Drehmomentwandler aus 1 im Schnitt beim Schließen der Überbrückungskupplung; und
3 eine vergrößerte Schnittdarstellung der Turbinenradnabe mit der Stützscheibe.
In den 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Drehmomentwandlers 1 im Schnitt dargestellt. Der Drehmomentwandler 1 umfasst ein Antriebsblech 3, das mit einer (nicht dargestellten) Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbindbar ist. Radial außen weist das Antriebsblech 3 einen auf diesem axial fest und drehfest beispielsweise mittels einer Verzahnung, Verstemmung, Verschweißung und/oder Aufschrumpfen aufgenommenen Anlasserzahnkranz 5 sowie gegebenenfalls umlaufende Markierungen zur Steuerung der Antriebseinheit auf. Das Antriebsblech 3 ist radial außen an einem Wandlergehäuse 7 befestigt. Das Wandlergehäuse 7 ist formschlüssig mit einem Pumpenrad 9 verbunden. Das Pumpenrad 9 bildet zusammen mit dem Wandlergehäuse 7 das Eingangsteil des Drehmomentwandlers 1. Das Gehäuse 7 mündet in Richtung Getriebeseite in einen axial erweiterten Wandlerhals 11, der auf einem axial erweiterten Teil (nicht dargestellt) des Getriebes mündet. Das axial erweiterte Teil des Getriebes wird auch als Getriebehals bezeichnet und dient zur Aufnahme eines Leitrads 13 mit einem Freilauf 15. Das Leitrad 13 stützt sich mittels eines Axiallagers 17 verdrehbar an dem Pumpenrad 9 ab.
Das Pumpenrad 9 steht über eine nicht näher dargestellte Beschaufelung mit einem Turbinenrad 19 in Wirkverbindung. Das Turbinenrad 19 ist auf einer Turbinenradnabe 21 drehfest aufgenommen. Die Turbinenradnabe 21 wiederum ist antriebsmäßig verbunden mit und gegebenenfalls axial verlagerbar zu einer Getriebeeingangswelle.
Weiterhin ist auf einem axialen Vorsprung der Turbinenradnabe 21 ein Kolben 23 für eine Wandlerüberbrückungskupplung 25 axial verlagerbar aufgenommen. Der Kolben 23 ist im Bereich seines Außenumfangs, z. B. mittels Blattfedern, axial verlagerbar und drehfest mit dem Antriebsblech 3 verbunden. Durch eine Gleitringscheibe 27, die auch als Stützscheibe bezeichnet wird, ist der Kolben 23 verdrehbar zu der Turbinenradnabe 21 axial abstützbar. Der Kolben 23 teilt den durch das Gehäuse 7 begrenzten Wandlerinnenraum in zwei Kammern 29 und 31, die bei eingerückter oder schlüpfender Wandlerüberbrückungskupplung 25 gegeneinander zumindest im Wesentlichen abgedichtet sind.
Die Zuleitung von Druckmedium erfolgt beispielsweise durch einen radial zwischen dem Getriebehals und dem Wandlerhals 11 geführte Druckweg in die Kammer 31, die Ableitung aus der Kammer 29 über eine Hohlbohrung in der Getriebeeingangswelle, die in einer radial zwischen dem Getriebehals und der Getriebeeingangswelle vorgesehene Ableitung mündet. Getriebehals und Getriebeeingangswelle sind mittels eines Gleitlagers mit Dichtfunktion gegeneinander gelagert und abgedichtet, so dass Druckmedium aus der Ableitung nicht in die Kammer 31 gelangen kann.
Die Drehmomenteinleitung bei geschlossener oder schlupfender Wandlerüberbrückungskupplung 25 von dem Antriebsblech 3 auf die Getriebeeingangswelle erfolgt über wenigstens eine Reibscheibe bzw. Reiblamelle 33, die im Bereich ihres Außenumfangs beidseitig Reibbeläge aufweist, die mit entsprechenden Gegenreibflächen an der Innenseite des Antriebsblechs 3 und dem Kolben 23 einen Reibeingriff bilden, und die mit dem Eingangsteil 35 eines Torsionsschwingungsdämpfers 37 fest verbunden ist. Das Eingangsteil 35 ist mit dem Turbinenrad 19 bzw. der Turbinennabe 21, drehfest und gegebenenfalls axial verlagerbar verbunden. Das Ausgangsteil 39 des Torsionsschwingungsdämpfers 37 ist drehfest und gegebenenfalls axial verlagerbar mit einer Getriebeeingangswelle verbindbar.
Durch eine Erhöhung des Druckmediumdrucks in der Kammer 31 gegenüber der Kammer 29 wird der Kolben 23 axial verlagert und bringt die Reiblamelle 33 in Reibeingriff mit dem Antriebsblech 3 und dem Kolben 23. Durch den Reibeingriff wird die Übertragung eines Drehmoments von dem Antriebsblech 3 beziehungsweise dem Wandlergehäuse 7 auf die Getriebeeingangswelle ermöglicht. Durch die Einstellung eines höheren Drucks in der Kammer 29 wird der Reibeingriff getrennt und das zu übertragende Drehmoment wird vom Pumpenrad 9 über das Turbinenrad 19 und die Turbinenradnabe 21 auf die Getriebeeingangswelle übertragen. Diese Drehmomentübertragung erfolgt auch über den Torsionsschwingungsdämpfer 37.
In 1 ist der Drehmomentwandler 1 mit geöffneter Wandlerüberbrückungskupplung 25 dargestellt. Der Strömungsverlauf des Druckmediums ist durch eine Linie 41 angedeutet. Das Druckmedium gelangt in Pfeilrichtung axial durch den Wandlerhals 11 bzw. durch die Getriebeeingangswelle, die mit dem Torsionsschwingungsdämpfer 37 verbunden ist, in die Kammer 29. Der durch das Druckmedium in der Kammer 29 aufgebaute Druck bewirkt eine axiale Verschiebung des Kolbens 23 weg von dem Antriebsblech 3. Der Druckabbau erfolgt über das Turbinenrad 19.
In 2 ist der Drehmomentwandler 1 beim Schließen der Wandlerüberbrückungskupplung 25 dargestellt. Der Druckmediumsverlauf beim Schließen der Wandlerüberbrückungskupplung 25 ist durch eine Linie 43 angedeutet. Durch eine gestrichelte Linie 45 ist angedeutet, dass das Druckmedium, wie bei herkömmlichen Drehmomentwandlern, über das Pumpenrad 9 in die Druckkammer 31 gelangt. Darüber hinaus gelangt das Druckmedium durch die Turbinenradnabe 21 und zwischen dem Kolben 23 und dem Turbinenrad 19 hindurch in die Kammer 31. In der Kammer 31 sorgt das Druckmedium dafür, dass sich der Kolben 23 auf das Antriebsblech 3 zubewegt. Solange die Wandlerüberbrückungskupplung 25 noch nicht ganz geschlossen ist, erfolgt der Druckabbau über die Kammer 29.
In 3 ist die Turbinenradnabe 21 im Schnitt vergrößert dargestellt. In der vergrößerten Darstellung erkennt man, dass an der Turbinenradnabe 21 ein Flansch 47 ausgebildet ist, an dem die Gleitringscheibe beziehungsweise Stützscheibe 27 in Anlage kommen kann. Radial innen ist in dem Flansch 47 eine Bohrung 49 vorgesehen. Die Bohrung 49 verläuft in axialer Richtung und kann auf einer Seite durch die Stützscheibe 27 verschlossen werden.
Durch die Bohrung 49 in der Turbinenradnabe 21 kann der Strömungsanteil zwischen der Turbinenradnabe 21 und dem Kolben 23 beeinflusst werden. Dadurch ist es möglich, einen durch die unterschiedlichen Drehzahlen zwischen dem Turbinenrad 19 und dem Kolben 23 bedingten Druckabbauzu verringern bzw. den Druckaufbau in der Kammer 31 beim Schließen der Wandlerüberbrückungskupplung 25 zu verbessern. Bei geöffneter Wandlerüberbrückungskupplung 25 (siehe 1) verhindert die an dem Flansch 47 anliegende Stützscheibe 27, dass die Bohrung 49 durchströmt wird.
Dadurch, dass die wenigstens eine Bohrung 49 bei geöffneter Wandlerüberbrückungskupplung 25 verschlossen ist, wird gewährleistet, dass bei reinem Wandlerbetrieb das Druckmedium, welches durch den Wandler entsprechend dem lediglich schematisch angedeuteten Strömungsverlauf 41 zirkuliert, praktisch vollständig durch den zwischen Pumpenrad 9 und Turbinenrad 31 vorhandenen torusförmigen Raum geleitet wird, wodurch eine effektivere Kühlung der Wandlerteile erzielt wird.
Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvorschläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder den Zeichnungen offenbarte Merkmalskombination zu beanspruchen.
In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
Da die Gegenstände der Unteransprüche im Hinblick auf den Stand der Technik am Prioritätstag eigene und unabhängige Erfindungen bilden können, behält die Anmelderin sich vor, sie zum Gegenstand unabhängiger Ansprüche oder Teilungserklärungen zu machen. Sie können weiterhin auch selbständige Erfindungen enthalten, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.
Die Ausführungsbeispiele sind nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen beziehungsweise Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.

Claims

Hydrodynamischer Drehmomentwandler (1) zur Drehmomentübertragung zwischen einem antriebswellenseitigen Gehäuseteil (3), das mit einem Pumpenrad (9) koppelbar ist, und einer Abtriebswelle (60), die mit einem Turbinenrad (19) koppelbar ist, das mit dem Pumpenrad (9) zusammenwirkt, wobei zwischen dem Turbinenrad (19) und dem Gehäuseteil (3) eine Überbrückungskupplung (25) angeordnet ist, über die das Gehäuseteil (3) mittels wenigstens einer Reibscheibe mit der Abtriebswelle (60) koppelbar ist und die mit Hilfe eines mit dem Gehäuseteil drehverbundenen Kolbens (23) über die Druckdifferenz zwischen einer ersten Kammer (29) die zwischen dem Kolben (23) und dem antriebswellenseitigen Gehäuseteil (3) angeordnet ist, und einer zweiten Kammer (31), die zwischen dem Kolben (23) und dem Turbinenrad (19) angeordnet ist, geöffnet und geschlossen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kammer (31) über mindestens einen zusätzlichen Durchlass (49) mit Druck beaufschlagbar ist, wobei der Durchlass (49) bei geöffneter Überbrückungskupplung (25) zumindest teilweise geschlossen ist.
Drehmomentwandler (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Durchlass (49) in einem radialen Flansch ausgebildet ist, der an einer Turbinenradnabe (21) vorgesehen ist, an der das Turbinenrad (19) angebracht ist.
Drehmomentwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Durchlass (49) radial innen an dem Flansch angeordnet ist.
Drehmomentwandler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Durchlass (49) im Bereich einer Stützscheibe (27) angeordnet ist, die beim Öffnen der Überbrückungskupplung (25) an der dem Kolben (23) zugewandten Seite des Flanschs zur Anlage kommt.