DE10226860A1

DE10226860A1 - Föttinger-Anfahrelement

Info

Publication number: DE10226860A1
Application number: DE2002126860
Authority: DE
Inventors: Peter Schiele; Georg Gierer; Christian Popp
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2002-06-15
Filing date: 2002-06-15
Publication date: 2003-12-24

Abstract

Das erfindungsgemäße Föttinger-Anfahrelement umfasst eine Pumpenseite (1), eine Turbinenseite (2), einen Ölkreislauf mit einem Zulauf (5) und einem Rücklauf (6), eine Überbrückungskupplung (11) und ein Torsionsdämpferelement (7), wobei das Torsionsdämpferelement (7) in dem Torus (8) der Beschauflung zwischen Pumpenseite und Turbinenseite angeordnet ist und wobei die Pumpenseite (1) als Primärmasse und die Turbinenseite (2) als Sekundärmasse für einen Antriebsmotor dient.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Föttinger- Anfahrelement, insbesondere einen Föttinger-Wandler bzw. eine Föttinger-Kupplung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Föttinger-Kupplungen sind hydrodynamische Kupplungen, welche Pumpenrad und Turbinenrad in einem Gehäuse vereinen. Um außer der Drehzahlwandlung eine Drehmomentwandlung zu erzielen, weist ein Föttinger-Wandler als Abstützelement mindestens ein Leitrad, welches ebenfalls in einem Gehäuse, zusammen mit Pumpenrad und Turbinenrad angeordnet ist.
Nach dem Stand der Technik werden Automatgetriebe für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Personenkraftwagen oft mit Föttinger-Wandler (Trilok-Wandler mit Leitrad) ausgeführt.
Durch die Lagerung des Leitrads mittels eines Freilaufs im Gehäuse läuft für den Fall, dass das Abtriebsmoment unter das Antriebsmoment sinkt, das Leitrad mit, wodurch der Wandler wie eine Kupplung funktioniert und der Vorteil des hohen Wirkungsgrades einer Strömungskupplung im hohen Drehzahlbereich ausgenutzt wird.
Um die hydraulischen Verluste, welche durch Strömungsverluste verursacht werden und somit den Kraftstoffverbrauch außerhalb des Anfahrvorgangs zu minimieren, wird eine möglichst frühe Überbrückung mittels einer Überbrückungskupplung angestrebt.
Ein frühes Schließen der sogenannten Wandlerüberbrückungskupplung bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten und Motordrehzahlen ist oft aus akustischen bzw. Komfortgründen nicht möglich, da Drehungsungleichförmigkeiten vom Motor in den Triebstrang eingeleitet werden, die ein unangenehmes Brummen im Fahrzeuginnenraum verursachen. Daher wurde nach dem Stand der Technik vorgeschlagen, den Kolben der Wandlerüberbrückungskupplung mit einem Torsionsdämpferelement zu versehen, um eine komfortable frühzeitige Überbrückung zu gewährleisten.
Diese Lösung weist jedoch den Nachteil auf, dass ein erhöhter Bauraumbedarf erfordert wird. Insbesondere erweist es sich als schwierig, das Ringfederpaket des Torsionsdämpferelementes bauraumverträglich zwischen Gehäuse und Turbinenseite unterzubringen.
Zudem darf das Ringfederpaket einerseits nicht auf zu kleinem Drehradius positioniert sein, da sonst die benötigte Relativbewegung nicht erzielbar ist. Andererseits verursacht ein zu großer Drehradius Probleme aufgrund der auftretenden Fliehkräfte bei hohen Drehzahlen. In diesem Fall werden die Federn durch die Zentrifugalkraft derart an die äußeren Führungen gepresst (hohe Dämpfung im überkritischen Bereich), dass die Entkopplungsgüte eingeschränkt wird.
Des weiteren wird Bauraum zum Einbau von weiteren Systemen, wie z. B. Kurbelwellenstartergeneratoren benötigt, so dass der erforderliche Bauraum zwischen Motor und Getriebeeinheit für einen Trilok-Wandler mit Wandlerüberbrückungskupplung und Torsionsdämpferelement nicht mehr darstellbar ist.
Um dieses Problem zu lösen, ist vorgeschlagen worden, in das Getriebe integrierte Anfahrkupplungen einzusetzen, wobei hier auch ein Torsionsdämpferelement benötigt wird, bei einer gleichzeitigen Erhöhung des Gewichtes und Einschränkung des Bauraumes.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Föttinger-Anfahrelement anzugeben, welches den Bauraum zwischen Motor und Getriebe effektiv nutzt, um für weitere benötigte Systeme Bauraum zur Verfügung zu stellen.

Zudem soll eine deutlich verbesserte Entkopplungsgüte bei früher Überbrückung oder Schlupfregelung und somit eine wesentliche Reduktion des Kraftstoffverbrauchs gewährleistet werden; außerdem soll eine Verbesserung des Triebstrangkomforts bei einer effektiven Drehschwingungsentkopplung herbeigeführt werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Demnach wird vorgeschlagen, ein Föttinger-Anfahrelement derart auszubilden, dass ein Torsionsdämpferelement im Torus der Beschaufelung zwischen Pumpenseite und Turbinenseite angeordnet ist. Somit wird der Bauraum im Torus optimal genutzt.

Durch diese Konzeption ergibt sich eine günstige Ausgestaltung des hydrodynamischen Kreislaufs im Torus, insbesondere aufgrund der Rundgeometrie.

Die Erfindung wird im folgenden am Beispiel einer Föttinger-Kupplung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
In diesen stellen dar:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Föttinger-Kupplung, bei der ein Torsionsdämpferelement in den Torus der Beschaufelung integriert ist;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Föttinger-Kupplung und
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Föttinger-Kupplung gemäß der Erfindung.
Gemäß Fig. 1 umfasst eine erfindungsgemäße Föttinger- Kupplung eine Pumpenseite 1 und eine Turbinenseite 2, eine Getriebeeinganswelle 3, ein Abstützelement 4 der Wandlerüberbrückungskupplung 11 sowie einen Ölkreislauf, dessen Zulauf 5 bzw. Rücklauf 6 gezeigt ist.
Des weiteren ist ein Torsionsdämpferelement 7 vorgesehen, welches gemäß der Erfindung im Torus 8 der Beschaufelung angeordnet ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Ringfederpaket (wie in der Figur dargestellt) als Weitwinkel-Torsionsdämpferelement oder um ein hydraulisches Torsionsdämpferelement handeln.
Die Pumpenseite 1 dient erfindungsgemäß als Primärmasse für den Motor wohingegen die Turbinenseite 2 als Sekundärmasse dient. Hierbei ist die Sekundärmasse so abgestimmt, dass im überbrückten Zustand (d. h. bei geschlossener Wandlerüberbrückungskupplung) die Primärmasse mit der Sekundärmasse als Zweimassenschwungrad wirkt, so dass auch im geschlossenen Zustand eine hervorragende Entkopplungsgüte erreicht wird.
Zudem wird bei geschlossener Wandlerüberbrückungskupplung die Relativbewegung durch die Beschaufelung mir der Ölbefüllung leicht bedämpft, wodurch Resonanzen höherer Ordnung wirksam unterdrückt werden. Somit wird durch die vorliegende Erfindung die Funktion eines Zweimassenschwungrades ohne zusätzliche Triebstrangmassen dargestellt und mit der Funktion eines Drehmomentwandlers oder einer Föttinger-Kupplung kombiniert.
Die Turbinenseite 2 dient als Ansteuerkolben für die Wandlerüberbrückungskupplung. Dies wird erreicht, indem die Getriebeeingangswelle 3 mit dem Abstützelement 4, das mit der Turbinenseite 2 verbunden ist, vorzugsweise verschiebbar verbunden wird.
Im Rahmen einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Abstützelement 4 derart ausgebildet, dass es in axialer Richtung eine ausreichende Elastizität aufweist, um den erforderlichen Kolbenhub für die Betätigung der Wandlerüberbrückungskupplung 11 zu gewährleisten. Die Bewegungsrichtung des Abstützelementes 4 ist durch den Pfeil A veranschaulicht. Hierbei kann das Abstützelement 4 entweder starr mit der Antriebswelle 3 verbunden und elastisch ausgebildet sein oder alternativ axial beweglich auf der Antriebswelle gelagert sein (in der Figur wird die Lagerung mit dem Bezugszeichen 14 versehen), wobei für diesen Fall eine Mitnahmeverzahnung vorgesehen ist.
Wie in Fig. 1 beispielhaft gezeigt, kann die Elastizität des Abstützelementes 4 der Wandlerüberbrückungskupplung 11 in axialer Richtung durch eine Anfederung des Abstützelementes 4, beispielsweise mittels einer Tellerfeder 9 erreicht werden. Alternative Federformen sind Druck- oder Zugfedern. Durch die Anfederung des Abstützelementes 4 wird das Abstützelement 4 im drucklosen Zustand des Getriebes an den Reibbelägen 13 der Wandlerüberbrückungskupplung 11 angelegt. Während des Betriebes bei geöffneter Wandlerüberbrückungskupplung 11 werden die Reibbeläge 13 der Wandlerüberbrückungskupplung 11 durch das entstehende Druckgefälle abgehoben.
Das Abstützelement 4 der Wandlerüberbrückungskupplung 11 weist im Torus 8 eine axiale und/oder eine radiale Lagerung 10 auf, welche relativ zur Turbinenseite verdrehbar ist, um die Relativbewegung im Federpaket bei geschlossener Wandlerüberbrückungskupplung 11 zu gewährleisten. Die Wandlerüberbrückungskupplung 11 kann als herkömmliche Lamellenkupplung oder, wie in der Figur gezeigt, als doppelseitige selbstzentrierende Konuskupplung ausgeführt werden. Alternativ kann eine einfache Konuskupplung vorgesehen sein, die jedoch einen erhöhten Bauaufwand für die Kolbenlagerung erfordert.
Die Durchströmung B des Wandlers erfolgt bei geöffneter Wandlerüberbrückungskupplung 11 von dem Zulauf 5 des Ölkreislaufs (unter Einbeziehung des inneren hydrodynamischen Kreislaufs C über Pumpenseite 1 und Turbinenseite 2des Wandlers) zu dem Rücklauf 6 des Ölkreislaufs. Die Ölströmungen B, C sind gestrichelt bzw. strichpunktiert dargestellt.
Die Ansteuerung der Wandlerüberbrückungskupplung 11 erfolgt über die Druckdifferenz zwischen dem Ölkreiszulauf 5 (Druckraum) und dem Ölkreisrücklauf 6. Um die gewünschte Druckdifferenz aufbauen zu können, ist ein Dichtelement 12 vorgesehen, welches den Druckraum 5 (Zulauf) vom Rücklauf 6 trennt. Hierbei wird als Dichtelement vorzugsweise eine berührungsfreie Labyrinth-Dichtung oder auch ein schleifendes Dichtelement, beispielsweise ein Lippendichtring eingesetzt, wobei das schleifende Dichtelement konstruktiv derart ausgeführt sein muß, dass es bei einer hohen Umfangsgeschwindigkeit betreibbar ist.
Bei geöffneter Wandlerüberbrückungskupplung 11 entsteht im hydrodynamischen Kreislauf Wärme, der üblicherweise über einen dem Wandler in Strömungsrichtung nachgeschalteten Kühler abgeführt wird. Um auch die beim Schließen oder Dauerschlupfbetrieb der Wandlerüberbrückungskupplung 11 aufgrund der Reibleistung (Reibfläche 13) entstehende Wärme und auch eine Wärmemenge eines Getriebes, in dem der hydrodynamische Wandler eingebaut ist, bei geschlossener Wandlerüberbrückungskupplung 11 über den Ölkreislauf 6 abführen zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, mittels einer gezielten Leckage am Dichtelement 12 einen Durchfluss zum Zweck der Wärmeabfuhr zu ermöglichen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Blendenbohrung oder ein Blendenringspalt verwendet wird, die den Druckraum mit dem Rücklauf verbindet. Hierbei kann die Druckdifferenz bzw. die Durchflussrichtung in beide Richtungen realisiert werden.
In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die eine unterschiedliche Primär- und Sekundärmassenverteilung aufweist. Bei dieser Ausführungsform sind im Vergleich zur Ausführungsform nach Fig. 1 der Zulauf 5 und der Rücklauf 6 vertauscht. Die Lagerung 14 ist gleichzeitig die Abdichtung der Turbinenseite 2. Des weiteren sind die Reibbeläge 13 der Wandlerüberbrückungskupplung 11 im Vergleich zur Ausführungsform gemäß Fig. 1 unterschiedlich angeordnet und dienen auch als Abdichtung zwischen Druckraum 5 und Rücklauf 6. Die Durchströmung des Wandlers (Ölströmungen B, C) bei geöffneter Wandlerüberbrückungskupplung 11 ist wieder gestrichelt bzw. strichpunktiert dargestellt. Der Fachmann wird das Abstützelement 4 im Bereich der Torusdurchströmung (zwischen Turbinenseite 2 und Pumpenseite 1) in geeigneter Weise durchströmbar ausführen, beispielsweise als Gitterblech. Die Tellerfeder 9 zur Anfederung des Reibbelags 13 kann optional vorgesehen sein.
Das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel weist eine unterschiedliche Lagerung bzw. Abdichtung 14 der Turbinenseite auf, als das in Fig. 2 gezeigte Beispiel. Gemäß Fig. 3 ist das Abstützelement 4 über eine Verschweißung 15 oder über eine Einsteckverbindung mit der Getriebeeingangswelle 3 verbunden. Entsprechend der dargestellten festen Schweißverbindung 15 ist die Getriebeeingangswelle 3 axial verschiebbar ausgebildet (Pfeil A), um die Überbrückungskupplung schließen zu können. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft als Föttinger-Kupplung einsetzbar, wobei sowohl Konuskupplungen als auch herkömmliche Lamellenkupplungen anordbar sind.
Sämtliche erfindungsgemäße Anordnungen sind erfindungsgemäß auf einen Föttinger-Wandler mit Leitrad übertragbar. Auf diese Weise wird eine äußerst kompakte Bauweise erzielt, welche eine deutlich verbesserte Entkopplungsgüte bei erhöhtem Komfort gewährleistet. Bezugszeichen 1 Pumpenseite
2 Turbinenseite
3 Getriebeeingangswelle
4 Abstützelement der Wandlerüberbrückungskupplung
5 Zulauf des Ölkreislaufs
6 Rücklauf des Ölkreislaufs
7 Torsionsdämpferelement
8 Torus
9 Tellerfeder
10 Lagerung
11 Überbrückungskupplung
12 Abdichtung
13 Reibfläche
14 Lagerung
15 Verschweißung
A axiale Bewegungsrichtung
B Ölströmung
C innerer hydrodynamischer Kreislauf

Claims

1. Föttinger-Anfahrelement, insbesondere Föttinger- Wandler bzw. Föttinger-Kupplung, welches eine Pumpenseite (1), eine Turbinenseite (2), einen Ölkreislauf mit einem Zulauf (5) und einem Rücklauf (6), eine Überbrückungskupplung (11) und ein Torsionsdämpferelement (7) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Torsionsdämpferelement (7) in dem Torus (8) der Beschauflung zwischen Pumpenseite und Turbinenseite angeordnet ist, wobei die Pumpenseite (1) als Primärmasse und die Turbinenseite (2) als Sekundärmasse für einen Antriebsmotor dient.

2. Föttinger-Anfahrelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärmasse (2) so abgestimmt ist, dass bei geschlossener Überbrückungskupplung (11) die Primärmasse (1) mit der Sekundärmasse als Zweimassenschwungrad wirkt.

3. Föttinger-Anfahrelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinenseite (2) als Ansteuerkolben für die Wandlerüberbrückungskupplung (11) dient, wobei die Getriebeeingangswelle (3) mit einem Abstützelement (4) der Wandlerüberbrückungskupplung (11), das mit der Turbinenseite (2) verbunden ist, verschiebbar verbindbar ist.

4. Föttinger-Anfahrelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (4) der Wandlerüberbrückungskupplung (11) derart ausgebildet ist, dass es in axialer Richtung eine ausreichende Elastizität aufweist, um den erforderlichen Kolbenhub für die Betätigung der Wandlerüberbrückungskupplung (11) zu gewährleisten.

5. Föttinger-Anfahrelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (4) der Wandlerüberbrückungskupplung (11) über eine Tellerfeder (9), eine Druckfeder oder einer Zugfeder mit einer Rückstellkraft für die Wandlerüberbrückungskupplung (11) beaufschlagbar ist.

6. Föttinger-Anfahrelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kolben der Wandlerüberbrückungskupplung (11) im Torus (8) angeordnet ist, mit einer axialen und/oder einer radialen Lagerung (10), um die Relativbewegung bei geschlossener Wandlerüberbrückungskupplung (11) zu gewährleisten.

7. Föttinger-Anfahrelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überbrückungskupplung (11) als Lamellenkupplung, als doppelseitige selbstzentrierende Konuskupplung oder als einfache Konuskupplung ausgeführt ist.