DE10314325B4

DE10314325B4 - Hydrodynamischer Wandler mit einer Primärkupplung

Info

Publication number: DE10314325B4
Application number: DE2003114325
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl.-Ing. Leber
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2011-01-27
Anticipated expiration: 2023-03-29
Also published as: DE10314325A1

Abstract

Hydrodynamischer Wandler für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Pumpe (2), eine Turbine (3), welche mit der Getriebeeingangswelle (4) verbunden ist und einen Stator (Leitrad)(5), bei dem die Pumpe (2) über eine Primärkupplung (PK) mit dem Antrieb (6) des Motors lösbar verbindbar ist, wobei die Primärkupplung (PK) gezielt vom Wandleröl gekühlt wird, wobei das Kühlöl zu der und/oder durch die Primärkupplung geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem Kolben (12) der Primärkupplung (PK) verbundene Stauscheibe (13) vorgesehen ist, um das Öl gezielt in Richtung der Primärkupplung (PK) zu leiten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Wandler mit einer Primärkupplung für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Arbeitsmaschine wie beispielsweise eines Radladers, eines Staplers oder eines Dumpers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Hydrodynamische Wandler sind seit der Einführung automatischer Getriebe das Bindeglied zwischen einer Antriebsmaschine und dem eigentlichen Getriebe. Ein Wandler ermöglicht zum einen durch den Schlupf ein komfortables ruckfreies Anfahren und dämpft gleichzeitig Drehungleichförmigkeiten des Verbrennungsmotors. Zum anderen stellt die prinzipbedingte Momentüberhöhung ein großes Anfahrmoment zur Verfügung.
Ein hydrodynamischer Wandler besteht nach dem Stand der Technik aus einem Pumpenrad, einem Turbinenrad, dem Reaktionsglied (Leitrad, Stator) und dem zur Drehmomentübertragung notwendigen Öl.
Das Pumpenrad, welches durch den Motor angetrieben wird, versetzt das Öl im Wandler in eine kreisförmige Strömung. Diese Ölströmung trifft auf das Turbinenrad und wird dort in der Strömungsrichtung umgelenkt.
Im Nabenbereich verläßt das Öl die Turbine und gelangt auf das Reaktionsglied (Leitrad), wo es erneut umgelenkt und somit in der passenden Anströmrichtung dem Pumpenrad zugeführt wird.
Durch die Umkehr entsteht am Leitrad ein Moment, dessen Reaktionsmoment das Turbinenmoment erhöht. Das Verhältnis Turbinenmoment zu Pumpenmoment wird als Momenterhöhung bezeichnet. Je größer der Drehzahlunterschied zwischen Pumpe und Turbine ist, desto größer ist die Momenterhöhung, welche bei stehender Turbine die maximale Größe hat. Mit zunehmender Turbinendrehzahl sinkt folglich die Momenterhöhung ab. Erreicht die Turbinendrehzahl ca. 85% der Pumpendrehzahl, wird die Momenterhöhung = 1, d. h. das Turbinenmoment ist gleich dem Pumpenmoment.
Das Leitrad, das sich über den Freilauf und die Leitradwelle zum Getriebegehäuse abstützt, läuft in diesem Zustand frei in der Strömung mit und der Freilauf wird überrollt. Von diesem Punkt an arbeitet der Wandler als reine Strömungskupplung. Während der Wandlung steht das Leitrad still und wird über den Freilauf zum Gehäuse abgestützt.
Aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der DE 2 006 955 A , der DE 1 550 973 A und der US 3 820 417 A sind Wandler bekannt, welche eine Wandlerüberbrückungskupplung und eine Primärkupplung umfassen, wobei die Primärkupplung (PK) zwischen Motor und Wandler und die Wandlerüberbrückungskupplung zwischen Motor und Getriebe geschaltet ist.
Derartige Wandler sind üblicherweise für Fahrzeuge vorgesehen, die Arbeiten bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten verrichten, aber auch mit hohen Geschwindigkeiten fahren können. Beispielsweise ist im Rahmen der DE 195 21 458 A1 ein Wandler mit Wandlerüberbrückungskupplung und Primärkupplung beschrieben. Nach dem Stand der Technik ist für Wandlerüberbrückungskupplung und Primärkupplung jeweils eine eigene Druckzuführung und eine eigene Ventileinheit vorgesehen.
Es sind auch Wandler bekannt, die eine Wandlerüberbrückungskupplung umfassen und insbesondere bei Transportfahrzeugen, wie z. B. Dumper oder Krane eingesetzt werden. Dahingegen werden Wandler mit Primärkupplung bei Arbeitsmaschinen wie z. B. Radlader oder Stapler eingesetzt. Oft werden Primärkupplungen im Dauerbetrieb betrieben (Dauerrutschen), was eine sehr effiziente Kühlung erfordert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydrodynamischen Wandler zu schaffen, bei dem die Pumpe über eine Primärkupplung mit dem Antrieb des Motors lösbar verbindbar ist, wobei die Primärkupplung für einen Dauerbetrieb (Dauerrutschen) geeignet ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Demnach wird ein hydrodynamischer Wandler für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, umfassend eine Pumpe, eine Turbine, welche mit der Getriebeeingangswelle verbunden ist und einen Stator (Leitrad), bei dem die Pumpe über eine Primärkupplung mit dem Antrieb des Motors lösbar verbindbar ist, wobei das Kühlöl gezielt zu der und durch die Primärkupplung geführt wird; bevorzugterweise handelt es sich um das Wandleröl, welches zur Kühlung der Primärkupplung verwendet wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1: Den Stand der Technik, bei welchem ein hydrodynamischen Wandler nach dem Stand der Technik umfassend eine Primärkupplung, welche ohne eine gezielte Ölzuführung gekühlt wird;
2: Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Primärkupplung im Wandler getriebeseitig angeordnet ist;
3a: Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Primärkupplung im Wandler getriebeseitig angeordnet ist;
3b: Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Primärkupplung im Wandler getriebeseitig angeordnet ist;
3c: Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Primärkupplung im Wandler getriebeseitig angeordnet ist;
4a: Eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Primärkupplung im Wandler motorseitig angeordnet ist;
4b: Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Primärkupplung im Wandler motorseitig angeordnet ist;
5a: Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Primärkupplung im Wandler motorseitig angeordnet ist;
5b: Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Primärkupplung im Wandler motorseitig angeordnet ist; und
6, 7, 8: Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, bei denen die Primärkupplung im Wandler motorseitig angeordnet ist.
In 1 ist ein hydrodynamischer Wandler 1 gezeigt, umfassend eine Pumpe 2, eine Turbine 3, welche mit der Getriebeeingangswelle 4 verbunden ist, und einen Stator (Leitrad) 5. Ferner sind der Antrieb 6 des Motors sowie die Wandlerschale 7 gezeigt. Der Wandler 1 umfasst eine motorseitig angeordnete Wandlerüberbrückungskupplung WK, welche den Antrieb 6 mit dem Getriebe bzw. der Getriebeeingangswelle 4 lösbar verbindet. Zudem umfasst der Wandler nach dem Stand der Technik eine getriebeseitig angeordnete Primärkupplung PK, welche konventionell gekühlt wird, d. h. ohne gezielte Ölzufuhr.
2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Wandlers mit einer gezielt gekühlten Primärkupplung PK, wobei die Primärkupplung PK getriebeseitig angeordnet ist.
Hierbei wird im Gegensatz zum Stand der Technik gemäß 1 das Wandleröl gezielt zwischen Pumpe 2 und Wandlerschale 7 der Primärkupplung über eine Zuführung 8 zugeführt, wobei die Pumpennabe 9 gegen die Leitradwelle 10abgedichtet ist, beispielsweise über einen engen Spalt oder einen Dichtring. Hierbei kann die Abdichtung derart ausgeführt werden, dass ein Teil des Öles weiterhin direkt zur Pumpe 2 strömt. Dadurch wird erreicht, dass sich die Kupplung PK im öldurchfluteten Raum und nicht in einem toten Bereich befindet. Ferner ist in der Figur die Druckzuführung 20 für die Kupplungsbetätigung gezeigt.
Gemäß der Erfindung kann im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung, insbesondere bei einer mit Wandleröl betätigbaren Primärkupplung PK zusätzlich eine Spaltabdichtung 11 am Außendurchmesser des Kolbens 12 zum Außenlamellenträger vorgesehen sein, wie in 3a gezeigt.
Des weiteren wird vorgeschlagen, bei einer mit Wandleröl betätigbaren Primärkupplung PK eine zusätzliche Stauscheibe 13 vorzusehen, um das Öl gezielt in Richtung der Primärkupplung PK zu leiten. Vorzugsweise ist die Scheibe 13 mit dem Kolben 12 im Bereich der Kupplung PK verbunden. Diese Ausführungsform ist Gegenstand der 3b.
In 3c ist eine besonders vorteilhafte Ausführungsform dargestellt, bei der eine direkte Ölzuführung 8 zur Kupplung PK und eine Abdichtung 17 zwischen Wandlerschale 7 und Leitrad (Stator) 5 vorgesehen ist. Um die direkte Durchströmung der Kupplung PK zu ermöglichen, ist eine Scheibe 21 zwischen Pumpenrad 2 und Kolben 12 vorgesehen.
Wenn die Primärkupplung motorseitig im Wandler 1 angeordnet ist, dann wird erfindungsgemäß ein zusätzliches Führungsblech 14 angebracht, welches teilweise wellenförmig ausgebildet und am Kolben 12 befestigt ist. Da der Kolben 12 immer mit Motordrehzahl umläuft, wirkt das Führungsblech 14 ähnlich einer Kreiselpumpe und fördert das Öl zur Primärkupplung PK. Diese Ausführungsform ist Gegenstand der 4a und 5a. Der Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen besteht darin, dass sich bei der 4a die Primärkupplung PK unter Druckbeaufschlagung öffnet und über den Wandlerdruck schließt, während bei der Ausführungsform nach 5a die Primärkupplung PK unter Druckbeaufschlagung geschlossen wird.
Gemäß der Erfindung kann die Kupplungsanströmung weiter unterstützt werden, indem der Kreislauf des Wandleröles umgedreht wird. Normalerweise wird nach dem Stand der Technik das Öl beim Pumpenrad 2 zu- und beim Leitrad 5 wieder abgeführt. Wie in den 4b und 5b gezeigt, wird das Öl erfindungsgemäß gezielt über eine Ölzuführung 8 zwischen Turbinenwelle 4 und Zentralwelle 15 zugeführt (siehe Pfeil) und beim Pumpenrad 2 abgeführt. Auf diese Weise kann das eingespeiste Öl hinter das Führungsblech 14 strömen und der Kupplung PK optimal zugeführt werden. Das Öl für die Kupplungsbetätigung wird in diesem Fall durch die Zentralwelle 15 eingespeist (Zuführung 16). Der Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen 4b und 5b besteht darin, dass sich bei der 4b die Primärkupplung PK unter Druckbeaufschlagung öffnet und über den Wandlerdruck schließt, während bei der Ausführungsform nach 5b die Primärkupplung PK unter Druckbeaufschlagung geschlossen wird.
Die 6, 7 und 8 zeigen weitere Varianten eines erfindungsgemäßen Wandlers, bei denen das Öl gezielt zwischen Turbinenwelle 4 und Zentralwelle 15 zugeführt wird, wobei in 8 ein Führungsblech 18 vorgesehen ist, welches an dem Innenlamellenträger der Primärkupplung PK und an der Nabe vom Antrieb 6 befestigt ist. Gemäß 6 ist der Innenlamellenträger der Primärkupplung derart bis zur Ölzuführung 8 verlängert, dass das Öl gezielt zur Kupplung PK gelangen kann.
Gemäß 7 kann eine Drehzahlerfassung des Pumpenrades 2 mittels eines Sensors 19 realisiert werden.
Zudem kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der Öldruck vor dem Kolben der Primärkupplung erfasst wird, wobei dies mittels eines Drucksensors oder mittels einer Druckrückführung zum Steuerventil erfolgen kann. Dadurch wird die Kupplungsansteuerung optimiert.
Bezugszeichenliste

1: Hydrodynamischer Wandler
2: Pumpenrad
3: Turbine
4: Getriebeeingangswelle, Turbinenwelle
5: Stator, Leitrad
6: Antrieb des Motors
7: Wandlerschale
8: Zuführung
9: Pumpennabe
10: Leitradwelle
11: Spaltabdichtung
12: Kolben
13: Stauscheibe
14: Führungsblech
15: Zentralwelle
16: Zuführung
17: Abdichtung
18: Führungsblech
19: Sensors
20: Druckzuführung
PK: Primärkuplung
WK: Wandlerüberbrückungskupplung

Claims

Hydrodynamischer Wandler für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Pumpe (2), eine Turbine (3), welche mit der Getriebeeingangswelle (4) verbunden ist und einen Stator (Leitrad)(5), bei dem die Pumpe (2) über eine Primärkupplung (PK) mit dem Antrieb (6) des Motors lösbar verbindbar ist, wobei die Primärkupplung (PK) gezielt vom Wandleröl gekühlt wird, wobei das Kühlöl zu der und/oder durch die Primärkupplung geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem Kolben (12) der Primärkupplung (PK) verbundene Stauscheibe (13) vorgesehen ist, um das Öl gezielt in Richtung der Primärkupplung (PK) zu leiten.
Hydrodynamischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass die Primärkupplung (PK) im Wandler (1) getriebeseitig angeordnet ist, zwischen Pumpe (2) und Wandlerschale (7) eine Zuführung (8) für das Wandleröl vorgesehen ist und dass die Pumpennabe (9) gegen die Leitradwelle (10) abgedichtet ist.
Hydrodynamischer Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpennabe (9) gegen die Leitradwelle (10) über einen engen Spalt oder einen Dichtring abgedichtet ist.
Hydrodynamischer Wandler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung derart ausgeführt ist, dass ein Teil des Öles direkt zur Pumpe (2) strömt.
Hydrodynamischer Wandler nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spaltabdichtung (11) am Außendurchmesser des Kolbens (12) der Primärkupplung (PK) zum Außenlamellenträger vorgesehen ist.
Hydrodynamischer Wandler nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine direkte Ölzuführung (8) zur Kupplung (PK) und eine Abdichtung (17) zwischen Wandlerschale (7) und Leitrad (5) vorgesehen sind.
Hydrodynamischer Wandler für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Pumpe (2), eine Turbine (3), welche mit der Getriebeeingangswelle (4) verbunden ist und einen Stator (Leitrad)(5), bei dem die Pumpe (2) über eine Primärkupplung (PK) mit dem Antrieb (6) des Motors lösbar verbindbar ist, wobei die Primärkupplung (PK) gezielt vom Wandleröl gekühlt wird, wobei das Kühlöl zu der und/oder durch die Primärkupplung geführt wird dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass die Primärkupplung (PK) im Wandler (1) motorseitig angeordnet ist, ein zusätzliches Führungsblech (14) vorgesehen ist, welches teilweise wellenförmig ausgebildet und am Kolben (12) befestigt ist, wobei das Führungsblech (14) wie eine Kreiselpumpe wirkt und das Öl zur Primärkupplung (PK) fördert.
Hydrodynamischer Wandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine direkte Kühlölzuführung (8) zwischen Turbinenwelle (4) und Zentralwelle (15) vorgesehen ist, wobei das Öl beim Pumpenrad (2) abgeführt wird und dass das Öl für die Kupplungsbetätigung über eine vorgesehene Zuführung (16) durch die Zentralwelle (15) eingespeist wird.
Hydrodynamischer Wandler nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsblech (18) für das Kühlöl an dem Innenlamellenträger der Primärkupplung (PK) und an der Nabe vom Antrieb (6) befestigt ist.
Hydrodynamischer Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass die Primärkupplung (PK) im Wandler (1) motorseitig angeordnet ist, eine direkte Kühlölzuführung (8) zwischen Turbinenwelle (4) und Zentralwelle (15) vorgesehen ist, wobei das Öl beim Pumpenrad (2) abgeführt wird und dass das Öl für die Kupplungsbetätigung über eine vorgesehene Zuführung (16) durch die Zentralwelle (15) eingespeist wird, wobei der Innenlamellenträger der Primärkupplung (PK) derart bis zur Ölzuführung (8) verlängert ist, dass das Öl gezielt zur Kupplung (PK) gelangen kann.
Hydrodynamischer Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (19) vorgesehen ist, welcher die Drehzahl des Pumpenrades (2) erfasst.
Hydrodynamischer Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Öldruck vor dem Kolben (12) der Primärkupplung (PK) mittels eines Drucksensors oder mittels einer Druckrückführung zum Steuerventil erfassbar ist.
Hydrodynamischer Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Wandlerüberbrückungskupplung (WK) umfasst.