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QUERVERWEIS AUF EINE VERWANDTE ANWENDUNG
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Diese Anmeldung beansprucht Priorität gegenüber der am Dienstag, 15. Mai 2018 eingereichten
US-Anmeldung Nr. 15/979.984 , deren Offenbarung durch Bezugnahme in vollem Umfang hierin einbezogen ist.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Drehmomentwandler und insbesondere Drehmomentwandler mit Statoren mit variabler Steigung.
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HINTERGRUND
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Automatikgetriebe können einen Drehmomentwandler zum Koppeln einer Getriebeeingangswelle mit einer Kurbelwelle eines Motors enthalten. Der Drehmomentwandler umfasst ein an der Kurbelwelle befestigtes Laufrad, eine an der Eingangswelle befestigte Turbine und einen zwischen dem Laufrad und der Turbine angeordneten Stator. Der Drehmomentwandler kann auch eine Bypasskupplung enthalten, die die Getriebeeingangswelle mechanisch mit dem Gehäuse des Drehmomentwandlers koppelt, der an der Kurbelwelle befestigt ist. Die Bypasskupplung kann eine oder mehrere Kupplungsscheiben enthalten, die sich mit dem Gehäuse drehen und mit einer oder mehreren Scheiben verschachtelt sind, die sich mit der Eingangswelle drehen. Zum Einrücken der Kupplung zwingt unter Druck stehende Flüssigkeit einen Kolben, die Kupplungsscheiben zusammenzudrücken.
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Der Stator leitet das von der Turbine zurückkehrende Fluid so um, dass sich das Fluid in die gleiche Richtung wie das Laufrad dreht. Einige Statoren verfügen über Schaufeln mit variabler Steigung, die steuerbar sind, um den Flüssigkeitsstrom von der Turbine zum Laufrad zu ändern und den Drehmomentwandler festzuziehen oder zu lösen.
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KURZDARSTELLUNG
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Drehmomentwandler ein Laufrad, eine gegenüber dem Laufrad axial bewegliche Turbine und einen Stator mit variabler Steigung. Der Stator umfasst eine Nabe und Schaufeln mit variabler Steigung, die in Umfangsrichtung an der Nabe angeordnet sind. Jedes der Schaufeln ist als Reaktion auf die axiale Bewegung der Turbine zwischen der ersten und der zweiten Position drehbar.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst ein Drehmomentwandler ein Laufrad, eine gegenüber dem Laufrad axial bewegliche Turbine und einen Stator. Der Stator umfasst eine Nabe, Schaufeln mit variabler Steigung, die in Umfangsrichtung an der Nabe angeordnet sind und jeweils eine Kurbel aufweisen, die zum Drehen der Schaufel zwischen der ersten und zweiten Position drehbar ist, und eine Kolbenplatte, die zwischen der Turbine und den Kurbeln angeordnet ist und mit den Kurbeln in Eingriff steht. Ein elastisches Element ist in der Nabe angeordnet und greift in die Kurbeln ein, um die Schaufeln in die erste Position vorzuspannen. Der Stator ist so konfiguriert, dass sich jedes der Schaufeln in Reaktion auf die Turbine, die eine Kraft auf den Kolben ausübt, die über eine Federkraft des elastischen Elements hinausgeht, in Richtung der zweiten Position dreht.
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Gemäß noch einer anderen Ausführungsform umfasst ein Drehmomentwandler ein Laufrad, eine gegenüber dem Laufrad axial bewegliche Turbine und einen Stator. Der Stator hat Schaufeln mit variabler Steigung und einen Kolben, der mit den Schaufeln in Eingriff steht, um einen Steigungswinkel der Schaufeln zu modifizieren. Ein elastisches Element des Stators spannt jede der Schaufeln in eine erste Position vor. Der Stator ist so konfiguriert, dass sich jedes der Schaufeln in Reaktion auf die Turbine, die eine Schwellenkraft auf den Kolben ausübt, in Richtung einer zweiten Position bewegt.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine Querschnittsseitenansicht eines Drehmomentwandlers gemäß einer Ausführungsform.
- 2 zeigt eine perspektivische Teilansicht eines Stators des Drehmomentwandlers gemäß einer Ausführungsform.
- 3 zeigt eine teilweise Vorderansicht eines Positionierrings und von Blattkurbeln des Stators gemäß einer Ausführungsform.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind hierin beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen unterschiedliche und alternative Formen aufweisen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten übertrieben oder minimiert sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind bestimmte strukturelle und funktionelle Details, die hierin offenbart sind, nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann zu lehren, die Ausführungsformen auf verschiedene Weise anzuwenden. Wie der Fachmann verstehen wird, können verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf eine der Figuren dargestellt und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich dargestellt oder beschrieben sind. Die Kombinationen dargestellter Merkmale stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit der Lehre dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Realisierungsformen erwünscht sein.
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Bezugnehmend auf 1 enthalten viele Kraftfahrzeuge ein Automatikgetriebe, das durch einen Drehmomentwandler 20 mit einem Triebwerk, z. B. einem Motor, gekoppelt ist. Der Drehmomentwandler 20 umfasst ein Gehäuse 22, das an einer Kurbelwelle des Motors befestigt ist. Ein Laufrad 24 ist an dem Gehäuse 22 befestigt und dreht sich mit der Kurbelwelle. Eine Turbine 26 ist neben dem Laufrad 24 in einer hydrodynamischen Kammer 38 des Drehmomentwandlers 20 angeordnet und mit einer Turbinenwelle 34 verbunden, die das Getriebe mit Strom versorgt. Eine Keilverbindung kann verwendet werden, so dass die Turbine 26 drehbar an der Turbinenwelle 34 befestigt ist, aber axial beweglich ist. Ein Torsionsdämpfer kann zwischen der Turbine 26 und der Turbinenwelle 34 angeordnet sein, um das Getriebe und andere Antriebsstrangkomponenten von Motorvibrationen zu isolieren.
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Ein Stator 28 ist durch eine Einwegkupplung 32 mit einer Statorwelle 30 verbunden. Die Statorwelle 30 ist an einer vorderen Stütze des Getriebes befestigt und steht relativ zum Drehmomentwandler 20 fest. Wenn die Turbinenwelle 34 im Vergleich zur Kurbelwelle stationär ist oder sich langsam dreht, hält die Einwegkupplung 32 den Stator 28 stationär. Die Drehung des Laufrads 24 zwingt das Fluid, sich zwischen dem Laufrad 24, der Turbine 26 und dem Stator 28 zu bewegen. Das Fluid übt ein hydrodynamisches Drehmoment auf die Turbine 26 aus. Der Stator 28 stellt eine Reaktionskraft bereit, so dass das Drehmoment an der Turbine 26 größer sein kann als das Drehmoment am Laufrad 24. Wenn sich die Drehzahl der Turbine 26 der des Laufrads 24 nähert, neigt Fluid dazu, um die Mittellinie des Drehmomentwandlers zu fließen, was dazu führt, dass die Einwegkupplung 32 überläuft.
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Die Einwegkupplung 32 ist in einer Nabe (Außenring) 40 des Stators 28 angeordnet. Die Kupplung 32 kann einen Innenring 42 umfasst, der verbunden ist, beispielsweise kerbverzahnten, an die Statorwelle 30 und ein Kupplungselement 44, das selektiv die Nabe 40 an den Innenring 42 in eine Richtung sperrt. Der Stator 28 umfasst ferner einen Außenring 48 und mehrere Schaufeln 50, die in Umfangsrichtung zwischen der Nabe 40 und dem Außenring 48 angeordnet sind.
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Der Leistungsfluss durch den hydrodynamischen Leistungsflusspfad wird durch die Drehzahl des Laufrads 24 und die Drehzahl der Turbine 26 bestimmt. Die Beziehung zwischen den Drehzahlen und den Drehmomenten ist eine Funktion der Torusgeometrie und der Schaufelwinkel des Laufrads 24, der Turbine 26 und des Stators 28. Bei einer konstanten Turbinendrehzahl nehmen sowohl das Laufraddrehmoment als auch das Turbinendrehmoment mit zunehmender Laufraddrehzahl zu. Ein Drehmomentwandler, der bei einem bestimmten Laufrad und einer bestimmten Turbinendrehzahl ein höheres Widerstandsdrehmoment auf das Laufrad ausübt, wird als steiferer oder engerer Drehmomentwandler bezeichnet, während ein Drehmomentwandler, der bei gleicher Laufrad- und Turbinendrehzahl ein niedrigeres Drehmoment ausübt, als lockerer bezeichnet wird Drehmomentwandler. Die Dichtheit eines Drehmomentwandlers kann als K-Faktor ausgedrückt werden, der das Laufraddrehmoment mit der Laufraddrehzahl in Beziehung setzt. Ein niedriger K-Faktor zeigt einen engen Wandler an, während ein hoher K. - Faktor zeigt einen losen Konverter an. Das Verhältnis des Turbinendrehmoments zum Laufraddrehmoment nimmt im Allgemeinen mit zunehmendem Verhältnis von Laufraddrehzahl zu Turbinendrehzahl zu. Das Produkt aus Drehzahlverhältnis und Drehmomentverhältnis ist der Wandlerwirkungsgrad, der in Abhängigkeit von Laufraddrehzahl und Turbinendrehzahl zwischen Null und Eins variiert.
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Ein lockerer Drehmomentwandler ist wünschenswert, wenn das Fahrzeug angehalten wird, da er die Belastung des Motors verringert und den Kraftstoffverbrauch verbessert. Ein loser Drehmomentwandler kann auch für Turbomotoren wünschenswert sein, da er es den Turboladern ermöglicht, schneller aufzuspulen. Sobald sich das Fahrzeug in Bewegung setzt, kann ein engerer Drehmomentwandler wünschenswert sein, um die Motordrehzahl zu verringern. Daher ist es wünschenswert, einen Drehmomentwandler zu haben, bei dem der K-Faktor eingestellt werden kann, um den Betrieb des Drehmomentwandlers unter diesen verschiedenen Betriebsbedingungen zu optimieren. Der K-Faktor kann eingestellt werden, indem ein Steigungswinkel der Schaufeln 50 des Stators 28 modifiziert wird. Im Allgemeinen wird der Drehmomentwandler durch Schließen der Schaufeln des Stators lockerer und durch Öffnen der Schaufeln des Stators enger.
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Jedes der Schaufeln 50 ist drehbar, um den Nickwinkel der Schaufeln zwischen einer offenen Position, einer geschlossenen Position und einem Bereich von Zwischenpositionen zu modifizieren. Die offene Position entspricht einem engsten Zustand des Drehmomentwandlers 20 und die geschlossene Position entspricht einem lockersten Zustand. Bei den meisten Konstruktionen sind die Schaufeln nicht so ausgelegt, dass sie sich vollständig öffnen, dh parallel zur axialen Mittellinie des Drehmomentwandlers, oder vollständig schließen, dh senkrecht zur Mittellinie. Die Schaufeln 50 können durch einen Aktuator 52 gedreht werden, der in der Nabe 40 angeordnet ist.
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Bezugnehmend auf die 1 und 2 umfasst jede der Schaufeln 50 eine Kurbel 54 mit einer Welle 56, die eine Schwenkachse der Schaufel 50 bildet, und einem Arm 58, der sich von der Welle 56 erstreckt, so dass der Arm 58 von der Schwenkachse versetzt ist. Jeder der Arme 58 kann einen ersten Abschnitt 59 aufweisen, der sich von der Welle 56 nach außen erstreckt, und einen zweiten Abschnitt 61, der sich vom ersten Abschnitt in Richtung einer Mitte des Stators 28 erstreckt. Der zweite Abschnitt 61 kann im Wesentlichen parallel zur Welle 56 sein und von der Schwenkachse versetzt sein. Der Außenring 48 kann mehrere Löcher 70 definieren, und ein Außenrand 76 der Nabe 40 kann Schlitze 72 definieren. Die Löcher 70 und Schlitze 72 sind in Umfangsrichtung um den Stator 28 angeordnet und radial zueinander ausgerichtet. Jede Kurbel 54 ist in entsprechenden Löchern 70 und den Schlitzen 72 angeordnet, wobei ein distales Ende 74 der Kurbel 54 in dem entsprechenden Loch 70 aufgenommen ist und sich die Welle 56 durch den entsprechenden Schlitz 72 erstreckt. Die Kurbeln 54 sind innerhalb der Löcher 70 und Schlitze 72 drehbar, um den Steigungswinkel der Schaufeln 50 zu modifizieren.
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Bezugnehmend auf die 1 und 3 umfasst der Stator 28 einen Kurbel-Lokalisierungsring 60, der in der Nabe 40 radial innerhalb des Außenrandes 76 angeordnet ist. Der Positionierring 60 definiert mehrere Sitze 78, die jeweils so konfiguriert sind, dass sie einen der zweiten Abschnitte 61 der Kurbeln 54 aufnehmen. Die Sitze 78 können durch mehrere erhabene Abschnitte 80 definiert sein, die durch Stechen oder eine andere geeignete Herstellungstechnik gebildet werden. Der Positionierring 60 sichert die zweiten Abschnitte 61 der Kurbeln 54 und stellt sicher, dass die Kurbeln 54 gleichmäßig betätigt werden, so dass jede der Schaufeln 50 einen im Wesentlichen gleichen Steigungswinkel aufweist.
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Unter Bezugnahme auf 1 modifiziert der Aktuator 52 den Nickwinkel der Schaufeln 50 durch axiales Bewegen der Arme 58, wodurch sich die Wellen 56 drehen. Der Aktuator 52 kann einen Kolben 62 enthalten, der axial beweglich ist, um in die Kurbeln 54 einzugreifen. Der Kolben 62 kann eine ringförmige Platte mit einer gegen den Außenrand 76 angeordneten Außenfläche und einer die Turbinenwelle 34 umgebenden Innenfläche sein. In der dargestellten Ausführungsform schieben der Kolben 62 und der Positionierring 60 die Kurbeln 54 dazwischen. Ein elastisches Element 66 ist zwischen einem Widerlager 64 der Nabe 40 und einer Rückseite des Positionierrings 60 angeordnet, um den Positionierring 60 und die Kurbeln 54 gegen den Kolben 62 vorzuspannen. Die angehobenen Abschnitte 80 können sich von einer Hauptfläche des Positionierrings 60 um einen Abstand erstrecken, der einen Durchmesser des zweiten Abschnitts 61 überschreitet, so dass Flächen der angehobenen Abschnitte 80 gegen den Kolben 62 angeordnet sind. Dies ermöglicht es den Kurbeln 54, sich ohne Reibungswiderstand vom Kolben 62 zu drehen. Der äußere Rand 76 und das Widerlager 64 können zusammenwirken, um einen Hohlraum 82 innerhalb der Nabe 40 zu definieren, und das elastische Element 66, der Kolben 62, die Kurbeln 54 und der Positionierring 60 können innerhalb des Hohlraums 82 angeordnet sein. Die Nabe 40 kann Entlüftungsöffnungen (nicht gezeigt) definieren, um den Betrieb des Aktuators 52 zu dämpfen.
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Das elastische Element 66 kann eine Membranfeder, eine Wellenfeder oder dergleichen sein. Das elastische Element 66 spannt den Kolben 62, den Positionierring 60 und die Kurbeln 54 vom Widerlager 64 weg, um die Schaufeln 50 in die geschlossene Position vorzuspannen. Die axiale Bewegung des Kolbens 62 in Richtung des Widerlagers 64 dreht die Schaufeln 50 in Richtung der offenen Position. Der Kolben 62 wird von der Turbine 26 gemäß den Saugkräften in der hydrodynamischen Kammer 38 angetrieben. Ein Axiallager 68 ist zwischen dem Kolben 62 und der Turbine 26 angeordnet, um Axialkräfte zwischen der Turbine 26 und dem Kolben 62 zu übertragen, während eine unabhängige Drehung zwischen der Turbine 26 und dem Kolben 62 ermöglicht wird.
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Während des Betriebs zieht das Ansaugen innerhalb der hydrodynamischen Kammer 38 die Turbine 26 in Richtung des Laufrads 24. Die Größe der Ansaugung hängt von der Drehzahl des Laufrads 24 und dem Drehzahlverhältnis zwischen der Turbine 26 und dem Laufrad 24 ab (dh Turbinendrehzahl/Laufraddrehzahl). Die Saugleistung nimmt im Allgemeinen mit zunehmendem Drehzahlverhältnis zu. Beispielsweise kann bei Leerlaufdrehzahl eine Saugkraft von weniger als 1000 Newton (N) vorhanden sein, diese kann sich jedoch bei 3000 1/min des Motors über 10.000 N erhöhen. Das elastische Element 66 ist so ausgelegt, dass es einer axialen Bewegung der Turbine 26 bis zu einer Schwellenkraft widersteht, um die Statorschaufeln 50 für einen ersten Bereich von Drehzahlverhältnissen in der geschlossenen Position zu halten. Sobald die Schwellenkraft überschritten ist, drückt sich das elastische Element 66 zusammen und der Kolben 62 betätigt die Schaufeln 50 in Richtung der offenen Position. Das elastische Element 66 kann eine variable Federrate aufweisen, die den Statorschaufeln 50 verwendbare Zwischenpositionen gibt, die auftreten, wenn das elastische Element 66 mit zunehmendem Ansaugen allmählich zusammengedrückt wird. Alternativ kann das elastische Element 66 eine konstante Federrate aufweisen, wodurch die Schaufeln schnell zwischen der offenen und der geschlossenen Position übergehen, wodurch im Wesentlichen ein Stator mit zwei Positionen erzeugt wird.
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Die oben beschriebene Konstruktion ermöglicht es, dass der Drehmomentwandler 20 für einen ersten Bereich von Drehzahlverhältnissen, die einer Saugleistung entsprechen, die kleiner als die Schwellenfederkraft ist, locker ist und für einen zweiten Bereich von Drehzahlverhältnissen, der höher als der erste Bereich ist, dicht ist Dies entspricht einem Sog, der größer als die Schwellenfederkraft ist. Durch Modifizieren der Federrate des elastischen Elements 66 kann der Drehmomentwandler 20 so kalibriert werden, dass die Drehzahlbereiche für verschiedene Motoren optimal sind. Zum Beispiel kann ein stärkeres elastisches Element, das einen losen Drehmomentwandler für einen größeren ersten Drehzahlbereich aufrechterhält, ideal für turbogeladene Motoren sein, während ein schwächeres elastisches Element, das den ersten Drehzahlbereich verringert, ideal für Motoren sein kann, die einen hohen niedrigen Wert erzeugen - end Drehmoment.
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Obwohl oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Ansprüche umfasst sind. Bei den in der Beschreibung verwendeten Wörtern handelt es sich um beschreibende und nicht um einschränkende Wörter, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Grundgedanken und Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die möglicherweise nicht explizit beschrieben oder dargestellt sind. Zwar hätten verschiedene Ausführungsformen in Bezug auf eine oder mehrere erwünschte Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen nach dem Stand der Technik beschrieben werden können, der Fachmann erkennt jedoch, dass für ein oder mehrere Merkmale oder Eigenschaften ein Kompromiss eingegangen werden kann, um gewünschte Gesamtsystemattribute zu erreichen, die von der konkreten Anwendung und Realisierungsform abhängen. Diese Attribute können unter anderem, ohne auf diese beschränkt zu sein, Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Aussehen, Verpackung, Größe, Gebrauchstauglichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Montagefreundlichkeit usw. umfassen. Sofern Ausführungsformen in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Realisierungsformen nach dem Stand der Technik beschrieben werden, liegen diese Ausführungsformen daher nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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