DE1450733C - Hydrokinetischer Drehmomentwandler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrokinetischen Drehmomentwandler, bestehend aus teilweise in zwei Teile unterteilten beschaufelten Pumpen-, Turbinen- und Leiträdern, denen wenigstens eine wahlweise betätigbare Kupplung zur Verbindung der beiden Teile eines Rades zugeordnet ist.

Bei einem nach der deutschen Auslegeschrift 152 587 vorbekannten Drehmomentwandler dieser Art ist das Pumpenrad in einen fest mit dem umlaufenden Gehäuse verbundenen Hauptteil und in einen frei drehbar angeordneten Hilfsteil unterteilt, die beide durch eine wahlweise ein- und ausrückbare Reibungskupplung zur Erzeugung einer Mehrzahl unendlich wandelbarer Drehmomentübersetzungsbereiche unabhängig von Gesohwindigkeitsänderungen verbindbar sind. Mit dieser Konstruktion soll der Wirkungsgrad und das Drehmomentverhältnis zwischen dem Turbinenrad und dem Pumpenrad sowohl bei relativ niedrigen Drehzahlverhältnissen während des Antriebs bei hohem Drehmomentverhältnis als auch bei relativ hohen Drehzahlverhältnissen während des Antriebes bei niedrigem Drehmomentverhältnis erhöht werden, um so eine vorteilhafte Anpassung der Gesamtleistung des Drehmomentwandler an die bei einem automatischen Kraftfahrzeuggetriebe vorliegenden Verhältnisse zu ergeben. Für eine schnelle Fahrzeugbeschleunigung kann mittels eines solchen Drehmomentwandlers das dafür benötigte, relativ hohe Drehmomentverhältnis ebenso bereitgestellt werden wie das für eine normale Fahrzeugbeschleunigung benötigte relativ niedrige Drehmomentverhältnis.

Bei einem weiteren Drehmomentwandler dieser Art nach der deutschen Patentschrift 1 134 900 wird dieselbe Zielsetzung der Bereitstellung unterschiedlich großer Beschleunigungswerte für zwei definierte Drehzahlbereiche verfeinert, indem hier der Wandler ein aus zwei Teilen bestehendes Leitrad und/oder ein aus zwei Teilen bestehendes Pumpenrad aufweist, die in Strömungsrichtung unmittelbar oder abwechselnd aufeinanderfolgen. Die geteilten Räder sind auch hier durch wahlweise ein- und ausrückbare Kupplungen in Verbindung mit zweckentsprechend angeordneten Überholkupplungen bzw. -bremsen derart verbindbar, daß sich zwischen dem normalen Fahrbereich und einem besonderen Beschleunigungsbereich ein möglichst großer Unterschied in der Leistungsaufnahme ergibt.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Drehmomentwandler der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß er sowohl im Anfahrbereich bei niedrigem Drehzahlverhältnis als auch im Fahrbereich bei hohem Drehzahlverhältnis jeweils mit bestem Wirkungsgrad hinsichtlich der Drehmomentabgabe auf das mit der Abtriebswelle verbundene Turbinenrad arbeitet. Dabei soll insbesondere angestrebt werden, daß der Übergang zu dem normalen Fahrbereich, bei welchem bekanntlich der Kupplungszustand des Wandlers vorliegt, ohne jegliche Stoßverluste erfolgt, weil diese den angestrebten hohen Wirkungsgrad nachteilig beeinflussen könnten.

Durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs aufgeführte Aufgabenlösung werden folgende Vorteiie erreicht. Weil im Anfahrbereich mit niedrigem Drehzahlverhältnis beide Turbinenradteile durch die dann eingerückte Kupplung verbunden sind, kann für den in Strömungsrichtung ersten Turbinenradteil eine Geometrie seiner Beschaufelung gewählt werden, die zusammen mit derjenigen des zweiten Turbinenradteiles einen besten Wirkungsgrad für den Kreislauf des Strömungsmittels ergibt. Die für den ersten Turbinenradteil gewählte Schaufelgeometrie ist andererseits im normalen Fahrbereich mit hohem Drehzahlverhältnis wegen des dann vorliegenden Freilaufs des ersten Turbinenradteiles zusammen mit dem ersten Leitradteil bestimmend für die günstigste Strömungs-

geschwindigkeit des Strömungsmittels, so daß auch in diesem Fahrbereich ein bester Wirkungsgrad erzielbar ist. Indem die Kupplung zwischen den beiden Turbinenradteilen beim Übergang von dem Anfahrbereich in den normalen Fahrbereich ausgerückt wird und es dabei zu einer Ablösung der Zuordnung des ersten Turbinenradteiles von dem zweiten Turbinenradteil zu dem ersten Leitradteil kommt, werden dadurch auch nahezu alle Stoßverluste vermieden, die sonst aus einer ungenügenden Anpassung der Schaufelgeometrie der beiden Turbinenradteile mit einem normalerweise kleineren Austrittswinkel des ersten Turbinenradteiles und einem größeren Eintrittswinkel des zweiten Turbinenradteiles beim überwechseln in den normalen Fahrbereich und in diesem selbst auftreten können.

Nach der USA.-Patentschrift 2 749 710 ist es zwar bekannt, auch das Turbinenrad eines Drehmomentwandlers in zwei Teile zu unterteilen. Die beiden Turbinenradteile sind dabei jedoch nur durch eine Freilaufkupplung verbindbar, um so für den Leerv, lauf bzw. den Anfahrbereich ein relativ hohes Dreh- ffj moment für die Abtriebswelle bereitzustellen und für den normalen Fahrbereich ein Schlüpfen weitgehend zu verhindern. Eine im wesentlichen gleiche Zielsetzung besitzt auch der Drehmomentwandler nach der USA.-Patentschrift 2 762 197, bei dem nicht nur mehrere Turbinenradteile sondern auch mehrere Leitradteile gleichfalls mittels Überholkupplungen zur Erzielung eines erweiterten Drehzahlbereiches der Drehmomentwandlung miteinander verbindbar sind.

Die in den einzelnen Unteransprüchen aufgeführten vorteil'haften Weiterbildungen des vorliegenden Erfindungsgegenstandes ergeben hauptsächlich eine günstige Beeinflussung der für den Kreislauf des Strömungsmiitels vorrangig maßgebenden Aus- und Eintrittswinkel der unterteilten Turbinen- und Leiträder. Die vorgesehene Möglichkeit einer Verbindung des ersten Leitradteiles mit dem ersten Turbinenradteil in dessen Freilauf ergibt so beispielsweise für den normalen Fahrbereich eine wirksame Veränderung der Schaufelgeometrie am Austritt des Pumpenrades und gleichzeitig einen günstigeren Eintrittswinkel am )j zweiten Turbinenradteil, wodurch der sogenannte Bemessungsfaktor des Wandlers erniedrigt und dadurch der Kupplungswirkungsgrad in diesem normalen Fahrbereich wesentlich verbessert wird.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisoh dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch den Drehmomentwandler gemäß einer ersten Ausführungsform,

F i g. 2 den Schaufelplan für die einzelnen Räder des Wandlers gemäß Fi g. 1 und

F i g. 3 in einer weitergehenden Schemadarstellung eine abgewandelte Ausführungsform des Wandlers gemäß Fig. 1.

An der mittels Bolzen 12 an der Kurbelwelle 10 einer Brennkraftmaschine befestigten Triebwerkplatte 14 ist das zweiteilige Wandlergehäuse 18, 24 mittels Bolzen 16 befestigt. Die beiden Teile des Wandlergehäuses sind bei 22 miteinander verschweißt. Die Nabe 26 des das Pumpenrad aufnehmenden Gehäuseteils 24 ist an einer Hohlwelle 28 befestigt, die über eine Lagerbuchse 30 in einer Bohrung 32 einer Trennwand 34 gelagert ist. Die Trennwand 34 ist an dem Gehäuse 38 eines in bekannter Weise durch den Wandler angetriebenen Planetenradgetriebes befestigt und besitzt einen Hohlraum 42, in welchem eine durch die Hohlwelle 28 angetriebene Verdrängerpumpe 44 angeordnet ist. Eine Dichtung 40 umaibt die Hohlwelle 28.

An der Innenwand 48 des Gehäuseteils 24 sind die durch einen Innenmantel 50 begrenzten Schaufeln 46 des Pumpenrades befestigt. An der Austrittseite des Pumpenrades ist ein erster Turbinenradteil 52 angeordnet, dessen Schaufeln 54 an einem Innenmantel 56 und einem Außenmantel 58 befestigt sind. Der

ίο Außenmantel 58 ist an dem innerhalb des Wandlergehäuses 18, 24 liegenden Turbinengehäuse 60 befestigt, dessen Nabe bei 62 mit einer Hohlwelle 64 vernietet ist. Zwischen der Hohlwelle 64 und dem in eine Führungsöffnung 68 der Kurbelwelle 10 einfassenden Gehäuseteil 18 ist eine Druckscheibe 66 angeordnet.

Ein zweiter Turbinenradteil 70 besitzt. einen Außenmantel 72, einen Innenmantel 74 und zwischen diesen angeordnete Schaufeln 76. der Außenmantel 72 ist bei 78 mit einer weiteren Hohlwelle 80 vernietet, die bei 82 mit der Turbinenwelle 84 drehfest verbunden ist. Die beiden Hohlwellen 64, SO stützen sich gegenseitig über eine Druckscheibe 86 ab, die radiale Durchflußkanäle 86 besitzt, mit weleher axiale Durchtrittskanäle 88 der Hohlwelle 80 in Verbindung stehen. An dem Außenmantel 72 dieses zweiten Turbinenradteiles 70 ist ein mit einem Reibungselement 90 an dem Turbinengehäuse 60 zur Bildung einer wahlweise ein- und ausrückbaren Kupp-

lung zusammenwirkendes Reibungselement 92 befestigt, welchem ein Anschlagring 94 zugeordnet ist. Wenn die Kupplung 90, 92 eingerückt ist, dann sind die beiden Turbinenradteile 52 und 70 miteinander verbunden.

Die Turbinenwelle 84 ist über eine Lagerbüchse 106 in einer Hohlwelle 98 gelagert, die bezüglich der Hohlwelle 28 einen äußeren Strömungskanal 270 und bezüglich der Turbinenwelle 84 einen inneren Strömungskanal 276 begrenzt, welch letzterer über axiale Durchtrittskanäle 108 Verbindung hat mit den Kanälen 88 der Hohlwelle 80 und durch eine Dichtung 104 gegen die Innenspur 102 einer Überholbremse abgedichtet ist, auf welcher das Leitrad des Wandlers gelagert ist. Mit der feststehenden Hohlwelle 98 ist die Innenspur 102 dieser Überholbremse bei 100 drehfest verbunden. Mit 110 ist noch eine Lagerbüchse bezeichnet, über welche die Hohlwelle 64 auf der Hohlwelle 80 gelagert ist.

Zwischen den beiden Turbinenradteilen 52, 72 ist ein erster Leitradteil 112 angeordnet, dessen Schaufeln 116 an einem Außenmantel 114 und einem Innenmantel 118 befestigt sind. Der Innenmantel 118 setzt sich fort in einem Träger 120, 122 für die eine Spur 124 einer Überholbremse, auf welcher dieser Leitradteil gelagert ist. Die mit der zweiten Spur 126 zusammenwirkenden Bremsrollen 128 erlauben einen Freilauf des Leitradteiles 112 in der Drehrichtung des Pumpenrades, während sie dessen Drehung in entgegengesetzter Richtung sperren. Ein durch einen Sprengring 132 gesicherter Haltering 130 legt die Spur 124 und die Klemmrollen 128 gegen axiale Verschiebung fest. ·

Die Innenspur 126 der vorerwähnten Überholbremse, auf welcher der Leitradteil 112 gelagert ist, bildet gleichzeitig den Außenmantel für einen weiteren Leitradteil 134, der am Eintritt des Pumpenrades angeordnet ist. Die Schaufeln 136 des Leitradteiles 134 sind außerdem an einem Innenmantel 138 be-

festigt, der auf einer Überholbremse mit der Außenspur 142, den Bremsrollen 144 und der Innenspur 102 gelagert ist und der sich mit seiner Nabe 146 über einen Druckring 148 an der Nabe 26 des Gehäuseteils 24 abstützt. Auch die dem Leitradteil 134 zugeordnete Überholbremse ist so ausgelegt, daß sie dessen Freilauf in der Drehrichtung des Pumpenrades erlaubt, während sie eine Drehung in der dazu entgegengesetzten Richtung sperrt. Die Nabe 146 besitzt radiale Durchtrittskanäle für das durch die Verdrängerpumpe 44 über den Strömungskanal 270 angelieferte Strömungsmittel.

Am Eintritt des Leitradteiles 134 ist ein dritter Turbinenradteil 150 angeordnet, dessen Schaufeln 156 an einem Außenmantel 154 und einem Innenmantel 152 befestigt sind. Der Außenmantel 154 ist über ein Verbindungsstück 158 mit dem Innenmantel 74 des zweiten Turbinenradteiles 70 zur gemeinsamen Drehung verbunden. Zwischen den beiden Turbinenradteilen 70 und 150 ist noch ein dritter Leitradteil 160 angeordnet, dessen Schaufeln 162 an einem Außenmantel 166 und einem InnenmanteJ 164 befestigt sind, welch letzterer auf einer Überholbremse mit einer Aüßenspur 170, Bremsrollen 172 und der Innenspur 102 gelagert ist, die gleichzeitig die innenspur der Überholbremse darstellt, auf weleher der Leitradteil 134 gelagert ist. Die Nabe 174 des Innenmantels 164 stützt sich an der mit dem Außenmantel 72 des Turbinenradteiles 70 vernieteten Hohlwelle 80 ab. Zwischen den Spuren 170 und 142 der beiden Überholbremsen für die Leitradteile 160 und 134 ist eine Druckscheibe 176 angeordnet.

Aus dem Schaufelplan gemäß F i g. 2 geht die Schaufelgeometrie der einzelnen Räder des Wandlers hervor. Das Pumpenrad ist hierbei mit /, die drei Turbinenradteile mit Tl, T2 und 73 und die drei Leitradteile mit Sl, 52 und 53 bezeichnet. Wegen der für die drei Leitradteile vorgesehenen Überholbremsen werden in bekannter Weise die drei Leitradteile in aufsteigender Folge bei wachsendem Drehzahlverhältnis überholt, bis schließlich im normalen Fahrbereich mit hohem Drehzahlverhältnis der Kupplungszustand des Wandlers vorliegt. Ist im Anfahrbereich mit niedrigem Drehzahlverhältnis die Kupplung 90, 92 zur gemeinsamen Drehung aller drei Turbinenradteile eingerückt, dann sind der Eintrittswinkel der Beschaufelung des ersten Turbinenradteiles und der Austrittswinkel der Beschaufelung des dritten Turbinenradteiles bestimmend für den für die Drehmomentabgabe an die Turbinenwelle erzielbaren Wirkungsgrad. Mit steigendem Drehzahlverhältnis erfolgt noch vor der Überholung des zweiten Leitradteiles eine Ablösung des Austrittswinkels des dritten Turbinenradteiles durch denjenigen des zweiten Türbinenradteiles, wobei es dann wegen einer beträchtlichen Abweichung des kleineren Austrittswinkels des ersten Turbinenradteiles im Vergleich zu dem größeren Eintrittwinkel des zweiten Turbinenradteiles zu beträchtlichen Stoßverlusten kommen könnte, welche den Wirkungsgrad der Drehmomentwandlung des Wandlers in einem solchen zwischen dem Anfahrbereich und dem normalen Fahrbereich liegenden Zwischenbereich und weiter in dem normalen Fahrbereich mit hohem Drehzahlverhältnis beträchtlich stören wurden. Zur Vermeidung dieser Störungen ist deshalb die Kupplung 90, 92 so ausgelegt, daß sie dann ausgerückt wird, so daß der erste Turbinenradteil dann zusammen mit dem ersten Leitradteil freiläuft. Beide Teile sind dann bestimmend für die Anderung der Strömungsriohtung der Wandlerflüssigkeit, nachdem diese das Pumpenrad verläßt, die Geometrie ihrer Beschaufelung ist also maßgebend für den Wirkungsgrad der erreichbaren Drehmoment-Wandlung.

Die durch die Verdrängerpumpe 44 umgewälzte und in bekannter Weise durch eine angeschlossene Ventilgruppe druckgeregelte Wandlerflüssigkeit wird

dem Pumpenrad des Wandlers über den Kanal 270 zugeführt. Sie verläßt den Wandler über den Spalt zwischen den beiden Gehäuseteilen 18 und 60 und wird über einen Abströmkanal 272 in der Turbinenwelle 84 zum Getriebesumpf zurückgeführt. Eine Teilmenge dieser Wandlerflüssigkeit gelangt auch in den Bereich der Kupplung 90, 92, wo sie eine Drosseiung erfährt, so daß es zu einer Druckdifferenzierung zwischen der das Innere des Wandlers durchströmenden Flüssigkeit und dieser Teilströmung kommt.

Die Teilströmung verläßt den Wandler über den Spalt zwischen dem Gehäuse 60 und dem Außenmantel 72 des zweiten Turbinenradteiles70 und strömt über den Kanal276ab,derzueinemSchaltventiImitzweiSchalt*- Stellungen führt. In der einen Schaltstellung dieses Schaltventils wirkt sich die vorerwähnte, im Bereich der Kupplung 90, 92 stattfindende Drosselung so aus, daß in dem Spalt zwischen dem Gehäuse 60 und dem Außenmantel 72 des zweiten Turbinenradteiles 70 ein gegenüber der inneren Wandlerströmung niedrigerer Druck vorherrscht, so daß es dabei dann zu einem Einrücken dieser Kupplung 90, 92 kommt. In der anderen Schaltstellung des Schaltventils wird über den Kanal 276 und die Strömungskanäle 108, 88 und 86 ein Druckaufbau in dem Spalt zwischen dem Gehäuse 60 und dem Außenmantel 72 des zweiten Turbinenradteiles 70 auf einen gegenüber der inneren Wandlerströmung höheren Wert vorgenommen* was dann ein Ausrücken der Kupplung 90, 92 zur Folge hat. Die Kupplung 90, 92 ist eingerückt während des Anfahrbereiches mit niedrigem Drehzahlverhältnis, sie ist ausgerückt während des normalen Fahrbereiches mit hohem Drehzahlverhältnis und diese Schaltung der Kupplung 90, 92 wird mittels des vorerwähnten Schaltventils selbsttätig vorgenommen, indem das Schaltventil Verbindung hat mit einer Ventilgruppe, die beispielsweise von der Fahrgeschwindigkeit und dem Antriebsmaschinen-Drehmoment abhängige Drucksignale liefert.

In der abgewandelten Ausführungsform gemäß F i g. 3 sind mit dem vorbeschriebenen Drehmomentwandler gemäß den F i g. 1 und 2 gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern, jeweils versehen mit einem Strichindex, bezeichnet. Es ist hier zusätzlich eine weitere, wahlweise ein- und ausrückbare Kupplung 308 vorgesehen, welche im Freilauf des ersten Turbinenradteiles 52' eine Verbindung herstellt zwischen dem ersten Leitradteil 112' und dem Pumpenradteil /. Daraus ergibt sich unter Heranziehung der F i g. 2 für den normalen Fahrbereich mit hohem Drehzahlverhältnis eine Vergrößerung des wirksamen Austrittwinkeis für das Pumpenrad, weil dessen eigentlicher Austrittswinkel dann abgelöst wird durch denjenigen des ersten Leitradteiles. Dadurch kommt es andererseits zu einer günstigeren Strömung am Eintritt des zweiten Turbinenradteiles, wodurch der sogenannte Bemessungsfaktor des Wandlers erniedrigt und dadurch der Kupplungswirkungsgrad des Wandlers im normalen Fahrbereich wesentlich verbessert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Hydrokinetischer Drehmomentwandler, bestehend aus teilweise in zwei Teile unterteilten beschaufelten Pumpen-, Turbinen- und Leiträdern, denen wenigstens eine wahlweise betätigbate Kupplung zur Verbindung der beiden Teile eines Rades zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung ein erster Turbinenradteil (52) an der Austrittseite des ungeteilten Pumpenrades (18, 24, 46, 50) angeordnet und über die Kupplung (90, 92) mit einem zweiten Turbinenradteil (70) kuppelbar ist, der zwischen der Austrittseite eines ersten Leitradteiles (112) und der Eintrittseite eines vor der Eintrittseite des Pumpenrades (18, 24, 46, 50) angeordneten zweiten Leitradteiles (160) angeordnet ist, wobei die beiden Leitradteile (112; 160) in bekannter Weise auf je einer Überholbremse (128, 144; 172) gelagert sind und wobei die Kupplung (90, 92) zur Ermöglichung eines Freilaufs des ersten Turbinenradteiles (52) im Freilauf des ersten Leitradteiles (112) ausgerückt ist.

2. Hydrokinetischer Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem zweiten Turbinenradteil (70) ein dritter Turbinenradteil (150) fest (bei 158) verbunden ist, der zwischen der Austrittseite des zweiten Leitradteiles (160) und der Eintrittseite eines vor der Eintrittseite des Pumpenrades (18, 24, 46, 50) angeordneten dritten Leitradteiles (134) angeordnet ist.

3. Hydrokinetischer Drehmomentwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der erste Turbinenradteil (52) im radial äußeren Bereich des Strömungskreislaufes angeordnet ist.

4. Hydrokinetischer Drehmomentwandler nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, das auch der erste Leitradteil (112) im radial äußeren Bereich des Strömungskreislaufes angeordnet ist, während die zweiten und dritten Leitradteile (160 und 134) und der dritte Turbinenradteil (150) im radial inneren Bereich des Strömungskreislaufes angeordnet sind.

5. Hydrokinetischer Drehmomentwandler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Leitradteil (112') im Freilauf des ersten Turbinenradteils (52') über eine weitere, normalerweise ausgerückte Kupplung (308) mit dem Pumpenradteil (/') verbunden ist.

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