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Die vorliegende Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Momentwandler mit einer verriegelbaren Kupplung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Sie betrifft insbesondere einen hydrodynamischen Momentwandler, der ein Turbinenrad umfasst, das fest mit einer getriebenen Welle verbunden werden kann und in einem Gehäuse eines Pumpenrads aufgenommen ist, mit dem es zusammenwirken kann, um die hydrodynamische Übertragung eines Drehmoments an die besagte getriebene Welle von einer treibenden Welle aus herbeizuführen, die fest mit dem besagten Pumpenrad verbunden werden kann, wobei dieser Momentwandler außerdem eine als verriegelbare Kupplung bezeichnete Scheibenkupplungsvorrichtung umfasst, um die Verriegelung oder die Freigabe einer elastischen Verbindung zwischen dem besagten Turbinenrad und einer radialen Wand des besagten Gehäuses zu bewirken. Diese Verbindung erfolgt über eine Gruppe von umfangsmäßig wirksamen Dämpfungsschraubenfedern, die in bogenförmigen Aufnahmen in Position gehalten werden, die fest mit dem besagten Turbinenrad verbunden und in axialer Richtung zu der besagten radialen Wand hin geöffnet sind.
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Ein solcher Momentwandler wird beispielsweise in der Patentanmeldung
WO 93/13339 vom 30. Oktober 1992 beschrieben. Die französische Patentanmeldung (
FR-A-2726620 ) Nr.
94 13205 vom 4. Januar 1994 auf den Namen der Anmelderin betrifft insbesondere die verriegelbare Kupplung, die bekanntlich außerhalb der Anfahrphasen jeden Schlupf zwischen dem Pumpenrad und dem Turbinenrad verhindert, wodurch Kraftstoff eingespart werden kann.
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Nach der ersten dieser Druckschriften werden die Dämpfungsschraubenfedern in ringförmigen Aufnahmen in Form von Torussektoren gehalten, die durch den gekrümmten Umfangsrand einer auf dem Turbinenrad aufgenieteten Blechscheibe gebildet werden, was eine relativ aufwendige Herstellung zur Folge hat (Biegen des Blechs, Bohrungen usw.).
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Aus der nachveröffentlichten
DE 197 54 650 A1 ist ein Drehmomentwandler mit einer Überbrückungskupplung und einem Torsionsschwingungsdämpfer bekannt, wobei die Außenschale des Turbinenrads eine Komponente des Torsionsschwingungsdämpfers bildet. Dazu sind in der Außenschale des Turbinenrads Fenster zur Aufnahme von Dämpfungsfedern vorgesehen, die endseitig durch Steuerbereiche begrenzt sind, welche durch versetzte oder ausgeprägte Bereiche der Außenschale gebildet werden.
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Seitlich werden die Federn durch Federführungsabschnitte geführt, welche durch gebogene Bereiche der Außenschale des Turbinenrads gebildet sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aus der
WO 93/13339 bekannte Technologie zu vereinfachen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen hydrodynamischen Momentwandler nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Wesentlich bei der erfindungsgemäßen Lösung ist es, dass das Turbinenrad aus formbarem Material ausgeführt ist und einen verdickten Umfangsteil aufweist, der durch eine Querschnittserhöhung der Außenschale des Turbinenrads gebildet ist, und dass die besagten bogenförmigen Aufnahmen direkt in den verdickten Umfangsteil eingearbeitet sind, wobei die gegenüberliegenden radialen Enden der besagten Aufnahmen als Auflagen für die entsprechenden Enden der besagten Federn dienen.
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Bei diesem formbaren Material kann es sich beispielsweise um Kunststoff oder um Aluminium handeln.
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Dadurch wird die Teilezahl erheblich verringert, und die Herstellung wird beträchtlich vereinfacht, wobei gleichzeitig das Gewicht des Turbinenrads reduziert wird. Im übrigen liegt es auf der Hand, dass es durch diese neue Technologie ermöglicht wird, gegebenenfalls die gleiche Art von Mitteln wie in der ersten genannten Druckschrift zu verwenden, um die Übertragung des Drehmoments zwischen der vorstehend erwähnten Kupplungsscheibe und den Schraubenfedern herbeizuführen, beispielsweise durch Ansätze dieser Scheibe oder durch axial gebogene Ansätze einer durch diese Scheibe drehend angetriebenen Zwischenscheibe, wobei diese Ansätze in beiden Fällen in Anlage an den Enden der besagten Schraubenfedern gebracht werden können.
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Das Turbinenrad kann vollständig aus geformtem Material ausgeführt sein, einschließlich seiner Anschlussnabe an die besagte getriebene Welle. Mit anderen Worten: Das Turbinenrad ist dann vollständig einstückig mit der Nabe ausgeführt, und um in diesem Fall die Stauchung des Aluminiums oder des Kunststoffs zu vermeiden, umfasst die Nabe vorteilhafterweise einen Metalleinsatz, in den Nuten für die drehfeste Verbindung mit der getriebenen Welle ausgeführt sind.
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Als Variante kann auch vorgesehen sein, dass das besagte formbare Material auf einer mittigen Metallscheibe für den Anschluss an die besagte getriebene Welle aufgeformt ist.
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Um eine Stauchung des formbaren Materials durch die vorerwähnten Federn zu verhindern, kann außerdem vorgesehen sein, dass die besagten radialen Enden der Aufnahmen und/oder ihre Außenwand aus Metallauflagen bestehen, auf denen das besagte formbare Material aufgeformt ist.
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Zu dem gleichen Zweck kann auch vorgesehen sein, dass die besagten Aufnahmen jeweils vollständig aus einem Metalleinsatz bestehen, wobei das formbare Material des Turbinenrads auf den Einsätzen aufgeformt ist.
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Im folgenden werden Ausführungsarten der Erfindung als Beispiele ohne einschränkende Wirkung unter Bezugnahme auf die Figuren der beigefügten Zeichnung beschrieben. Darin zeigen im einzelnen:
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1 eine im Axialteilschnitt ausgeführte Teilansicht zur Darstellung der Kupplungsvorrichtung und des Turbinenrads eines hydrodynamischen Momentwandlers gemäß der Erfindung, wobei die Verbindung zwischen der Kupplungsscheibe und den Enden der Schraubenfedern anhand einer Zwischenscheibe erfolgt;
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2 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die einerseits die belagtragende Scheibe der Kupplungsvorrichtung mit den Verbindungsfedern und andererseits das Turbinenrad mit seinen Aufnahmen zeigt;
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3 die gleiche Baugruppe wie 2 in einer Vorderansicht;
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4 eine ähnliche Ansicht wie 1 zur Darstellung einer vereinfachten Variante der Kupplungsvorrichtung; und
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5 eine Axialteilschnittansicht zur Darstellung der Ausführung der bogenförmigen Aufnahmen vollständig in Form von Metalleinsätzen.
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In der Ausführungsform von
1 wird das Turbinenrad insgesamt mit der Bezugsnummer
1 bezeichnet, während die radiale Wand des fest mit dem Pumpenrad verbundenen Gehäuses
2 insgesamt mit
2a bezeichnet wird. Diese radiale Wand
2a wird bei
2b axial verlängert, um, beispielsweise durch eine Umfangsschweißnaht, an einen (nicht dargestellten) formschlüssigen Teil angeschlossen zu werden, der das Pumpenrad bildet, wobei die Baueinheit fest an einer treibenden Welle, zum Beispiel an der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, angebracht werden kann. Bei
3 ist an der radialen Wand
2a einer der Stifte dargestellt, mit denen das als Pumpenradgehäuse bezeichnete Gehäuse
2 über einen nicht dargestellten Flansch am Schwungrad des Motors befestigt werden kann, wobei die Bezugsnummer
4 eine an ebendieser radialen Wand
2a verschweißte Zentrierwelle bezeichnet. Das Leitrad, das in der sogenannten ”Wandlungsphase” beim Beschleunigen des Turbinenrads zum Einsatz kommt, ist in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellt worden, da es für das Verständnis der Erfindung keine Rolle spielt und da sein Funktionsprinzip beispielsweise aus der vorerwähnten
WO 93/13339 bekannt ist, auf die zu weiteren Einzelheiten bezüglich der Baueinheit aus Turbinenrad, Pumpenrad und Leitrad, aus denen ein Momentwandler besteht, verwiesen werden kann. Als Variante umfasst der Wandler nur ein Turbinenrad und ein Pumpenrad.
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Ebenfalls bekannterweise erstreckt sich eine Kupplungsvorrichtung radial zwischen dem Turbinenrad 1 und der radialen Wand 2a des Gehäuses 2 des Pumpenrads, um eine drehfeste Verbindung oder das Schließen dieses Pumpenrads und des Turbinenrads 1 herbeizuführen und dadurch jeden Schlupf zwischen ihnen zu vermeiden, indem der hydrodynamische Momentwandler ”überbrückt” wird, wenn das Beschleunigen des mit der getriebenen Welle, und zwar mit der Getriebeeingangswelle, verbundenen Turbinenrads 1 abgeschlossen ist.
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Dazu umfasst diese Kupplungsvorrichtung zum Beispiel und in der Ausführungsart von 1 eine Kupplungsscheibe mit Kolbenfunktion 5, die mittig einen Ring 6 trägt, über den sie axial gleitend und dicht (Ringdichtung 7) auf einem buchsenförmigen Teil 8 der Zentrierwelle 4 verschiebbar gelagert ist. Im Innern der Welle 4 ist ein geschlossener Raum 9 vorgesehen, der mit einem Druckmedium befüllt werden kann und der über Durchgänge 10 der Welle 4 mit einer zwischen der Scheibe 5 und der radialen Wand 2a angeordneten Kammer 11 in Verbindung steht. Die Bezugsnummer 12 bezeichnet Nasen der Buchse 8, die eine zylindrische Außenfläche zur Führung des Rings 6 der Scheibe 5 besitzt, aber das Druckmedium zwischen dem Raum 9 und der Kammer 11 hindurchströmen lässt.
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Die Scheibe
5 ist ebenfalls bekannterweise drehfest mit der radialen Wand
2a des Pumpenradgehäuses
2 verbunden, um die relativen axialen Verschiebungen zwischen diesen beiden Elementen zu ermöglichen. Diese Verbindung kann durch jedes geeignete Mittel ausgeführt werden, beispielsweise anhand von elastischen Zungen
13, die bei
14 an der Wand
2a aufgenietet und im übrigen an Vorsprüngen
15 der Scheibe
5 durch ein beliebiges Festspannsystem befestigt sind, um in Richtung der radialen Wand
2a einen axialen Zug auf diese Scheibe auszuüben. Eine derartige Vorrichtung wird beispielsweise in dem
französischen Patent Nr. 94 13205 vom 4. November 1994 auf den Namen der Anmelderin beschrieben.
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Darüber hinaus umfasst die Kupplungsvorrichtung eine Zwischenscheibe 17, die auf ihren beiden Seiten mit der Bezugsnummer 18 bezeichnete Reibbeläge trägt (siehe auch 2 und 3). Diese Scheibe 17 umfasst in der Verlängerung ihrer Außenkante und winklig gleichmäßig entlang ihrem Umfang verteilt einerseits rechtwinklig gebogene Befestigungsansätze 19, die seitlich jeweils zwei Lappen 20 mit Umfangsausdehnung tragen, und andererseits Halteansätze 21, die in der gleichen Richtung wie die vorgenannten Ansätze, das heißt zum Turbinenrad, aber stumpfwinklig gebogen sind. Diese Zwischenscheibe 17 dient daher gleichzeitig als Trägerscheibe für Dämpfungsschraubenfedern 22. Die gegenüberliegenden Enden jeder Feder werden jeweils in die zueinander gerichteten Lappen 20 von zwei benachbarten Ansätzen 19 eingesetzt, während der Mittelteil der betreffenden Feder 22 durch den in einem gleichen Abstand zu den Ansätzen 19 angeordneten Ansatz 21 gehalten wird. Dadurch wird jede Feder 22 sowohl in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung gegenüber den Beanspruchungen gehalten, die darauf hinwirken würden, sie vom Turbinenrad 1 zu entfernen.
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Um die Übertragung des Drehmoments zwischen der Zwischenscheibe 17 und dem Turbinenrad 1 zu bewirken, müssen die Federn 22 im übrigen an ihren Enden sowie radial in bogenförmigen Aufnahmen mit entsprechender Form des Turbinenrads 1 gesichert sein. Dazu ist das Turbinenrad 1 erfindungsgemäß aus Aluminium oder vorteilhafterweise aus einem gegebenenfalls mit widerstandsfähigen Fasern (Glas, Kohlenstoff, ”Kevlar” usw.) verstärkten Kunststoff ausgeführt und in diesem Beispiel auf einer mittigen Metallscheibe 23 zum Anschluss an die (nicht dargestellte) getriebene Welle aufgeformt, wobei während des Formvorgangs bogenförmige Aufnahmen 24 für die Federn in einer Umfangserhebung 25 des Turbinenrads 1 ausgespart werden.
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Die gegenüberliegenden radialen Enden 26, 26a der Aufnahmen 24 bestehen vorteilhafterweise aus Metallauflagen, die ein Eindrücken der Enden der Federn 22 in den geformten Werkstoff des Turbinenrads 1 verhindern. Diese Metallauflagen werden in das Formwerkzeug eingesetzt, so dass der Kunst- oder sonstige Werkstoff auf ihnen aufgeformt wird, was zu einer entsprechenden Vereinfachung der Herstellung beiträgt. Außerdem kann das Eindrücken der Außenwand der bogenförmigen Aufnahmen 24 unter der Einwirkung der Fliehkraft der Federn 22 verhindert werden, indem andere aufgeformte Metallauflagen 28 an dieser Stelle vorgesehen werden (siehe 1).
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Es ist darauf hinzuweisen, dass der Schild 29, der den inneren Torus des Turbinenrads 1 bildet, seinerseits ebenfalls aus Aluminium oder aus einem Kunststoff ausgeführt sein kann, der an den Beschaufelungen 30 verklebt, aufgeformt oder verschweißt wird. Die Funktionsweise des vorstehend beschriebenen Momentwandlers ist die gleiche wie bei herkömmlichen Wandlern, so dass an dieser Stelle nur informationshalber daran erinnert werden soll: In der Anfahrphase fällt der Druck des Hydraulikfluids in der Kammer 11 so aus, dass er die Kupplungsscheibe 5 in einem Abstand von der radialen Wand 2a hält, so dass die zur Wand 2a beabstandeten Reibbeläge 18 der Zwischenscheibe 17 trotz der (ständigen) Drehung der Scheibe 5 nicht drehend angetrieben werden. Das Drehmoment des Pumpenrads wird daher an das Turbinenrad 1 mit Schlupf nur durch hydrodynamische Wirkung im Wandler übertragen (Wandlungsphase). Die Federn 22 sind inaktiv, und die Kupplungsvorrichtung ist dann ausgerückt oder geöffnet.
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Wenn das Turbinenrad 1 nicht mehr beschleunigt, lässt der Druck des Hydraulikfluids in der Kammer 11 nach, und die Zungen der Federn 13 bewirken die gleitende Verschiebung der Kupplungsscheibe 5 zur radialen Wand 2a, wodurch die Reibbeläge 18 der Zwischenscheibe 17 zwischen der Scheibe 5 und der Innenseite dieser Wand 2a eingespannt werden, wobei diese beiden Teile durch das Pumpenrad in einer ständigen Drehung angetrieben werden, während die Kupplungsvorrichtung dann eingerückt oder geschlossen ist. Mit der durch die Federn 22 bedingten Momentdämpfung wird das Turbinenrad 1 dann schnell mit der gleichen Drehzahl wie das Pumpenrad angetrieben, wobei jeder Schlupf verschwindet. Die Federn 22 verhindern jeden Drehmomentstoß, da sie jeweils zwischen einer radialen Abschlusswand 26 der Aufnahmen 24 und dem entsprechenden gebogenen Ansatz 19 der Zwischenscheibe zusammengedrückt werden (wie in den 1 und 2 deutlich zu erkennen ist, wobei die Wände 26 mittig eine Ausnehmung 26a für den Durchgang der Ansätze 19) aufweisen.
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Die Variante der Ausführungsart von 4 betrifft nur die Kupplungsvorrichtung und soll daher nur kurz beschrieben werden. Die Zwischenscheibe 17 entfällt hier, wobei ihre Funktion direkt durch die Kupplungsscheibe 5' übernommen wird, die den Reibbelag 18' trägt, der mit der Innenseite der radialen Wand 2'a des Pumpenradgehäuses 2' in Berührung kommen kann. Im Gegensatz zu der vorangehenden Ausführungsart wird die Scheibe 5' daher nur bei einem Absinken des Drucks des Hydraulikfluids in der Kammer 11' durch die Reibung ihres Belags 18' an der radialen Wand 2'a drehend angetrieben. Diese Scheibe 5' ist an ihrem Umfang mit gebogenen Ansätzen 19' und 21' ähnlich wie die Ansätze 19 und 21 der Zwischenscheibe 17 der vorangehenden Ausführungsart versehen, so dass sie das Turbinenrad 1 wie zuvor über die Federn 22 antreiben kann. Die bogenförmigen Aufnahmen 24 können in jeder Hinsicht ähnlich wie die Aufnahmen der Ausführungsart der 1 bis 3 ausgeführt sein.
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In der Variante von 5 ist jedoch die Möglichkeit dargestellt, die bogenförmigen Aufnahmen durch Metalleinsätze 31 zu bilden, auf denen der formbare Werkstoff des Turbinenrads 1 aufgeformt wird, wodurch ebenfalls das Eindrücken der Federn 22 in diesen Werkstoff unter der Einwirkung der Umfangs- oder Fliehkraftbeanspruchungen verhindert wird, die während des Betriebs auf sie ausgeübt werden.
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Diese Ausführung der Aufnahmen 24 könnte natürlich auch bei der Ausführungsart der 1 bis 3 zur Anwendung kommen.
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Das Vorhandensein des Innentorus 29 ist nicht unbedingt erforderlich. Das Turbinenrad 1 umfasst hier einen verdickten Außentorus, um erfindungsgemäß die bogenförmigen Aufnahmen zu bilden. Die Beschaufelungen 30 sind einstückig mit diesem Außentorus ausgeführt, so dass das Vorhandensein des Innentorus nicht unbedingt notwendig ist. Es kann natürlich das Vorhandensein eines Zahnkranzes oder einer gezahnten Scheibe vorgesehen sein, um den Innentorus 29 zu ersetzen und die Beschaufelungen 30 zu stabilisieren, wobei die Zähne Abstandsstücke zwischen den Schaufeln bilden.
