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Überbrückungskupplung für einen hydrody-
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namischen Drehmomentwandler Die Erfindung bezieht sich auf eine Überbrückungskupplung
zum wahlweisen Kuppeln eines- Puinpenrades mit einem Turbinenrad eines hydrodynamischen
Wandlers, insbesondere eines Drehmomentwandlers eines automatischen Kraftfahrzeug-Wechselgetriebes,
mit einer an einer Nabe des Turbinenrades befestigten Kupplungsscheibe, die in ihrem
radial äußeren Bereich eine Reibfläche zur Zusammenwirkung mit einer Reibfläche
eines mit dem Pumpenrad verbundenen Wandlerdeckels aufweist.
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Um bei einem aus einem mechanischen Getriebe und einem vorgeschalteten,
hydrodynamischen Drehmomentwandler bestehenden automatischen Kraftfahrzeuggetriebe
den Wirkungsgrad zumindest in bestimmten Betriebsbereichen zu erhöhen, ist bereits
vorgeschlagen worden, beispielsweise bei der Wahrt in höheren Gängen und bei höheren
Geschwindigkeiten das Pumpenrad mit dem Turbinenrad des hydrodynamischen Drehmomentwandlers
über eine Uberbrückungskupplung zu verbinden. Dadurch wird der einen LeiStungsverlust
verursachende Schlupf zwischen dem mit der Kurbelwelle des Motors verbundenen Pumpenrad
und
dem mit der Getriebeantriebswelle verbundenen Turbinenrad aufgehoben und eine starre
Verbindung zwischen beiden Wellen hergestellt. Diese den Drehmomentwandler überbrückende
Kupplung läßt sich aber nur in solchen Betriebsbereichen verwirklichen, in denen
keine hohen Beschleunigungskräfte, die eine Drehmomenterhöhung erfordern würden,
benötigt werden, zum Beispiel beim Fahren im dritten Getriebegang und bei Geschwindigkeiten
über 70 km/h. Die Kraftstoffeinsparung durch eine derartige Uberbrükkungskupplung
kann etwa 5 % ausmachen.
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Es ist eine Überbrückungskupplung bekannt (lT-AS 1 500 386), bei der
je nach Schaltzustand die Strömungsrichtung der Wandlerflüssigkeit und die Zuführung
derselben zum Wandler unterschiedlich ist. Während bei ausgerückter Kupplung die
Wandlerflüssigkeit über die Kupplung zum Wandler fließt, ist die Strömungsrichtung
bei eingerückter Kupplung gerade umgekehrt und verläuft dann genav. entgegen der
Zentrifugalkraft. Bei dieser Ausführung besteht ein nachteil darin, daß durch die
Strömungsumkehr der Wandlerflüssigkeit die Kennung des Wandlers verändert werden
kann; zum anderen beeinflußt der Wandlerzustand ganz wesentlich die Kupplungsbetätigung
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist daher darin zu sehen, eine Überbrückungskupplung
der eingangs genannten Bauart zu schaffen, deren Betätigung völlig unabhängig vom
Verhalten und Betriebszustand des lrehmomentwandlers ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß
in steuerbarer Weise mit Druck beaufschlagbare Druckmittelleitungen vorgesehen sind,
von denen eine an einen der Einrückseite der Eupplung scheibe zugeordneten Druckb
eaufs chlagungraum und die andere an einen der Ausrückseite zugeordneten Druckbeaufschlagungsraum
angeschlossen ist. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung wird die Betätigung der
Überbrückungskupplung dadurch erreicht, daß wahlweise die eine oder andere Druckmittelleitung
mit Druck beaufschlagt wird.
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Die Kupplungsbetätigung bleibt dabei unabhängig vom Wandlerverhalten,
da sowohl beim Kupplungseinrücken als auch beim Ausrücken die Zufuhr
des
lruckmittels immer zuerst zur Kupplung und dann zum Wandler erfolgt. Ein weiterer
Vorteil besteht darin, daß das Drucknittel an der Kupplungsseite immer im wesentlichen
radial nach au-Ben, also immer mit der Zentrifugalkraft, gefördert wird.
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In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung soll die Druckbe3ufschlagung
der Druckmittelleitungen in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit und/oder den
Getriebegängen steuerbar sein. Dazu können in ansich bekannter Weise herkömmliche
hydraulische Steuerventile oder dergleichen verwendet werden.
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In einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung soll die znr Einrückseite
der Kupplungsscheibe führende Druckmittelleitung wenigstens einen im wesentlichen
radial gerichteten, im Wandlerdekkel angeordneten Kanal aufweisen. Noch günstiger
ist es, wenn mehrere, gleichmäßig über den Umfang verteilte Kanäle vorgesehen sind.
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Dabei können die Kanäle zur lruckmittelzuführung über eine radial
innere Zulauföffnung an eine zentrische Bohrung einer mit einer Nabe des Wandlerdeckels
verbundenen Pumpenantriebswelle angeschlossen sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist der Wandlerdeckel sandwichartig aus mehreren ineinander gesteckten
Schalen aufgebaut, wobei die Kanäle zwischen den einzelnen Schalen angeordnet sind.
Durch die radiale Führung der Kanäle innerhalb des Wandlerdeckels kann die durch
die Zentrifugalkraft bedingte Pumpwirkung zur Förderung des Druckmlttels ausgenutzt
werden und damit Antriebsleistung eingespart werden.
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Ein weiterer Vorschlag der Erfindung sieht vor, daß zwischen der Pumpenantriebswelle
und einer konzentrisch zu dieser angeordneten, mit dem Turbinenrad verbundenen hohlen
Abtriebswelle ein Ringraum gebildet ist, der über einen zwischen der axial verschiebbaren
Turbinenradnabe und der Wandlerdeckelnabe gebildeten Axialspalt mit dem der Ausrückseite
der Kupplungsscheibe zugeordneten Druckbeaufschlagungsraum zur Zuführung von Wandlerflüssigkeit
verbunden ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
das im folgenden näher beschrieben wird. Dabei zeigt die
Zeichnung
einen teilweisen Längsschnitt durch den Drehmomentwandler eines automatischen Kraftfahrzeuggetriebes.
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In der Zeichnung ist mit 1 eine Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine
bezeichnet, die über eine Scheibe 1 a mit einem Wandlerdeckel 3 eines Drehmomentwandlers
2 verbunden ist. Der Drehmomentwandler 2 besteht aus einem mit dem Wandlerdeckel
3 verbundenen Pumpenrad 10, einem Turbinenrad 11 und einem Leitrad 13. Das Pumpenrad
10 ist mit seiner Nabe 4 auf einem Bund 5 eines Gehäusedeckel3 6 gelagert. Auf dem
Bund 5 des Gehäusedekkels 6 stützt sich auch über einen Freilauf 14 das Leitrad
13 ab. Das Turbinenrad 11 weist eine Nabe 18 auf, die mit einer hohlen Abtriebswelle
12 drehfest, aber axial beweglich verbunden ist. Im Innenraum der hohlen Abtriebswelle
12 ist eine zu einer lruckmittelpumpe führende Pumpenantriebswelle 16 angeordnet,
die an ihrem dem Drehmomentwandler 2 zugewandten Ende mit einer Nabe 15 des Wandlerdeckels
3 drehfest verbunden ist.
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An der Nabe l8 des Turbinenrades 11 ist eine Kupplungscheibe 19 befestigt,
die in ihrem radial äußeren Bereich eine mit einer entsprechenden Reibfläche 20b
an dem Wandlerdeckel 3 zusammenwirkende Reibfläche 20 a aufwais-t. Die Biegesteifigkeit
der Eu.pplungsscheibe 19 richtet sich dabei nach der erforderlichen Anpreßkraft.
Im Regelfall wird sie genügend biegesteif ausgeführt, um eine starke Durchbiegung
derselben zu verhindern, damit im eingerückten 2ustand die Kupplungsscheibe 19 nur
im Bereich der Reibflächen 20 a und 20 b gegen den Wandlerdeckel 3 anliegt. In diesem
Fall verbleibt zwischen dem radial auswärts gerichteten Teil der Turbinenradnabe
18 und der Wandlerdeckelnabe 15 ein Axialspalt 23. Es ist jedoch auch möglich, die
im Bereich der Reibflächen 20 a und 20 b zu übertragenden Drehmomente durch eine
elastischere Gestaltung der Kupplungsscheibe 19 zu begrenzen. In diesem Fall würden
auch die Turbinenradnabe 18 und die Wandlerdeckelnabe 15 beim Einrücken der Kupplung
zur gegenseitigen Anlage kommen.
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Die Versorgung des Wandlers 2 mit Wandlerflüssigkeit kann auf zwei
Wegen, aber jeweils über die Uberbrückungskupplung und den Ringspalt
zwischen
dem radial äußeren Mantel des Turbinenrades 11 und dem Wandlerdeckel 3 erfolgen.
Der der Kupplungsanlegeseite der Kupplungsscheibe 19 zugeordnete Druckbeaufschlagungsraum
8 ist über Querbohrungen 9 mit im wesentlichen radial verlaufenden, innerhalb des
Wandlerdeckels 3 angeordneten Druckmittelkanälen 7 verbunden, die wiederum über
eine radial innere Zulauföffnung 26 mit einer die Pumpenantriebswelle 16 zentral
durchdringenden Druckmittelzuführungsleitung 17 in Verbindung stehen. Die lruckmittelkanäle
7 können dabei gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sein und sternförmig
radial nach außen verlaufen. Dazu ist der Wandlerdeckel 3 platzsparend aus wenigstens
zwei ineinander verschachtelten Schalen 24 und 25 in Sandwichbauweise hergestellt
und die Druckmittelkanäle 7 entweder in der Außenschale 24 oder in der Innenschale
25 eingearbeitet. Die beiden Schalen sind dann an ihrem radial äußeren Ende ringsum
verschweißt und in ihrem radial mittleren Bereich punktweise miteinander verbunden.
Es ist jedoch auch möglich, den Wandlerdeckel 3 dreischalig auszubilden, wobei die
iruckmittelkanäle 7 in die mittlere Schale eingestanzt sind und nach beiden Seiten
hin durch Innen- bzw. Außenschalen abgedeckt sind.
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Demgegenüber ist der 3er Ausrückseite der Kuppltingssch£ibe 19 zugeordnete
Druckbeaufschlagungsraum 21 über den zwischen der Turbinenradnabe 18 und der Wandlerdeckelnabe
15 verbleibenden Axialspalt 23 mit einer Drucknittelzufuhrmogsleitung 22 verbunden,
die in dem Ringraum zwischen der hohlen Abtriebswelle 12 und der konzentrisch in
dieser angeordneten Pumpenantriebswelle 16 vorgesehen ist. In der Zeichnung sind
die Mittel zur wahlweisen Druckbeaufschlagung der lruckmittelzuführungsleitungen
17 und 22 nicht dargestellt. Sie können jedoch in einfacher Weise durch übliche
hydraulische Steuerventile gebildet werden, die in Abhängigkeit von die Fahrgeschwindigkeit
und/oder den Schaltæustand des Getriebes anzeigenden Signalen willkürlich mit Druck
beaufschlagbar sind. So ist beispielsweise bei Fahrgeschwindigkeiten von über 70
km/h im dritten Getriebegang die Druckmittelzuführungsleitung 17 zum Einrücken der
Überbrückungskupplung mit Druck beaufschlagt und die lruckmittelzuführungsleitung
22 entlastet, während
in allen übrigen Betriebszuständen die Druckmittelzuführungsleitung
22 mit Druck beaufschlagt und die Druckmittelleitung 17 entlastet oder gesperrt
ist.
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Zum AusrÜcken der Überbrückungskupplung wird also der Wandler über
die Druckmittelzuführungsleitung 22 mit unter Druck stehender Wandlerflüssigkeit
gespeist, die über den Axialspalt 23 in den der Auslöseseite der Kupplungsscheibe
19 zugeordneten Druckbeaufschlagungraum 21 gelangt. Der Druck in dem Druckbeaufsohlagungsraum
21 ist danit größer als in dem der Einrückseite der Kupplungsseite 19 zugeordneten
Druckbeaufschlagungsraum 8, so daß die Kupplungsscheibe 19 und das mit dieser starr
verbundene Turbinenrad 11 so weit axial verschoben werden kann, daß die Reibflächen
20 a und 20 b zwischen der Kupplungsscheibe 19 und dem l.!andlerdeckel 3 außer Eingriff
kommen.
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In dem ausgerückten Zustand der Kupplung weist bei Zugbetrieb des
Fahrzeugs die in dem Druckbeaufschlagungsraum 21 zwischen dem Wandlerdeckel 3 und
der Kupplungsscheibe 19 vorhandene Wandlerflüssigkeit eine höhere durchschnittliche
Rotationsgeschwindigkeit als das Turbinenrad 11 und die Kupplungsscheibe 19 auf,
weil sie zumindest teilweise aufgrund der Reibung von dem mit 1lotordrehzahl umlaufenden
Wandlerdeckel 3 mitgenommen wird, während die Kupplungsscheibe 19 infolge des Schlupfes
zwischen Pumpenrad 10 und Turbinenrad 11 eine geringere Drehzahl hat. Die Folge
dieser höheren Rotatiosngeschwindigkeit der Wandlerflüssigkeit auf der Ausrückseite
der Kupplungsscheibe 19 ist eine auf einem höheren Druckniveau liegende hydrostatische
Druckverteilung in dem Druckbeaufschlagungsraum 21, die auch dann, wenn die Reibflächen
20 a und 20 b voneinander getrennt sind und der Druckbeaufschlagungsraum 8 mit Druckmittel
beaufschlagt ist, eine Druckdifferenz zwischen der Löse- und der Anlegeseite der
Eupplungsscheibe 19 erzeugt. Diese Druckdifferenz multipliziert mit der davon beaufschlagten
Stirnfläche des Turbinenrades 11 beziehungsweise der Kupplungsscheibe 19 erzeugt
eine Axialkraft, die im Zupjbetrieb des Fal1rzeugs immer zum Leitrad 13 hingerichtet
und größer als die aus der Umleitung des Massanstromes resultierende
entgegengesetzte
Axialkraft des Turbinenrades 11 ist und die Überbrückungskupplung im ausgerückten
Zustand hält.
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Zum Einrücken der Kupplung wird die Druckmittelzuführungsleitung 22
entlastet und die zentral durch die Pumpenantriebswelle 16 geführte Druckmittelzuführun,~sleitung
17 mit unter Druck stehender Wandlerflüssigkeit beaufschlagt. Über die radial innere
Zulauföffnung 26 und die im wesentlichen radial innerhalb des Wandlerdeckels 3 verlaufenden
Druckmittelkanäle 7 wird die Wandlerflüssigkeit dann radial nach außen transportiert,
wo sie über die Bohrungen 9 in den der Sinrückseite der Kupplungsscheie 19 zugeordneten
Druckbe aufs chlagungsraum 8 gelangt. Infolge der Entlastung des der Kupplungsausrückseite
zugeordneten Druckbeaufschlagungsraumes 21 ergibt sich dann an der Kupplungsscheibe
19 eine Druckdifferenz, die größer ist als die sich aus der hydrostatischen Druckverteilung
ergebenden Druckdifferenz und die die Kupplungsscheibe 19 mit dem Turbinenrad 11
so weit gegen den andlerdeckel 3 schiebt, daß die Reibflächen 20 a und 20 b zur
drehmomentübertragenden Anlage kommen.
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In beiden Schaltstellungen der Überbrückungskupplung, das heißt sowohl
bei eingerückter als auch bei ausgerückter Kupplung,wird das nicht zur Kupplungsbetätigung
benötigte DruclKmittel durch den Ringspalt zwischen dem radial äußeren Mantel des
Turbinenrades 11 und der inneren Kontur des Wandlerdeckels 3 zur Versorgung des
Wandlers weitergeleitet.
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L e e r s e i t e