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Kupplung für Drehmomentwandler
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Die Erfindung betrifft eine Kupplung mit einem umlaufenden ersten
Kupplungsteil und einem zweiten Kupplungsteil, das mit unterschiedlicher Drehzahl
umlaufen kann, mit einem am ersten Kupplungsteil befestigten Träger und mit einer
Mehrzahl von Reibkörpern, die zwischen dem Träger und dem zweiten Kupplungsteil
angeordnet sind.
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Üblicherweise werden bei hydraulischen Drehmomentwandlern Kupplungen
verwendet, mit denen das Pumpenlaufrad und das Turbinenlaufrad des Wandlers miteinander
verblockt, d.h. verriegelt werden können, um bei gewissen Betriebsbedingungen den
Schlupf zwischen den beiden Kupplungsteilen auszuräumen und so den Wirkungsgrad
des Wandlers zu erhöhen. Es ist ferner bekannt, von der Drehgeschwindigkeit eines
der Kupplungsteile ein Signal abzuleiten, das dazu verwendet, das Einrücken der
Kupplung einzuleiten und das Ausrücken der Kupplung zu bewerkstelligen. Das Einrücken
der Kupplung ist von großer Bedeutung und erfordert größte Aufmerksamkeit, wenn
die Kupplung z.B. in einem hydrodynamischen Drehmomentwandler verwendet werden soll,
der seinerseits mit einem automatischen Schaltgetriebe zusammenarbeitet. Während
der Zeit, in der das automatische Getriebe von einem Gang in einen anderen schaltet,
soll die Kupplung möglichst ausgerückt sein, so daß beim Schalten auftretende Drehmomentänderungen
nicht abrupt verlaufen, da der Drehmomentwandler Drehmomentstöße absorbiert.
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Bleibt die im Drehmomentwandler angeordnete Kupplung auch für die
Zeit
des Gangwechsels eingerückt, müssen an die Steuerung für das automatische Schaltgetriebe
höhere Anforderungen gestellt werden und diese aufwendiger ausgelegt werden, damit
weiche Übergänge zwischen den Gängen erhalten werden; in diesem Falle fällt nämlich
die ansonsten vorhandene Fähigkeit des hydrodynamischen Drehmomentwandlers weg,
Stöße aufzunehmen und auszugleichen.
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Wie schon dargelegt, ist es bekannt, drehzahlabhängig arbeitende Kupplungen
als Verriegelungskupplungen in einem hydrodynamischen Drehmomentwandler zu verwenden.
Um sicherzustellen, daß derartige Kupplungen zum richtigen Zeitpunkt eingerückt
werden, sind beim Stand der Technik teure und komplizierte Steuerungen mechanischer,
elektrischer oder hydraulischer Art erforderlich. Es sind schon derartige Steuerungen
verwendet worden, die sicherstellen, daß die Verriegelungskupplung für die Dauer
eines automatischen Gangwechsels nicht eingerückt ist. Darüber hinaus ist der Aufbau
derartiger drehzahlabhängig arbeitender Kupplungen schon an sich verhältnismäßig
kompliziert.
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Durch die Erfindung soll daher eine Verriegelungskupplung für einen
hydrodynamischen Drehmomentwandler geschaffen werden, die einen einfachen Aufbau
aufweist und ohne Verwendung einer externen Steuerung, die den Zeitpunkt des Anlegens
bzw. Ausrückens der Kupplung festlegt, zum richtigen Zeitpunkt einrückt bzw. ausrückt.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Kupplung nach
Anspruch 1.
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Die erfindungsgemäße drehzahl- drehmomentabhängig arbeitende Kupplung
für einen hydrodynamischen Drehmomentwandler läßt sich zusammen mit dem Wandler
in einem Gehäuse mit sehr kleinen axialen und radialen Abmessungen unterbringen.
Ein weiterer erheblicher Vorteil der erfindungsgemäßen Verriegelungskupplung ist
der, daß sie bei bestimmten Betriebsbedingungen, z.B. Gangwechseln, automatisch
Drehzahlunterschiede im Wandler zuläßt.
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Bei der erfindungsgemäßen Kupplung erfolgt drehzahlabhängig und drehmomentabhängig
ein Verkeilen von Reibschuhen und ein Anlegen derselben an eine zugeordnete Reibfläche
ohne Zufuhr von Energie von außen. Die Kupplung weist einen kreisförmigen Tragring
aus Blech auf, der fest mit dem Turbinenlaufrad des hydrodynamischen Drehmomentwandlers
verbunden ist und auf dem eine Mehrzahl rampenförmiger Vertiefungen ausgebildet
ist, in der jeweils einer der einen Reibbelag tragenden Reibschuhe angeordnet ist.
Bei Einwirkung einer Zentrifugalkraft werden die Reibschuhe in radialer Richtung
nach außen bewegt und kommen in Anlage an die innenliegende, ringförmige Reibfläche,
die auf dem zugleich als Pumpenlaufrad ausgebildeten angetriebenen Kupplungsteil
vorgesehen ist. An dem ringförmigen Tragring ist eine Mehrzahl von Blattfedern befestigt,
die an den Reibschuhen anliegt und einer Bewegung derselben in radialer Richtung
nach außen einen Widerstand entgegensetzt.
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Nach dem ersten Reibkontakt zwischen den Reibschuhen und der ihnen
zugeordneten ringförmigen Reibfläche werden die Reibschuhe über die rampenförmigen
Vertiefungen des Tragringes, in die die
Reibschuhe eingesetzt sind,
durch Keilwirkung in Anlage an die zugeordnete Reibfläche gedrückt. Man erhält dabei
einen Hystereseeffekt, da das Ausrücken der Reibschuhe infolge der Keilwirkung bei
einer kleineren Drehzahl erfolgt als der, bei der die Reibschuhe in Anlage an die
zugeordnete Reibfläche bewegt werden. Zusätzlich zu den Blattfedern weist die Kupplung
Schraubenfedern auf, die jeweils in einer in einem jeden der Reibschuhe vorgesehenen
Bohrung angeordnet sindund einer Bewegung der Reibschuhe bezüglich der rampenförmigen
Vertiefung einen Widerstand entgegensetzen.
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Neben dem auf die Verkeilung der Reibschuhe zurückzuführenden,soeben
beschriebenen Hystereseeffekt wird bei der erfindungsgemäßen Kupplung noch ein drehmomentabhängiges
Arbeiten erhalten. Es hat sich herausgestellt, daß beim Hinaufschalten eines automatischen
Schaltgetriebes Drehmomentspitzen auftreten. Das Drehmomentübertragungsvermögen
der erfindungsgemäßen Verriegelungskupplung ist so groß, daß es momentan einen Geschwindigkeitsunterschied
zwischen dem Pumpenlaufrad und dem Turbinenlaufrad zuläßt. Bei Umkehr der Drehmomentübertragung,
wie sie z.B. beim Hinabschalten eines automatischen Schaltgetriebes auftritt, d.h.
dann, wenn der Drehmomentenfluß momentan vom Turbinenlaufrad zum Pumpenlaufrad gerichtet
ist, also dem normalen Drehmomentenfluß vom Pumpenlaufrad zum Turbinenlaufrad entgegengesetzt
ist, erlauben die Reibschuhe darüber hinaus momentan einen Schlupf zwischen Pumpenlaufrad
und Turbinenlaufrad. Ein Betriebszustand der Verriegelungskupplung, bei dem ein
Geschwindigkeitsunterschied, d.h. ein Schlupf zwischen Turbinenlaufrad und Pumpenlaufrad
auftritt, wird in dieser Beschreibung als ein "Lösen" der Kupplung bezeichnet,
obwohl
bei einem solchen Betriebszustand die Reibschuhe immer noch in Berührung mit der
zugeordneten Reibfläche stehen können.
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Das automatische Lösen der Verriegelungskupplung beim Gangwechsel
ist von größter Wichtigkeit für die Beibehaltung des Dämpfungsvermögens des Drehmomentwandlers,
d.h. für den Ausgleich von Stößen, wie sie beim Gangwechsel auftreten.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles
unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
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In dieser zeigen: Figur 1 einen axialen Schnitt durch die obere Hälfte
eines hydraulischen Drehmomentwandlers mit einer erfindungsgemäßen, drehzahlabhängig
arbeitenden Verriegelungskupplung; Figur 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 von
Figur 1; Figur 3 einen Ausschnitt aus Figur 2 in vergrößertem Maßstabe; Figur 4
einen Schnitt durch einen Teil des in Figur 1 gezeigten Tragringes für die Reibschuhe;
Figur 5 eine Aufsicht auf einen Teil dieses Tragringes, projiziert auf die in Figur
4 gezeigte Linie 5-5; Figur 6 eine Aufsicht auf die in den Figuren 1 und 2 gezeigte
Blattfeder; Figur 7 eine Ansicht der Rückseite eines der in Figur 3 gezeigten Reibschuhe;
Figur 8 eine Ansicht der Unterseite des in Figur 7 gezeigten Reibschuhes; Figur
9 eine graphische Darstellung des Drehmomentübertragungsvermögens
in
Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit; und Figur 10 eine graphische Darstellung
von Prüffeldergebnissen, in der der zeitliche Verlauf der Drehzahl von Pumpenlaufrad
und Turbinenlaufrad beim Anfahren und Schalten vom ersten in den zweiten Gang gezeigt
ist.
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In Figur 1 ist eine Verriegelungskupplung insgesamt mit 10 gekennzeichnet.
Diese Verriegelungskupplung ist in einem insgesamt mit 12 bezeichneten hydraulischen
Drehmomentwandler angeordnet.
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Dieser weist ein schalenförmiges angetriebenes Teil 14 auf, Be das
mit einem eine schaufelung aufweisenden Pumpenlaufrad 16 verbunden ist. Der hydraulische
Drehmomentwandler 12 hat ferner ein mit einer Beschaufelung versehenes Turbinenlaufrad
18, das vom Pumpenlaufrad 16 her hydrodynamisch angetrieben wird, und zwischen Pumpenlaufrad
und Turbinenlaufrad ist ein Stator 20 vorgesehen. Das angetriebene Teil 14 des Drehmomentwandlers
ist mit einer innenliegenden ringförmigen Reibfläche 22 ausgebildet, an der die
Verriegelungskupplung angreift, wenn das Turbinenlaufrad 18 mit dem Pumpenlaufrad
16 verblockt werden soll. Das Pumpenlaufrad 14 weist herkömmlichen Aufbau auf. Befindet
sich der Drehmomentwandler auf einem Fahrzeug, so ist das schalenförmige angetriebene
Teil 14 mit der Maschine des Fahrzeuges verbunden.
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Das Turbinenlaufrad 18 weist eine Feder/Nutanordnung 19 auf, über
die es auf eine Eingangswelle eines Schaltgetriebes aufkeilbar ist, um die Eingangswelle
mit der dem Turbinenlaufrad durch das Pumpenlaufrad erteilten Drehzahl anzutreiben.
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Wie aus den Figuren 1,2 und 4 ersichtlich ist, weist die Verriegelungskupplung
10 einen als Abstützung für die Reibschuhe dienenden Tragring 24 auf, der als kreisringförmiges
Blechteil ausgebildet ist und eine Mehrzahl von Reibschuhen 26 trägt.
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Wie die Figuren 4 und 5 zeigen, hat der als kreisringförmiges Blechteil
ausgebildete Tragring eine Mehrzahl Nockenflächen bildender Rampen 30, die um seinen
Umfang herum verteilt ausgebildet sind. Die Rampen 30 können um den Umfang des Tragringes
24 herum in gleichem Abstand voneinander angeordnet sein; eine derartige Anordnung
ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, solange durch die Symmetrie der Anordnung
sichergestellt ist, daß keine Unwuchten auftreten. Die Rampen 30 lassen sich dadurch
herstellen, daß zuerst eine Reihe transversaler Schlitze 32 ausgestanzt wird und
dann die Rampen dadurch hergestellt werden, daß Material in radialer Richtung nach
innen aus dem Tragring 24 herausgedrückt wird, wie dies in Figur 4 gezeigt ist.
Ein Endabschnitt 34 der Rampen war ursprünglich ein Teil der Schlitze 32. Ein Teil
der Schlitze 32 ist durch eine Anschlagfläche 36 begrenzt. Die Rampe 30 schließt
mit einer Tangenten zu dem Tragring 24 beim Schnittpunkt mit der durch die Rampe
30 im wesentlichen vorgegebenen Ebene einen Winkel dazu ein. Ein gutes Arbeiten
der Verriegelungskupplung wird z.B. mit einem Winkel von etwa 60erhalten. Um den
Umfang des Tragringes 24 herum verteilt sind zwischen den Rampen 30 paarweise Löcher
38 zur Aufnahme von Nieten vorgesehen. Beim Formen einer jeden der Rampen 30 entsteht
eine offene, keilförmige Vertiefung 40 im Tragring 24. Eine jede der Vertiefungen
40 weist eine Bodenfläche
42 auf, die die keilförmige Nockenfläche
bildet, an der die Reibschuhe 26 anliegen. Der Tragring 24 weist einen mit einem
Profil versehenen, gekrümmten, ringförmigen Außenabschnitt 44 und einen mit einem
Profil versehenen ringförmigen Innenabschnitt 46 auf. Der Außenabschnitt 44 und
der Innenabschnitt 46 sind so geformt, daß sie richtig auf die gekrümmte außenliegende
Oberfläche des Turbinenlaufrades 18 passen, wie dies in Figur 1 gezeigt ist. Der
Tragring 24 kann somit auf das Pumpenlaufrad 18 aufgesetzt werden und mit diesem
auf bekannte Weise verbunden werden, z.B. durch Punktschweißen.
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Wie die Figuren 3 und 6 zeigen, weist die Verriegelungskupplung Blattfedern
50 auf, die jeweils einen Federarm 52 und einen Befestigungsabschnitt 54 aufweisen.
Der Federabschnitt 52 ist mit einem bogenförmigen Anlageabschnitt 56 ausgebildet,
während in dem Befestigungsabschnitt 54 zwei Löcher 58 zur Aufnahme von Nieten ausgestanzt
sind. An den Befestigungsabschnitt 54 ist ein Abstützabschnitt 57 angeformt, der
sich - wie aus Figur 3 ersichtlich - unter einem vorgegebenen Anstellwinkel vom
Befestigungsabschnitt 54 nach oben wegerstreckt.
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In den Figuren 3,7 und 8 sind die Bremsschuhe 26 genauer gezeigt.
Die Bremsschuhe 26 sind als im wesentlichen rechteckige Blöcke ausgebildet, die
eine bogenförmige Oberfläche 60 aufweisen. Zusätzlich kann auf der Oberfläche 60
ein Reibbelag 62 festgeklebt sein oder auf andere Weise befestigt sein. Für den
Reibbelag 62 kann ein Reibmaterial auf Papierbasis verwendet werden, wie bei Kupplungen
und Bandbremsen üblich. Die Reibschuhe
weisen in Längsrichtung
verlaufende U-förmige Nuten 64 auf, die in der Oberfläche 60 ausgebildet sind. Ein
jeder der Reibschuhe 26 hat ferner eine Bohrung 66, in der eine Feder Aufnahme findet,
wie später noch genauer beschrieben wird. Die Reibschuhe 26 sind mit einem nach
unten verlaufenden, mittigen, rechteckigen Schuhabschnitt 67 versehen, der sich
über die gesamte Länge des Reibschuhes erstreckt und auf beiden Seiten des Schuhabschnittes
67 jeweils eine Stützschulter 69 bildet. Sind die Reibschuhe 26 im Drehmomentwandler
angeordnet, so sitzen die Schuhabschnitte 67 so in den Vertiefungen 40 des Tragringes
24, daß die Stützschultern 69 auf beiden Seiten der Vertiefungen 40 auf den ringförmigen
Oberflächen aufsitzen.
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Wie Figur 2 zeigt, ist in der Bohrung 66 der Reibschuhe 26 eine als
Rückstellfeder dienende Schraubenfeder 68 angeordnet. Das eine Ende der Schraubenfedern
68 ist in einer Federkappe 70 festgelegt; und die Federkappe 70 wird so in der Bohrung
66 durch die Feder 68 in Auswärtsrichtung vorgespannt. Die Reibschuhe 26 sind durch
Anlage an den Anlegeabschnitt 56 der Blattfedern 50 in der Nut 64 der Reibschuhe
26 positioniert und sind durch den Federarm 52 in der Nut 64 in Einwärtsrichtung
vorgespannt.
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Durch die im Tragring 24 vorgesehenen Löcher 38 und durch die in den
Blattfedern 50 vorgesehenen Löcher 58 sind Niete 72 durchgeführt. Die Blattfedern
50 sind somit durch die Niete 72 fest mit dem Tragring verbunden. Die in die Nut
64 eingreifenden Blattfedern 50 halten die Reibschuhe 26 in einer solchen, in Figur
2 gezeigten Stellung, in der sie nicht an der innenliegenden ringförmigen Reibfläche
22 des angetriebenen Teiles 14
des Drehmomentwandlers anliegen.
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An dem Abstützabschnitt 57 einer jeden der Blattfedern 50 liegt die
Federkappe 70 des benachbarten Reibschuhes 26 an. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist,
ist um den Umfang des Tragringes 24 somit eine Mehrzahl von Reibschuhen 26 angeordnet,die
durch die Blattfedern 50 in radialer Richtung nach innen vorgespannt sind und von
der ringförmigen Reibfläche 22 weggedrückt werden.
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Die Reibschuhe sind durch den Abstützabschnitt 57 der Blattfedern
50, durch den Federarm 52 der jeweils benachbarten Blattfeder 50 und durch das Anliegen
des Reibschuhes 26 an der Anschlagfläche 36 der Schlitze 32 in Umfangsrichtung positioniert.
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Die oben beschriebene Verriegelungskupplung arbeitet folgendermaßen:
Erreicht die Drehzahl des Turbinenlaufrades 18 einen vorgegebenen Wert, so reichen
die auf die Reibschuhe 26 einwirkenden Zentrifugalkräfte dazu aus, die Reibschuhe
unter Überwindung der Kraft der Blattfedern 50 und der Schraubenfedern 68 in radialer
Richtung nach außen zu drücken; hierdurch wird ein erster Kontakt zwischen der bogenförmigen,
als Reibfläche ausgebildeten Oberfläche 60 der Reibschuhe und der innenliegenden
ringförmigen Reibfläche 22 hergestellt. Zu diesem Zeitpunkt suchen die Reibschuhe
über die Reibverbindung zu dem Pumpenlaufrad 14 das Turbinenlaufrad 18 mit dem Pumpenlaufrad
14 zu verblocken. Dieser Reibkontakt wirkt derart auf die Verriegelungskupplung
zurück, daß die Nockenflächen bildenden Rampen 30 durch Keilwirkung ein
noch
stärkeres Anlegen der Reibschuhe 26 herbeiführen. Die Verriegelungskupplung 10 rückt
sich also ohne Energiezufuhr von außen selbst ein, was auf das Verkeilen der Reibschuhe
26 mittels der Rampen 30 zurückzuführen ist.
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Wie aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich ist, in denen die Reibschuhe
26 in der an der Reibfläche 22 anliegenden bzw. in der von dieser entfernten Stellung
gezeigt sind, bewegen sich die Reibschuhe 26 im wesentlichen in Umfangsrichtung,
was man am besten erkennt, wenn man den in Figur 2 gezeigten Zwischenraum 90 zwischen
der Anschlagfläche 36 und dem benachbarten Ende des Reibschuhes 26 betrachtet. Diese
im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufende Bewegung der Reibschuhe 26 enthält
sowohl eine bogenförmige Bewegung bezüglich des angetriebenen Teiles 14 des Drehmomentwandlers
als eine Bewegung der Reibschuhe 26 bezüglich des angetriebenen Teiles 14 auf einer
Sehne. Die letztere Bewegung ist die Bewegung längs des Bodens 42 der Vertiefungen
40. Durch diese Bewegung der Reibschuhe 26 wird das Verkeilen der Reibschuhe erhalten,
solange sich diese in Anlage an der Reibfläche 22 befinden.
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Mit der oben beschriebenen Verkeilung der Reibschuhe wird auch der
schon erwähnte vorteilhafte Hystereseeffekt erhalten. Denn, obwohl die Verriegelungskupplung
die Reibschuhe 26 bei einer vorgegebenen Drehzahl in Anlage an die Reibfläche 22
bewegt und dann verriegelt, werden die Reibschuhe 26 durch die Verkeilung noch solange
in Anlage an der Reibfläche 22 gehalten, bis sie durch die Kraft der Blattfedern
50 und der Schrauben federn 68
von der Reibfläche 22 wegbewegt
werden. Dies erfolgt bei einer kleineren Drehzahl als der Drehzahl, bei der die
Kupplung eingerückt wird. Bei einem Versuch im Prüffeld unter Verwendung eines Dynamometers
verriegelte z.B. eine Verriegelungskupplung der oben beschriebenen Bauart zwischen
1.600 und 1.660 Umdrehungen pro Minute, während bei Übertragung desselben Drehmomentes
die Verriegelungskupplung erst ausrückte, wenn die Drehzahl den Drehzahlbereich
von 1.550 bis 1.450 Umdrehungen pro Minute erreichte. Durch das Verkeilen der Reibschuhe
26 wird somit ein "Jagen" der Kupplung, d.h. ein schnelles Schalten zwischen dem
Verriegelungszustand und einem eine Relativbewegung von Pumpenlaufrad und Turbinenlaufrad
zulassenden Betriebs zustand der Verriegelungskupplung verhindert.
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Unter der Bezeichnung "ausgerückt" soll in dieser Beschreibung ein
Betriebszustand der Verriegelungskupplung verstanden werden, bei dem die Reibschuhe
26 von der Reibfläche 22 in radialer Richtung nach innen wegbewegt sind und diese
nicht berühren. Unter der Bezeichnung gelöst" soll in dieser Beschreibung ein Betriebszustand
der Verriegelungskupplung verstanden werden, bei dem die Reibschuhe 26 die Reibfläche
22 zwar immer noch berühren, die in Einrückrichtung wirkenden Kräfte jedoch so klein
sind, daß die Reibfläche 22 bezüglich der Reibschuhe 26 schlüpfen kann, d.h. daß
das Turbinenlaufrad 18 und das Pumpenlaufrad 16 mit unterschiedlicher Drehzahl umlaufen
können. Unter der Bezeichnung "gelöst" soll im weitesten Sinne auch der oben mit
ausgerückt" bezeichnete Betriebszustand verstanden werden.
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In dem in Figur 9 gezeigten Diagramm, in dem das übertragene Drehmoment
in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit dar gestellt ist, stellt die Kurve
A das Drehmoment an der Abtriebswelle des Schaltgetriebes dar, wenn das Schaltgetriebe
im dritten Gang steht, d.h. das Übersetzungsverhältnis 1 : 1 ist. Die Kurve B stellt
das gesamte Drehmomentübertragungsvermögen der Verriegelungskupplung 10 bei verschiedener
Turbinendrehzahl dar.
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Die "Y"-Achse des Diagramms ist in Drehmomenteinheiten von LB-FT geeicht,
während die "X"-Achse die Turbinendrehzahl in Umdrehungen pro Minute und die Fahrzeuggeschwindigkeit
in Meilen pro Stunde angibt.
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Die Kurve A wurde bei einem Versuch mit einem Fahrzeug erhalten und
zeigt das Drehmoment der Abtriebswelle des Schaltgetriebes bei einem Übersetzungsverhältnis
des Schaltgetriebes von 1 : 1, d.h. bei normaler Beanspruchung bei Überlandfahrt.
Die Kurve B zeigt die berechneten Werte des Drehmomentübertragungsvermögens der
Verriegelungskupplung 10. Diese Berechnung erfolgt unter Verwendung der jeweiligen
Drehzahl und der auf einen jeden der Reibschuhe 26 einwirkenden Zentrifugalkraft,
die sich ebenfalls bestimmen läßt. Unter dem Drehmomentübertragungsvermögen der
Verriegelungskupplung soll das maximale Drehmoment verstanden werden, das durch
die Verriegelungskupplung übertragen werden kann, bevor zwischen den Reibschuhen
26 und der Reibfläche 22 Schlupf auftritt.
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Die Kurve C zeigt die berechneten Werte des Drehmomentübertragungsvermögens
einer Verriegelungskupplung, bei der die Reibschuhe
nur durch
Zentrifugalkräfte an die Reibfläche 22 angelegt werden, bei der jedoch keine Verkeilung
der Reibschuhe durch die Rampen 30 erfolgt.
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Wie aus der Figur 9 ersichtlich ist, fallen die Kurven B und C bei
kleinen Drehzahlen zusammen, wenn die Keilwirkung noch nicht einsetzt. Bis zu Drehzahlen
der Antriebsmaschine von etwa 2.400 Umdrehungen pro Minute nimmt das Drehmomentübertragungsvermögen
der Verriegelungskupplung sehr langsam zu. Dieser langsame Zuwachs entspricht der
Zunahme der auf die Reibschuhe 26 einwirkenden und diese gegen die Reibfläche 22
drückenden Zentrifugalkräfte. Bei einer Drehzahl von 2.400 Umdrehungen pro Minute
ist das Drehmomentübertragungsvermögen zwischen den Reibschuhen 26 und der Reibfläche
22 gerade so groß geworden, daß nun ein Hinaufbewegen der Reibschuhe 26 auf den
Rampen 30 eingeleitet wird. Damit wird zusätzlich eine Verkeilung der Reibschuhe
26 gegen die Reibfläche 22 erhalten, und das gesamte Drehmomentübertragungsvermögen
der Verriegelungskupplung 10 wächst stark an, wie die Kurve B zeigt.
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Aus Figur 9 ist ohne weiteres ersichtlich, daß beim weiteren Anwachsen
der Drehzahl der Antriebsmaschine die Verriegelungskupplung 10 dann einrückt und
das Turbinenlaufrad 18 mit dem Pumpenlaufrad 16 verblockt, wenn die Kurve B die
Kurve A schneidet.
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Das Einrücken der Verriegelungskupplung erfolgt anders gesagt also
dann, wenn das Drehmomentübertragungsvermögen der Verriegelungskupplung 10 größer
ist als das durch die Kurve A wiedergegebene durch den Drehmomentwandler übertragene
Drehmoment beim
Arbeiten des Schaltgetriebes mit einem Übersetzungsverhältnis
von 1 : 1.
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Wird zu einem beliebigen Zeitpunkt die Drosselklappe des Fahrzeuges
in Richtung auf ein höheres Drehmoment verstellt, so liegt das von der Kraftübertragung
zu übertragene Drehmoment im Diagramm höher als die Kurve A. Damit kann das vom
Drehmomentwandler zu übertragende Drehmoment wieder größer werden als das Drehmomentübertragungsvermögen
der Verriegelungskupplung 10. Diese wird dann wieder gelöst und der Drehmomentwandler
kann wieder in den Betriebszustand zurückkehren, in~dem Pumpenlaufrad und Turbinenlaufrad
mit unterschiedlicher Drehzahl umlaufen. Ein derartiges Arbeiten des Drehmomentwandlers
ist unter den beschriebenen Betriebsbedingungen vorteilhaft. Ähnliche Verhältnisse
können beim Hinaufschalten des Schaltgetriebes vorliegen, wenn - wie schon oben
ausgeführt worden ist - kurzfristig ein abruptes Anwachsen des Drehmomentes bzw.
ein Stoßauftritt.
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Ändert sich die Richtung der Drehmomentenübertragung in der Kraftübertragung,
so kann die Verriegelungskupplung 10 dank ihres oben beschriebenen Aufbaues die
Verkeilung der Reibschuhe aufheben; das Drehmomentübertragungsvermögen der Verriegelungskupplung
10 fällt dann auf einen Wert ab, wie er durch die Kurve C wiedergegeben wird. Die
Verriegelungskupplung löst sich also kurzfristig beim Hinunterschalten des Schaltgetriebes,
da bei einem solchen Hinunterschalten eine Umkehr der Drehmomentübertragungsrichtung
erfolgt. Wie schon oben ausgeführt worden ist, ist ein Lösen der Verriegelungskupplung
10 während eines Schaltvorganges
vorteilhaft,um während dieses
Schaltvorganges den Drehmomentwandler in den Betriebszustand zurückkehren zu lassen,
er in dem Stöße aufnehmen und absorbieren kann.
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Bei der Erprobung von automatischen Schaltgetrieben, die mit einem
Drehmomentwandler mit der erfindungsgemäßen Verriegelungskupplung ausgerüstet waren,
hat sich herausgestellt, daß der beim Schalten, d.h. beim Wechseln des Übersetzungsverhältnisses
auftretende Drehmomentenimpuls oder ein Umkehr der Drehmomentübertragungsrichtung
beim Schalten zuverlässig zu einem Lösen der Verriegelungskupplung 10 bei derartigen
Betriebsbedingungen führen. Dieses mit der Erfindung erhaltene Merkmal ist von sehr
großer Bedeutung, da der automatische Gangwechsel viel weicher und sanfter erfolgt,
wenn ein hydraulischer Drehmomentwandler in seinem normalen Betriebszustand arbeitet,
d.h. die Verriegelungskupplung gelöst sind. Sind dagegen das Turbinenlaufrad und
das Pumpenlaufrad eines Drehmomentwandlers durch eine Verriegelungskupplung auch
zum Zeitpunkt des Schaltens miteinander verblockt, so erfolgt der Gangwechsel viel
abrupter als gewünscht.
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Figur 10 zeigt Prüfergebnisse bei einem Fahrzeug, dessen Drehmomentwandler
mit einer erfindungsgemäßen Verriegelungskupplung versehen war, bei einem Beschleunigungstest
mit voll geöffneter Drosselklappe. In Figur 10 ist die Drehzahl des Pumpenlaufrades
und die Drehzahl des Turbinenlaufrades aufgezeichnet. Haben das Pumpenlaufrad und
das Turbinenlaufrad dieselbe Drehzahl erreicht, die bei der hier beschriebenen Prüfung
bei etwa 3.350 Umdrehungen
pro Minute lag, so wird die Verriegelungskupplung
10 eingerückt.
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Das Einrücken der Verriegelungskupplung bei diesem Punkt erfolgt,
da bei einem hydraulischen Drehmomentwandler bei normaler Arbeitsweise das Turbinenlaufrad
üblicherweise etwas langsamer umläuft als das Pumpenlaufrad, und zwar um etwa 5
%. In Figur 10 ist ferner der Drehzahlunterschied zwischen der Drehzahl des Pumpenlaufrades
und der Drehzahl des Turbinenlaufrades aufgezeichnet. Dieser Drehzahlunterschied
nimmt vom Zeitpunkt t = 0, zu dem die Drehzahl des Turbinenlaufrades 0 ist, bis
hin zum Zeitpunkt t = 5s hin ab, von dem ab kein Drehzahlunterschied mehr vorliegt.
Dies zeigt, daß nunmehr Pumpenlaufrad und Turbinenlaufrad miteinander verblockt
worden sind. Der im wesentlichen horizontal verlaufende Abschnitt der den Drehzahlunterschied
wiedergebenden Kurve beginnt da, wo auch die Drehzahlkurven für das Pumpenlaufrad
und das Turbinenlaufrad zusammenfallen.
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Die den Drehzahlunterschied wiedergebende Kurve ist stark verrauscht,
was auf die Empfindlichkeit der verwendeten Meßgeräte zurückzuführen ist. Trotzdem
zeigt diese Kurve deutlich die Änderung des Drehzahlunterschiedes. Die den Drehzahlunterschied
wiedergebende Kurve ändert sich abrupt zu dem Zeitpunkt, bei dem vom ersten in den
zweiten Gang geschaltet wird, d.h. bei 5.100 Umdrehungen pro Minute. Diese abrupte
Änderung zeigt, daß die Verriegelungskupplung zu diesem Zeitpunkt gelöst worden
ist, so daß während des Schaltvorganges der Drehmomentwandler mit begrenztem Schlupf
zwischen Pumpenlaufrad und Turbinenlaufrad arbeitet. Daß die Verriegelungskupplung
gelöst hat, zeigt sich auch darin, daß die die Drehzahl des Turbinenlaufrades bzw.
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des Pumpenlaufrades wiedergebenden Kurven während des Schaltvorganges
wieder
voneinander getrennt verlaufen.
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Wie schon ausgeführt worden ist, tragen die Reibschuhe 26 einen Reibbelag
62, dessen Reibmaterial ein Reibmaterial auf Papierbasis sein kann. Bei einer praktischen
Ausführungsform der Erfindung waren die Reibschuhe 26 aus Aluminium gefertigt, während
der Tragring 24 aus Stahlblech hergestellt war. Der Reibungskoeffizient des Reibbelages
ist natürlich von dem derjenigen Reibschuhoberfläche verschieden, mit der der Reibschuh
26 am Tragring 24 anliegt. Man kann somit bei einer erfindungsgemäßen Kupplung das
Einrückverhalten dadurch variieren, daß entweder das Material des Reibbelages oder
das Material des Reibschuhes 26 oder beide Materialien anders gewählt werden. Es
ist insbesondere von großem Vorteil, für den Reibbelag ein Material mit einem höheren
Reibungskoeffizienten zu wählen als dem Reibungskoeffizienten der unteren Oberfläche
der Reibschuhe. Dann ist die zum Bewegen der Reibschuhe bezüglich der Rampen 30
erforderliche Kraft kleiner als die Kraft, die zum Bewegen der Reibschuhe 26 bezüglich
der Reibfläche 22 notwendig ist, wenn zwischen den Reibschuhen 26 und den Rampen
30 einerseits sowie den Reibschuhen 26 und der Reibfläche 22 gleiche Normalkräfte
übertragen werden.
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Wie schon angegeben worden ist, ist der Tragring 24 als einstückiges
ringförmiges Teil aus Blech ausgebildet. Die Rampen 30 des Tragringes lassen sich
durch herkömmliche spanlose Verarbeitung von Blech herstellen. Die Rampen 30 können
auch auf getrennten Blechteilen ausgebildet sein, die jeweils einzeln
durch
Punktschweißen oder auf andere geeignete Weise fest mit dem Turbinenlaufrad 18 verbunden
sind. Stattdessen können die Rampen 30 auch in der äußeren Schale des Turbinenlaufrades
18 ausgebildet werden, bevor die Leitschaufeln für das Strömungsmittel angebracht
werden. Die äußere Schale muß dann solche Abmessungen aufweisen, daß in ihr längs
des Umfanges verteilt die Rampen ausgebildet werden und trotzdem noch genügend Raum
verbleibt, durch den das durch das Turbinenlaufrad strömende Strömungsmittel durchtreten
kann. Es können auch andere Rückt stellfederanordnungen verwendet werden, die die
Reibschuhe 26 auf den Rampen 30 nach unten drücken und von der Reibfläche 22 weghalten.
So kann z.B. eine einzige Wurmfeder die Reibschuhe 26 alle zusammen umgeben und
sie von der Reibfläche 22 festhalten. In diesem Fall erhalten die in dem Reibschuhen
26 vorgesehenen Nuten 64 eine solche Tiefe, daß in ihnen die Wurmfeder unterkommen
kann.
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Aus den obigen Erläuterungen ergibt sich, daß durch die vorliegende
Erfindung eine drehzahlabhängig arbeitende Verriegelungskupplung geschaffen wird,
die bei Verwendung in einem hydrodynamischen Drehmomentwandler all die vorteilhaften
Arbeitsmerkmale aufweist, die von einer derartigen Kupplung verlangt werden,die
jedoch nur sehr wenige Teile aufweist. Die mit der erfindungsgemäßen Verriegelungskupplung
erhaltenen günstigen Betriebseigenschaften sind folgende: Verblocken von Turbinenlaufrad
und Pumpenlaufrad zur richtigen Zeit; Lösen der Verriegelungskupplung beim automatischen
Wechsel des Obersetzungsverhältnisses und damit Nutzbarmachung des natürlichen Stoßabsorptionsvermögens
des
hydraulischen Drehmomentwandlers; kein schnelles Hin- und Herschalten zwischen dem
eingerückten und gelösten Betriebszustand der Verriegelungskupplung; weiches Einrücken
und Ausrücken; Einrücken und Ausrücken der Verriegelungskupplung zum richtigen Zeitpunkt
ohne Verwendung einer komplizierten mechanischen, hydraulischen oder elektronischen
drehzahlabhängig arbeitenden Steuerung.