DE2752357C2 - Hydrodynamischer Drehmomentwandler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Drehmomentwandler gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Ein derartiger Drehmomentwandler ist mit einer Überbrückungskupplung ausgerüstet, die eine direkte Verbindung des Wandlereingangs mit dem Wandleraus- *5 gang für einen Kupplungsbetrieb, d. h., einen Betrieb bei gleichbleibendem Drehmoment gestattet

Überbrückungskupplungen sind in weitern Umfange

in Verbindung mit hydrodynamischen Drehmomentwandlern für den erwähnten Kupplungsbetrieb verwendet worden. Während des Kupplungsbetriebes bewirkt das Leitrad des Drehmomentwandters jedoch, daß der gemeinsamen Drehung des Pumpenrades und des Turbinenrades ein erheblicher Gegendruck des Hydraulikfluids entgegengesetzt wird, so daß erhebliche Leistungsverluste eintreten.

Aus der DE-Patentanmeldung 3 61778 ist eine Drehmomentwandler mit Überbrückungskupplung bekannt, bei dem zur Vermeidung derartiger Verluste der Umlauf des Hydraulikfluids mit Hilfe innerhalb des Wandlertorus verschiebbarer Ringschieber vor und hinter dem Leitrad absperrbar ist In dieser Druckschrift wird auch ein Stand der Technik erwähnt, bei dem das Leitrad durch axiale Verschiebung aus dem Fluidkreislauf herausbewegt werden kann.

Das Merkmal eines in Axialrichtung des Wandlertorus verschiebbaren Leitrades ist für sich auch aus der US-PS 39 75 906 bekannt Die Verschiebung des Leitrades erfolgt hier mit Hilfe eines fluidgesteuerten Betätigungskolbens.

Ferner ist es grundsätzlich aus der DE-PS 8 84 141 sowie aus der DE-Patentanmeldung M 4 177 auch zu anderen Zwecken, beispielsweise zur Erleichterung des Anlaßvorgangs einer den Wandler antreibenden Brennkraftmaschine, bekannt, den Fluidkreislauf in dem Wandler durch Verschieben eines Ringschiebers oder des Leitrades zu unterbrechen.

Bei den herkömmlichen Drehmomentwandlern sind Betätigungsmechanismen zum Betätigen der Ringschieber bzw. zur axialen Verschiebung des Leitrades axial vor oder hinter dem Wandlertorus angeordnet. Vielfach wird darüber hinaus die axiale Verschiebbarkeit des Leitrades nur dadurch ermöglicht, daß die axialen Abmessungen des Torusraumes entsprechend vergrößert werden. Insgesamt weisen die herkömmlichen Drehmomentwandler der genannten Art daher eine erhebliche axiale Länge auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehmomentwandler der gattungsgemäßen Art derart auszubilden, daß seine axiale Länge möglichst klein gehalten werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß ist das Leitrad derart im radial inneren Bereich des Wandlertorus angeordnet, daß es bei seiner axialen Verschiebung innerhalb der Kontur des Wandlertorus bleibt, und der Betätigungsmechanismus für das Leitrad ist radial innerhalb des Wandlertorus angeordnet.

Die axiale Verschiebbarkeit des Leitrades wird auf diese Weise ohne nennenswerte Vergrößerung der axialen Abmessungen des Wandlers erreicht.

Das Leitrad wird normalerweise in einer als Arbeitsposition zu bezeichnenden Endstellung gehalten, in der es den Fluidstrom von dem Turbinenrad zurück zu dem Pumpenrad leitet. Beim Eingreifen der Überbrückungskupplung wird jedoch das Leitrad in die andere Endstellung verschoben, in der es den Einlaß der Fluidbahn in Richtung des Pumpenrades verschließt und Leistungsverluste verringert, die durch das Fluid hervorgerufen werden könnten.

Der Betätigungsmechanismus ist bevorzugt als fluid-gesteuerter ringförmiger Kolben ausgebildet und direkt mit dem Leitrad verbunden. Vorzugsweise ist

auch die Überbrückungskupplung fluid-gesteuert, und die Steuerung beider Einrichtungen erfolgt mit derselben Dnickfluidquelle, so daß das Leitrad unmittelbar bei Eingreifen der Überbrückungskupplung in die Schließstellung verschoben werden kann.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert

Die Zeichnung veranschaulicht in teilweisem Axialschnitt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drehmomentwandlers.

Die Zeichnung zeigt einen hydraulischen Drehmomentwandler 10, der in üblicher Weise aus drei Elementen aufgebaut ist und eine Eingangswelle 12 sowie eine Ausgangswelle 14 aufweist, die in einer Linie ausgerichtet sind und in der Wandlerachse X-X liegen. Der Drehmomentwandler 10 umfaßt ein Pumpenrad 16, das mit der Eingangswelle 12 verbunden ist, ein Turbinenrad 18, das dem Pumpenrad gegenüberliegt und mit der Ausgangswelle 14 verbunden ist, ein Leitrad 20, das radial innerhalb des Pumpen- und Turbinenrades angeordnet und entlang der Wandlerachse zwischen einer in durchgezogenen Linien dargestellten Arbeitsposition und einer strichpunktiert gezeigten zurückgezogenen Position verschiebbar ist. Weiterhin ist eine fluid-betätigte Überbrückungskupplung 22 zur wahlweisen Verbindung des Pumpenrades und des Turbinenrades und damit der Eingangswelle und der Ausgangswelle vorgesehen. Ein fluid-gesteuerter Betätigungsmechanismus 24 dient zum Verschieben des Leitrades aus der Arbeitsposition in die Schließstellung, wenn die Eingangswelle und die Ausgangswelle direkt durch die Überbrückungskupplung verbunden sind.

Das Pumpenrad 16, das Turbinenrad 18, das Leitrad 20, die Überbrückungskupplung 22, der Betätigungsmechanismus 24 sind ringförmig und konzentrisch um die Wandlerachse X-X herum ausgebildet und in einem gemeinsamen, feststehenden Gehäuse 26 untergebracht. Das Pumpenrad 16 umfaßt eine Anzahl von Schaufeln 28, die zwischen einer Schale 30 und einem Kern 32 liegen und den Strom eines Hydraulikfluids, im allgemeinen öl, durch eine Bahn lenken, die zwischen der Schale und dem Kern begrenzt wird. Die Schale 30 des Pumpenrades 16 ist in dem dargestellten Beispiel in einem Stück mit der Eingangswelle 12 ausgebildet und mit dieser über eine relativ dicke Antriebsscheibe 34 und deren Umfangsrand 36 verbunden. Weiterhin ist die Pumpenrad-Schale 30 über ein Kugellager 38 auf einer Hülse 40 abgestützt, die von dem Gehäuse 26 ausgeht. Die Hülse 40 befindet sich an der Ausgangsseite des so Gehäuses rechts in der Zeichnung und erstreckt sich nach innen oder in Richtung der Eingangsseite des Gehäuses.

Das Pumpenrad 16 ist daher mit der Eingangswelle in bezug auf das Gehäuse 26 drehbar.

Gegenüber dem Pumpenrad 16 und auf der Eingangsseite des Gehäuses weist das Turbinenrad 18 in gleicher Weise eine Anzahl von Schaufeln 42 auf, die zwischen einer Schale 44 und einem Kern 46 liegen. Die Schale 44 ist in dem dargestellten Beispie! in einem Stück mit der Ausgangswelle 14 ausgebildet und mit dieser über eine Scheibe 48 verbunden, die neben der Antriebsscheibe 34 liegt. Im Normalfalle oder wenn die Überbrückungskupplung 22 gelöst ist, wird die Drehung des Pumpenrades 16 auf das Turbinenrad 18 über das Hydraulikfluid in bekannter Weise übertragen, so daß sich eine Kraftübertragung zwischen der Eingangswelle 12 und der Ausgangswelle 14 bei einer Vervielfachung des Drehmoments ergibt

Die Kerne 32 und 46 des Pumpenrades 16 und des Turbinenrades 18 weisen nach innen umgebogene Flansche 50 und 52 auf, die gegeneinander gerichtet sind und einen ringförmigen Raum 54 begrenzen. Das Leitrad 20 wird teilweise durch diesen ringförmigen Raum 54 aufgenommen wenn es in die Schließstellung geschoben wird, wie später genauer erläutert werden solL

Das Leitrad 20 umfaßt weiterhin eine Anzahl von Schaufeln 56, die zwischen einer Schale 58 und einem Kern 60 angeordnet sind. Das Leitrad 20, das normalerweise in der Arbeitsposition verbleibt, dient dazu, den Fluidstrom von dem Turbinenrad 18 zurück zu dem Pumpenrad 16 umzuleiten und damit die Wirkung des Pumpenrades zu verstärken. Der Kern 60 weist einen verstärkten Abschnitt 62 auf, der dazu vorgesehen ist, den Einlaß 64 der Strömungsbahn in dem Pumpenrad 16 zu verschließen, wenn das Leitrad 20 in die Schließstellung verschoben ist Die mit 65 bezeichneten Pfeile geben die Strömungsrichtung in dem Hydraulikkreislauf wieder.

Mit 66 und 68 sind Bohrungen bezeichnet, die in der Schale 30 des Pumpenrades und der Schale 58 des Leitrades vorgesehen sind und den Durchgang des Hydraulikfluids gestatten, das in den Drehmomentwandler 10 durch einen Kanal 70 in dem Gehäuse 26 eingeleitet wird, wie durch die Pfeile 72 angedeutet ist. Bei der anschließenden Beschreibung der Arbeitsweise des Drehmomentwandlers soll auf diese Bohrungen 66 und 68 Bezug genommen werden.

Die fluid-betätigte Überbrückungskupplung 22 umfaßt eine ringförmige Reibungsplatte 74, die mit der Scheibe 48 des Turbinenrades verbunden ist oder in Zwangseingriff steht, und eine ringförmige Druckplatte 76, die in einem ringförmigen Zwischenraum innerhalb der Antriebsscheibe 34 liegt und in Axialrichtung in Eingriff und außer Eingriff mit der Reibungsplatte verschiebbar ist. Der Abschnitt des ringförmigen Zwischenraumes auf der Eingangsseite der Druckplatte 76 ist als Fluidkammer 78 ausgebildet, die in Verbindung mit einer geeigneten, nicht gezeigten Druckfluidquelle über Kanäle 80, 82 und 84 gesetzt werden kann, die in der Antriebsscheibe 34, der Ausgangswelle 14 und dem Gehäuse 26 vorgesehen sind.

Bei Einleitung von Fluiddruck in die Fluidkammer 78 der Überbrückungskupplung 22 gemäß den Pfeilen 86 wird daher die Druckplatte 76 in Eingriff mit der Reibungsplatte 74 gebracht, so daß das Pumpenrad 16 starr mit dem Turbinenrad 18 gekuppelt wird. Die Eingangswelle 12 und die Ausgangswelle 14 sind sodann mechanisch verbunden, so daß der Drehmomentwandler 10 im engeren Sinne des Wortes umgangen wird.

Der fluid-gesteuerte Betätigungsmechanismus 24 zum Verschieben des Leitrades 20 zwischen der Arbeitsposition und der Schließstellung umfaßt einen ringförmigen Betätigungskolben 88, der innerhalb eines ringförmigen Kolbengehäuses 90 gleitet, das starr mit dem Ende der Hülse 40 an dem Gehäuse 26 verbunden ist und damit die Ausgangswelle 14 umgibt. Der Betätigungskolben 88 weist eine äußere Verlängerung 92 auf, die in der dargestellten Ausführungsform mit der Schale 58 des Leitrades verbunden ist und auf der Innenseite gerade Keilnuten 94 aufweist, die zum Eingreifen in entsprechende äußere Keilnuten 96 auf der Hülse 40 dienen. Das gesamte Leitrad 20 und der Betätigungskolben 88 sind daher in bezug auf das Gehäuse 26 des Drehmomentwandlers nicht drehbar und nur in

begrenztem Maße axial in bezug auf das Gehäuse verschiebbar. Das Kolbengehäuse 90 begrenzt eine Fluidkammer 98, die in ständiger Verbindung mit dem erwähnten Kanal 84 in dem Gehäuse 26 über Kanäle 100 und 102 in dem Kolbengehäuse 90 und der Hülse 40 steht Eine Rückholfeder in der Form einer Schraubendruckfeder 104 dient zum Vorspannen des Betätigungskoibens 88 in Richtung der Eingangsseite des Drehmomentwandlers. Beim Einleiten von Druckfluid in die Fluidkammer 98 entsprechend den Pfeilen 106 wird der Betätigungskolben entgegen der Federwirkung der Schraubendruckfeder 104 verschoben, so daß das Leitrad 20 aus der Arbeitsposition in die Schließstellung gelangt

Arbeitsweise

Beim Betrieb im Bereich der Drehmomentwandlung, in dem der Drehmomentwandler 10 eine Vervielfachung eines Drehmoments herbeiführt, ist die Überbrückungskupplung 22 gelöst, und der Betätigungskolben 88 des Betätigungsmechanismus 24 befindet sich in der dargestellten zurückgezogenen Position, so daß sich das Leitrad 20 in der Arbeitsposition befindet Der Drehmomentwandler 10 arbeitet in bekannter Weise zur Umwandlung eines niedrigen Drehmoments der Eingangswelle 12 in ein hohes Drehmoment bei niedriger Drehzahl der Ausgangswelle 14. Das Drehmomentverhältnis nimmt nach und nach ab mit der Zunahme der Ausgangsdrehzahl.

Bei einem bestimmten Drehzahlverhältnis greift daher die Überbrückungskupplung 22 ein, so daß eine starre mechanische Verbindung zwischen der Eingangswelle 12 und der Ausgangswelle 14 hergestellt wird und damit die Leistungsverluste verringert werden. Wie bereits erwähnt wurde, erfolgt der Eingriff der Überbrückungskupplung 22 beispielsweise dadurch, daß ein Druckfluid in die Fluidkammer 78 über die Kanäle 80, 82 und 84 eingeleitet wird. Da der Kanal 84 in dem Gehäuse 26 ständig mit der Fluidkammer des Betätigungsmechanismus 24 über die Kanäle 100 und 102 in Verbindung steht, gelangt ein Teil des Druckfluids, das in die Leitung 84 eingespeist wird, in diese Fluidkammer 84, so daß der Betätigungskolben 88 entgegen der Federwirkung der Schraubendruckfeder 104 ausgefahren wird.

Es ist daher erkennbar, daß das Leitrad 20 dieses Drehmomentwandler 10 automatisch aus der Arbeitsposition in die Schließstellung entlang der Wandlerachse X-X verschoben wird, sobald eine starre mechanische Verbindung zwischen der Eingangswelle 12 und der Ausgangswelle 14 hergestellt wird, in dieser Schließstellung liegt das Leitrad 20 mit seinem verstärkten Abschnitt 62 des Kerns 60 gegen die innere Oberfläche der Schale 30 an, so daß im wesentlichen der Einlaß 64 der Strömungsbahn in dem Pumpenrad 16 verschlossen wird. Folglich strömt das Fluid, das in das Wandler-Gehäuse 26 durch den Kanal 70 eintritt, durch die Bohrungen 66 und 68 in der Schale 30 und der Schale 58 entsprechend den strichpunktierten Pfeilen 72 hindurch. Während das Leitrad 20 bei Kupplungsbetrieb auf diese Weise in der Schließstellung gehalten wird, erfahren das Pumpenrad 16 und das Turbinenrad 18, die sich gemeinsam drehen, erheblich geringere entgegengesetzte Kräfte von dem Hydraulikfluid als in dem Falle, daß das Leitrad in der Arbeitsposition steht. Es ist daher möglich, bei Kupplungsbetrieb eine wirksame Kraft-Übertragung durch den Drehmomentwandler 10 hindurch zu erreichen.

Der Drehmomentwandler 10 kann wieder auf Wandlerbetrieb umgeschaltet werden, wenn die Fluidkammern 78 und 98 der Überbrückungskupplung 22 und des Betätigungsmechanismus 24 von der nicht gezeigten Druckfluidquelle abgeschaltet und mit einem Fluidauslaß in Verbindung gesetzt werden. Die Überbrückungskupplung 22 wird sodann gelöst und der Betätigungskolben 88 wird unter der Wirkung der Schraubendruckfeder 104 zurückgeführt, so daß das Leitrad 20 wieder in die Arbeitsposition gelangt. Selbst ohne Verwendung der Rückholfeder oder Schraubendruckfeder 104 würde das Leitrad 20 in die Arbeitsposition unter dem Druck des Hydraulikfluids zurückkehren. Die Rückholfeder isi jedoch für einen zwangsläufigen und zuverlässiger Betrieb vorzuziehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Hydrodynamischer Drehmomentwandler mit einem mit einer Eingangswelle verbundenen Pumpenrad, einem mit einer Ausgangswelle verbünde- nen, dem Pumpenrad in Strömungsnchbing anschließenden Turbinenrad, einer mechanischen Überbrückungskupplung zur Verbindung von Pumpenrad und Turbinenrad und einem zwischen Pumpen- und Turbinenrad liegenden, zwischen zwei Endstellungen axial verschiebbaren Leitrad mit einem Betätigungsmechanismus zur Bewirkung der Axialverschiebung, dadurch gekennzeichnet,daß

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a) das Leitrad (20) bezogen auf die Wandlerdrehachse im radial inneren Bereich des Wandlertorus angeordnet ist,

b) der Betätigungsmechanis.nus (24) des Leitrades (20) im vom Wandlertorus und der Antriebswel-Je gebildeten ringförmigen Zwischenraum liegt und

c) das Leitrad und Pumpenrad so ausgebildet sind, daß das Leitrad beim Verschieben in die eine Endstellung überdeckend die Torusschalen des Pumpenrades übergreifen kann, so daß in beiden Endstellungen die Anordnung aus Leitrad und Betätigungsmechanismus axial innerhalb der Kontur des Wandlertorus bleibt

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2. Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (60,62) des Leitrades (20) in der die Torusschalen des Pumpenrades übergreifenden Stellung den Einlaß (64) des Pumpenrades (16) verschließt.

3. Drehmomentwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsmechanismus (24) einen fluid-gesteuerten Betätigungskolben (88) umfaßt, der mit dem Leitrad (20) verbunden ist.

4. Drehmomentwandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungskolben (88) ringförmig ausgebildet ist und daß das Leitrad (20) eine Schale (58) aufweist, die einstückig mit dem Betätigungskolben (88) verbunden ist.

5. Drehmomentwandler nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch eine Rückholfeder (104), die den Betätigungskolben in die Arbeitsposition des Leitrades vorspannt.

6. Drehmomentwandler nach einem der Ansprüehe 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsmechanismus (24) des Leitrades (20) und ein Betätigungsmechanismus (76, 78) für die Überbrückungskupplung (22) durch denselben Druckfluidstrom steuerbar sind.