DE3150785A1

DE3150785A1 - Hydrodynamischer drehmomentwandler mit einer ueberbrueckungskupplung

Info

Publication number: DE3150785A1
Application number: DE19813150785
Authority: DE
Inventors: Hermann 7000 Stuttgart Gaus; Karl-F. Dr. 7300 Esslingen Kraft; Hans 7000 Stuttgart Merkle
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1981-12-22
Filing date: 1981-12-22
Publication date: 1983-07-14
Also published as: DE3150785C2; GB2112117A; FR2518687A1

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 13 626/4

Stuttgart EPT krt-pfa

i8.12.1981

Hydrodynamischer Drehmomentwandler mit einer überbrückungskupplung
10

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehmomentwandler nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Die Überbrückungskupplung eines solchen Drehmomentwandlers zeichnet sich aufgrund ihrer großen radialen Abmessungen durch eine hohe Leistungsubertragungsfähigkeit aus.

Bei einem bekannten gattungsgemäßen Drehmomentwandler (US-PS 4 24O 532) ist als Überbrückungskupplung eine mechanische Reibkupplung verwendet, deren eine Kupplungshälfte mit dem Betätigungskolben einteilig ausgebildet und mit dem Wandlerturbinenrad durch einen Drehschwingungsdämpfer drehelastisch verbunden ist. Es hat sich gezeigt, daß eine derartige mechanische Überbrückung in denjenigen Fällen, in denen starke - insbesondere hochfrequente - Schwingungen entweder vom Motor oder vom Abtrieb aus in den Drehmomentübertragungsstrang eingeleitet werden, oftmals unbrauchbar ist. Dies rührt insbesondere daher, daß ein mit mechanischen Federn arbeitender Drehschwingungsdämpfer nur in einem eng begrenzten Drehzahlbereich eine genügende Dämpfung liefert.

Aus der OE-PS 26 95 73 ist eine hydrodynamische Doppelkupplung bekannt, die aus einer Einzelkupplung mit großem Außen-

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torus und einer Einzelkupplung mit kleinem Außentorus besteht „ Bei dieser Doppelkupplung sind sowohl die beiden Pumpenräder als auch die beiden Turbinenräder starr miteinander verbundene Wenigstens eines dieser insgesamt alle gleichen Außendurchmesser aufweisenden Schaufelräder hat sogenannte unterschiedliche, von den Schaufein. eingeschlossene Sehaufelzellen» Mit dieser Kupplungsausgestaltung soll eine konstante Übertragungsfähigkeit bei sich änderndem Schlupf erreicht werden=

Aus der DE-OS 26 lA 4:82 ist ein hydrodynamischer Drehmomentwandler bekannt, bei dem im schaufellosen Kernraum des Innentorus eine hydrodynamische Kupplung angeordnet ist_o Das eine Kupplungsschaufelrad ist mit dem Itfandlerleitrad fest verbunden, während das andere Kupplungsschaufelrad mit einem der.beiden anderen Wandlerschaufelräder fest verbunden ist„ Mit dieser Wandler-Kupplungs-Anordnung soll eine hohe Anfahrwandlung bei gutem Wirkungsgrad im Kupplüngsbereich erreicht werden»

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht im wesentlichen darin, bei einem Drehmomentwandler nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 eine gute Schwingungsdämpfung über dem gesamten Drehzahlbereich zu erreichen und die durch Schlupf bedingten Leistungsverluste im Kupplungsbereich gering zu halten»

Die erläuterte Aufgabe ist gemäß der Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst»

Bei dem Drehmomentwandler nach der Erfindung werden hochfrequente Schwingungen durch die Verwendung einer hydrodynamischen Kupplung nicht weitergeleitet, deren Lei-

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stungsübertragungsfähigkeit infolge ihrer großen radialen Abmessungen nur wenig geringer als diejenige der mechanischen Überbrückungskupplung ist.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen des Drehmomentwandler nach der Erfindung zum Gegenstand.

Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen in Verbindung mit der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung anhand eines die Wandlerdrehachse enthaltenden axialen Halbschnittes dargestellten Ausführungsbeispieles.

Ein hydrodynamischer Drehmomentwandler 26 besteht in der üblichen Weise aus einem Wandlerturbinenrad 6, einem Wandlerpumpenrad 8 und einem Wandlerleitrad 10. Das Wandlerleitrad 10 ist in bekannter Weise über eine Freilaufkupplung Il,l4c in dem zunDrehsinn des Wandlerpumpenrades 8 entgegengesetzten Drehsinn an einer feststehenden Statorwelle 13 undrehbar festlegbar. Die Außenschale k3 des Wandlerpumpenrades 8 ist mit einer das Wandlerturbinenrad 6 übergreifenden Gehäuseschale 3 drehfest verbunden. Die Gehäuseschale 3 weist eine mit Befestigungsanschlüssen kk versehene vordere Stirnwand k5 auf, die zur Belassung eines inneren ringförmigen Kupplungsraumes 28 mit axialem Abstand zum Wandlerturbinenrad 6 angeordnet ist. über ihre Befestigungsanschlüsse kk kann die Gehäuseschale 3 mit dem Schwungrad einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine drehfest verbunden werden. Innerhalb des Kupplungsraumes 28 sind die beiden Kupplungsschaufelräder 1 und 5 einer hydrodynamischen Überbrückungskupplung 27 angeordnet, deren Außendurchmesser 29 etwa gleich dem Außendurchmesser

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30 des Wandlerturbinenrades 6 ist= Während die Außenschalen 46 und 47 durch eine Schweißverbindung 48 fest miteinander verbunden sind, ist das andere Kupplungsschaufelrad 1 durch eine Trennkupplung 3I ^mit ^^er Gehäuseschale 3 kuppelbar» Zu diesem Zxveck ist folgende in bezug auf die Wandlerdrehachse 49-49 konzentrische Anordnung, beginnend radial außen, getroffen:

Der Kupplungsraum 28 mit der Überbrückungskupplung 27 - ein Gleitlager 32 mit Lagerhülsen 24 und 25 - ein an der Innenseite der Stirnwand 45 feststehend ausgebildeter Arbeitszylinder 33 ^mife einem Betätigungskolben 21, ein vom Betätigungskolben 21 einrückbares Lamellenpaket l8,19,22 und eine das Lamellenpaket axial abstützende Widerlagerplatte 17 - und eine mit der Stirnwand 45 der Gehäuseschale 3 fest verbundene Kupplungsnabe 20»

Die Außenschale 37 des Kupplungsschaufelrades 1 ist sowohl einteilig mit einer Außenlamelle l8 des Lamellenpaketes 18,19,22 ausgebildet als auch durch eine Nietverbindung 50 mit der radial äußeren Lagerhülse 25 drehfest verbunden» Die radial innere Lagerhülse 24 ist mit der Stirnwand 45 fest verbunden und weist eine innere Zylinderfläche 51 für den Arbeitszylinder 33 auf. Die Kupplungsnabe 20 ist mit einem an der Innenseite der Stirnwand anliegenden Ansatz 34 versehen, der ebenfalls eine Zylinderfläche 35 für den Arbeitszylinder 33 aufweist« über korrespondierende Keilverzahnungen 52 und 53 sind sowohl zwei Innenlamellen 19 des Lamellenpaketes als auch die Widerlagerplatte 17 drehfest und axial verschiebbar an der

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Kupplungsnabe 20 angeordnet. In der vom Betätigungskdlben 21 wegweisenden Axialrichtung ist die Widerlagerplatte 17 durch einen Sicherungsring l6 an der Kupplungsnabe 20 festgelegt. Widerlagerplatte 17 und Sicherungsring l6 befinden sich an dem zur Stirnwand ^5 entgegengesetzten Ende 36 der Kupplungsnabe 20. Die Lagerhülse 25 ist mit Axialnuten 5^ versehen, in denen eine zwischen den Innenlamellen 19 angeordnete Außenlamelle 22 drehfest und axialverschiebbar gehaltert ist.

Die Kupplungsnabe 20 ist mit einer zentrischen Ausnehmung

38 sowie mit einem Druckkanal 39 versehen. Der Druckkanal

39 verbindet die Ausnehmung 38 mit der Druckkammer 40 des Arbeitszylinders 33· Iⁿ der Ausnehmung 38 ist weiterhin das Ende ^l einer Welle 12 bei 55 druckfest, jedoch drehbar gelagert. Die Welle 12 weist einen Druckkanal 15 auf, der in offener Verbindung mit der Ausnehmung 38 steht. Über korrespondierende Keilverzahnungen 56 ist die Welle 12 mit der Nabe 57 des Wandlerturbinenrades drehfest verbunden.

Der Betätigungskolben 21 ist. mit einer Führungsbohrung k2 versehen, in die ein an der Stirnwand ^5 festgelegter Führungsbolzen 23 relativ verschiebbar eingreift, um den Betätigungskolben 21 in den Drehrichtungen gegenüber der Gehäuseschale festzulegen.

Im Wandlungsbereich - d.h. im Anfahrzustand des Kraftfahrzeuges - fließt die Leistung über die Gehäuseschale 3 zum Wandlerpumpenrad 8. Dort wird die mechanische Energie des Antriebsmotores mit Hilfe der Pumpenschaufel 9 in hydraulische Energie umgewandelt. Die in Bewegung versetzte Ar-

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beitsf lüssigkeit, im allgemeinen Öl, fließt in das Wandlerturbinenrad 6= Dort wird wieder mit Hilfe der Turbinenschaufeln 7 die hydraulische Energie in mechanische Energie zurückverwandelt„ Das hierbei feststehende Wandlerleitrad 10 sorgt dafür, daß bei der Energieumwandlung eine Drehmomentwandlung entsteht» Die Drehmomentwandlung wird bei großem Drehzahlverhältnis zu eins, wenn sich das Wandlerleitrad 10 von der Statorwelle 13 löst und im Drehsinn des Wandlerpumpenrades 8 rotiert« Das Wandlerturbinenrad 7 überträgt seine Leistung auf die Welle 12, die die Eingangswelle für das nachfolgende Getriebe ist_o Der Wandlerschlupf, d-oh. die Drehzahldifferenz zwischen Wandler pumpenrad 8 und Wandlerturbinenrad 6, ist eine Funktion der Übertragungsfähigkeit des Wandlers und durch die gewünschten Anfahrdaten auch in anderen Betriebspunkten weitgehend festgelegt= Zur Vergrößerung der Übertragungsfähigkeit und damit zur Verkleinerung des Schlupfes wird bei Fahrzuständen, bei denen es die Fahrleistung zuläßt, zu dem Drehmomentvirandler, bestehend aus den Rädern 6,8 und 10, die hydrodynamische Überbrückungskupplung 27 mit großer Übertragungsfähigkeit und parallelem Leistungsfluß zugeschaltet, so daß sich die gesamte übertragene Energie aus der Energie des Drehmomentwandlers und der Energie der hydrodynamischen Kupplung zusammensetzt» Zur Erzielung einer großen Übertragungsfähigkeit im Zugbetrieb und einer kleinen Baugröße für die hydrodynamische Kupplung sind das als Pumpe arbeitende Kupplungsschaufelrad 1 und das als Turbine arbeitende Kupplungsschaufelrad 5 jeweils mit extrem angestellten und geformten Schaufeln 2 und k versehen» Zum Einschalten der hydrodynamischen Überbrückungskupplung 27 wird Öldruck in die Druckkammer 40 des Arbeitszylinders 33 gegeben. Das Drucköl fließt über den Druckkanal 15 der

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Welle 12 und über die Kupplungsnabe 20 (Ausnehmung 3& und Druckkanal 39) in die Druckkammer ^iO, so daß der Betätigungskolben 21 die Trennkupplung 3I einrückt. Die dadurch entstehende Strömung in dem als Pumpe arbeitenden Kupplungsjschauf elrad 1 treibt das als Turbine arbeitende Kupplungsschaufelrad 5, das mit dem Wandlerturbinenrad 6 verbunden ist, an. Die Leistungen von Wandlerturbinenrad und Kupplungsschaufelrad 5 addieren sich und fließen gemeinsam zur Welle 12.

Durch die Erfindung werden, was vor allem bei Nutzfahrzeugen ausschlaggebend sein kann, die vom Motor ausgehenden Schwingungsanregungen weitgehend getilgt. Getriebe mit demerfindungsgemäßen Drehmomentwandler sind deshalb vorrangig für Fahrzeuge geeignet, bei denen der geringe Mehrverbrauch gegenüber starrem Durchtrieb in Kauf genommen werden kann, und bei denen auf Fahrkomfort besonderen Wert gelegt wird (PKW und Busse), wobei der durch den Wandler entstehende Mehrverbrauch sogar wieder ausgeglichen oder verringert werden kann, weil der Motor wegen der hydraulischen Kupplung auch bei sehr niedrigen Drehzahlen betrieben werden kann. Dies gilt insbesondere auch für Motore, deren Erregerfrequenzen im Arbeitsbereich durch andere Maßnahmen nicht zu beseitigen sind und deshalb Geräusche und Schaden im Triebstrang zur Folge haben«

Claims

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Patentansprüche

( Ι« ,^Hydrodynamischer Drehmomentwandler mit einem innerhalb einer mit einem Wandlerpumpenrad drehfest verbundenen und von einer Antriebsmaschine antreibbaren Gehäuseschale angeordneten Wandlerturbinenrad, das mit der Gehäuseschale durch eine Überbrückungskupplung verbindbar ist, deren Kupplungshälften in einem innerhalb der Gehäuseschale neben dem Wandlerturbinenrad liegenden ringförmigen Kupplungsräum angeordnet sind und einen Außendurchmesser etwa gleich dem Außendurchmesser des Wandlerturbinenrades aufweisen, und mit einem konzentrisch zum Kupplungsraum in der Gehäuseschale angeordneten ringförmigen Betätigungskolben, der im Ein- und Ausrücksinn mit der Überbrückungskupplung zusammenarbeitet,
dadurch g ek e η η ζ e i c h η e t , daß für die Kupplungshälften jeweils ein Kupplungsschaufelrad (1 bzw» 5) einer hydrodynamischen Kupplung verwendet und die Gehäuseschale (3) durch eine Trennkupplung (3I) mit ihrem Kupplungsschaufelrad (l) verbunden ist und der Betätigungskolben (21) auf die Trennkupplung (31) arbeitet,

2ο Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseschale (3) mit der einen und ihr Kupplungsschaufelrad (l) mit der anderen von zwei korrespondieren- den Lagerhülsen (2^,25) eines Gleitlagers (32) verbunden sind.

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3- Drehmomentwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlager (32) konzentrisch zwischen Kupplungsraum (28) und Betätigungskolben (21) angeordnet ist.

4. Drehmomentwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3i dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseschale (3) mit einer konzentrisch innerhalb des Betätigungskolbens (21) liegenden Kupplungsnabe (20). für die Trennkupplung (31) versehen ist.

5· Drehmomentwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die radial innere Lagerhülse (2k) sowohl mit der Gehäuseschale (3) verbunden ist als auch zusammen mit der Kupplungsnabe (20) jeweils ein Teil des ArbeitsZylinders (33) für den Betätigungskolben (21) bildet.

6. Drehmomentwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5; dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsnabe (20) sowohl einen der Gehäuseschale (3) benachbarten Ansatz (3^) mit einer Zylinderfläche (3'5) für den Betätigungskolben (21) als auch an ihrem zur Gehäuseschale (3) entgegengesetzten Ende (36) eine ringförmige Widerlagerplatte (17) für ein Lamellenpaket (18,19,22) der Trennkupplung (31) aufweist.

7· Drehmomentwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der mit dem Kupplungsschaufelrad (l) verbundenen Lagerhülse (25) wenigstens eine Außenlamelle (22) des Lamellenpaketes (l8,19,22) drehfest gehaltert ist.

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8 ο Drehmomentwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 7₅ dadurch gekennzeichnet, daß eine Außenlamelle (l8) des Lamellenpaketes (l8,19,22) mit der Außenschale (37) des Kupplungsschaufelrades (1) einteilig ausgebildet ist,

9» Drehmomentwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsnabe (20) sowohl eine zentrische Ausnehmung (38) als auch einen Druckkanal (39) aufweist, der die Ausnehmung (38) mit der Druckkammer (.kO) des Arbeitszylinders (33) verbindet«

ΙΟ» Drehmomentwandler nach einem der Ansprüche 1 bis dadurch gekennzeich net, daß in die Ausnehmung (38) das Ende {kl) einer gegenüber der Kupplungsnabe (20) druckfest abgedichteten Welle (12) hineinragt, die einen mit der Ausnehmung (38) verbundenen Druckkanal (15) aufweist,

11» Drehmomentwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseschale (3) wenigstens einen in den Arbeitszylinder (33) hineinragenden Führungsbolzen (23) aufweist, der in eine korrespondierende Führungsbohrung (k2) des Betatigungskolbens (21) eingreift.

12. Drehmomentwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (12) mit dem Wandlerturbinenrad (6) verbunden ist.