DE3150785C2

DE3150785C2 - Hydrodynamischer Drehmomentwandler mit einer Überbrückungskupplung

Info

Publication number: DE3150785C2
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: 1983-11-03
Also published as: DE3150785A1; GB2112117A; FR2518687A1

Description

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

Die Überbrückungskupplung eines solchen Drehmomentwandlers zeichnet sich aufgrund ihrer großen radialen Abmessunger! durch eine hohe Leistungsübertragungsfähigkeit aus.

Bei einem bekannten gattungsgemäßen Drehmomentwandler (US-PS 42 40 532) wird als Überbrükkungskupplung 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.

Bei gattungsfremden hydrodynamischen Kraftübertragungen für Schienenfahrzeuge (DE-PS 6 73 831) ist es bekannt, einen hydrodynamischen Drehmomentwandler und eine hydrodynamische Kupplung — die in voneinander getrennten Gehäuseschalen aufgenommen sind — ausschließlich wechselweise in die Kraftübertragung einzuschalten. Dadurch soll in jedem Betriebsfalle zwischen der treibenden und der getriebenen Welle das elastische hydraulische Übertragungselement liegen, wodurch die von der Fahrbahn herrührenden Stöße und alle für die Antriebsmaschine unerwünschten Beanspruchungen der getriebenen Welle von der Antriebsmaschine elastisch ferngehalten werden sollen. Eine erste ^usführungsform dieser bekannten Kraftübertragung arbeitet mit einer mit der treibenden Welle drehfest verbundenen Kupplungsgehäuseschale, die den Außentorus des Pumpenrades begrenzt, die Pumpenradschaufeln halten und an ihrem das Turbinenrad übergreifenden Gehäuseende zwei synchron ein- und ausrückbare Reibscheibenkupplungen aufnimmt, von denen die eine mit dem Turbinenrad verbunden und somit als Überbrückung der hydrodynamischen Kupplung verwendet wird, während die andere mit dem Pumpenrad des Drehmomeniwandlers verbunden ist.

Eine ebenfalls synchron — jedoch gegensinnig zu den beiden Reibscheibenkupplungen betätigbare Lamellenkupplung verbindet eine vom Turbinenrad der hydrodynamischen Kupplung abgehende Zwischenwelle mit der getriebenen Welle, die ihreiseits noch durch eine

Freilaufkupplung mit dem Turbinenrad des Drehmomentwandlers verbunden ist. Im Wandlerbetrieb sind die Reibscheibenkupplungen ein- und die Lamellenkupplung ausgerückt, so daß die Kupplungsgehäuseschale mit dem Pumpenrad des Drehmomentwaiidlers und das Turbinenrad des letzteren über die Freilaufkupplung mit der getriebenen Welle verbunden sind. Im Kupplungsbetrieb sind die beiden Reibscheibenkupplungen aus- und die Lamellenkupplung eingerückt, wodurch das Turbinenrad der hydrodynamischen Kupplung von der Kupplungsgehäuseschale gelöst und durch die Lamellenkupplung mit der getriebenen Welle verbunden ist. Bei einer zweiten Ausführungsform dieser bekannten Kraftübertragung ist die Zwischenwelle unter Weglassung der "Lamellenkupplung drehfest mit der getriebenen Welle verbunden und eine die hydrodynamische Kupplung aufnehmende Antriebsschale verwendet, die auf ihrer einen Stirnseite mit der treibenden Welle drehfest verbunden ist und auf ihrer anderen Stirnseite mit zwei wechselweise einrückbaren Reibscheibenkupplungen verbunden ist. von denen die der hydrodynamischen Kupplung Zügehörige Reib scheibenkupplung im Gegensatz zur ersten /aisführungsform mit dem Pumpenrad verbunden ist und «omit nicht als Überbrückung verwendet wird. Bei einer dritten Ausführungsform dieser bekannten Kraftübertragung arbeitet die treibende Welle unmittelbar auf zwei wechselweise einrückbare Reibscheibenkupplungen, die jeweils mit einem der beiden Pumpenräder verbunden sind. jo

Während das Turbinenrad des Drehmomentwandlers wie bei den beiden anderen Ausführungsformen über die Freilaufkupplung auf die getriebene Welle arbeitet, ist letztere mit dem Turbinenrad der hydrodynamischen Kupplung drehfest verbunden.

Bei allen drei Ausführungsformen soll durch die Verwendung der ein- und ausrückbaren mechanischen Kupplungen erreicht werden, daß fast augenblicklich der Momentwandler gegen die hydraulische Kupplung oder umgekehrt gegeneinander als hydraulische Übertragungselemen.e ausgetauscht und jeweils mit konstanter hydraulischer Füllung betrieben werden können.

Im Gegensatz zur vorgenannten Wirkungsweise wird bei einem anderen gattungsfremden bekannten hydrodynamischen Drehmomentwandler (US-PS 26 87 195). der zusammen mit einer hydrodynamischen Kupplung in einer gemeinsamen mit der treibende.! Welle drehfest verbundenen Gehäuseschale aufgenommen ist, durch wechselweises Füllen und Ent'eeren der beiden inneren hydrodynamischen Arbeitskreisläufe von Wandler- auf >n Kupplungsbetrieb oder umgekehrt übergegangen. Die beiden Turbinenräder von Wandler und Kupplung sind miteinander orehfest verbunden, während die Pumpenräder jeweils drehfest zur Gehäuseschale angeordnet sind.

Durch die Erfindung werden, was vor allem bei Nutzfahrzeugen ausschlaggebend sein kann, die vom Motor ausgehenden Schwingungsanregutigen weitgehend getilgt. Getriebe mit dem erfindungsgemäßen 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 bein ;bcn werden kann. Dies gut insbesondere auch für Motore. deren Erregerirequenzen im Arbeitsbereich durch andere Maßnahmen nicht zu beseitigen sind und deshalb Geräusche und Schaden im Triebstrang zur Folge haben.

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 Leistungsübertngungsfähigkeit infolge ihrer großen radialen Abmessungen nur wenig geringer als diejenige der mechanischen Überbrükkungskupplung ist

Die Unteransprüche haben vorteilharte Ausgestaltungen des Drehmomentwandlers nach der Emndung zum Gegenstand.

Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sldi 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 11, 14 in dem zum Drehsinn des Wandlerpumpenrades 8 entgegengesetzten Drehsinn an einer feststehenden Statorwelle 13 undrehbar festlegbar. Die Außenschale 43 des Wandlerpumpenrades 8 ist mit einer das Wandlerturbinenrad 6 übergreifenden Gehäuseschale 3 drehfest verbunden. Die Gehäuseschale 3 weist eine mit Befesrgungsanschlüssen 44 versehene vordere Stirnwand 45 auf. die zur Belassung eines inneren ringförmigen Kupplungsraumes 28 mit axialem Abstand zum Wandlerturbinenrad 6 angeordnet ist. Üb:r ihre Befestigungsanschlüsse 44 kann die GehSusesch;-.Ie 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 gleici; dem Außendurchmesser 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 31 mit dsr Gehäuseschale 3 kuppelbar. Zu diesem Zweck 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 mit einem Betätigung kolben 21. ein vom Bctätigungskolben 21 cinrückbarcs Lamellenpaket 18, 19, 22 und eine das Lamellenpakct axial abstützende

Widerlagerplaue 17 — und cine mit der Stirnwand 45 der Gehäusesehale 3 fesi verbundene Kupplungsnabe 20.

Die Außenschale 37 des Kupplungsschaiifelrades 1 ist sowohl einteilig mit einer Außenlamcllc 18 des Lamcllenpaketes 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 45 anliegenden Ansatz 34 versehen, der ebenfalls eine Zylinderfläche 35 für den Arbeitszylinder 33 aufweist. Über korrespondie- ι rende Keilverzahnungen 52 und 53 sind sowohl zwei Innenlamellen 19 des Lamellenpaketes als auch die Widerlagerplatte 17 drehfest und axial verschiebbar an der Kupplungsnabe 20 angeordnet. In der vom Betätigungskolben 21 wegweisenden Axialrichtung ist _> die Widerlagerplatte 17 durch einen Sicherungsring 16 an der Kupplungsnabe 20 festgelegt. Widerlagerplatte 17 und Sicherungsring 16 befinden sich an dem zur Stirnwand 45 entgegengesetzten Ende 36 der Kupplungsnabe 20. Die Lagerhülse 25 ist mit Axialnuten 54 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 w versehen. Der Druckkanal 39 verbindet die Ausnehmung 38 mit der Druckkammer 40 des Arbeitszylinders 33. In der Ausnehmung 38 ist weiterhin das Ende 41 einer Welle 12 bei 55 druckfest, jedoch drehbar gelagert. Die Welle 12 weist einen Druckkanal 15 auf, der in r, offener Verbindung mit der Ausnehmung 38 steht. Über korrespondierende Keilverzahnungen 56 ist die Welle i2 tiiii uct' Nabe 57 des Wandlcriurbifienradcs drehfesi verbunden.

Der Betätigungskolben 21 ist mit einer Führungsbohrung 42 versehen, in die ein an der Stirnwand 45 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 Antriebsmotor mit Hilfe der l'umpenschaiifel 9 in hydraulische Energie umgewandelt. Die in Bewegung versetzte Arbcitsflüssigkeit, im allgemeinen Öl. fließt in das Wandletuirbinenrnd 6. Dort wird wieder mit Hilfe der Turbinenschaufel 7 die hydraulische Energie in mechanische Energie /urückverwnudelt. Das hierbei feststehende Wandlerleitrad IO sorgt dafür, daß bei der Energieumwandlung eine Drehmomeniwandlung entsteht. Die Drehmomcntwandlung 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 seile Leistung auf die Welle 12. die die Eingangswelle für das nachfolgende Geiriebe ist. Der Wandlerschlupf, d. h. die Dreh/ahldifferenz /wischen Wandlerpumpenrad 8 und Wnndlertiirbinenrad 6. ist eine Funktion der Übertrngungsfähigkeit des Wandlers und durch die gewünschten Anfahrdaten auch in anderen Betriebspunkten weitgehend lestgelegt. /ur Vergrößerung der Übertragungsfähigkeit und damit /ur Verkleinerung des Schlupfes wird bei Fahr/uständen. bei denen es die Fahrlcistung zuläßt, zu dem Drehmomentwandler, bestehend aus den Rädern b, 8 und 10, die hydrodynamische Überbrückungskupplung 27 mit großer Übcrtragungslähigkeit und parallelem Leistungsfluß zugeschaltet, '.o 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 4 versehen. Zum Einschalten der hydrodynamischen Überbrückungskupplung 27 wird Öldruck in die Druckkammer 40 des Afueitszyiinderä 33 gegeben. Das Drucke! fließt über den Druckkanal 15 der Welle 12 und über die Kupplungsnabe 20 (Ausnehmung 38 und Druckkanal 39) in die Druckkammer 40, so daß der Betätigungskolben 21 die Trennkupplung 31 einrückt. Die dadurch entstehende Strömung in dem als Pumpe arbeitenden Kupplungsschaufelrad 1 treibt das als Turbine arbeitende Kupplungsschaufelrad 5, das mit dem Wandlerturbinenrad 6 verbunden ist. an. Die Leistungen von Wandlerturbinenrad 6 und Kupplungsschaufelrad 5 addieren sich und fließen gemeinsam zur Welle 12.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydrodynamischer Drehmomentwandler mir-" ' einem innerhalb einer mit einem Wandlerpumpenrad di-ehfest 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 Kupplungsraum angeordnet sind und einen Außendurchmesser etwa gleich dem Außendurchmesser des Wandlerturbinenrades aufweisen, und mit einem konzentrisch zum Kupplungsraum in der Gehäuseschale angeordneten ringförmi- 1 -. gen Betätigungskolben, der im Ein- und Ausrücksinn mit der Überbrückungskupplung zusammenarbeitet, dadurch gekennzeichnet daß für die Kupplungshälften jeweils ein Kupplungsschaufelrad (1 bzw. 5) einer hydrodynamischen Kupplung verwende« und die Gehäueschale (3) durch eine "Trennkupplung (31) mit ihrem Kapplungsschaufelrad (1) verbunden ist und der Betätigungskolben (21) auf die Trennkupplung (31) arbeitet

2. Drehmomentwandler nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseschale (3) mit der einen und ihr Kupplungssrhaufelrad (1) mit der anderen von zwei korrespondierenden Lagerhülsen (24,25) eines Gleitlagers (32) verbunden sind.

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

4. Drehmomentwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurcn 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 (24) sowohl mit der Gehäuseschale (3) verbunden ist als auch zusammen mit der Kupplungsnabe (20) jeweils einen Teil des Arbeits^ylinders (33) für den Betätigungskolben (21) bildet.

6. Drehmomentwandler nach einem der Ansprüehe 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsnabe (20) sowohl einen der Gehäuseschale (3) benachbarten Ansät/ (34) mit einer Zylinderfläche (35) für den Betätigungskolben (21) als auch an ihrem zur Gehäuseschale (3) entgegengesetzten Ende (36) eine ringförmige Widerlagerplatte (17) für ein Lamellenpakei (18, 19, 22) der Trennkupplung (31) aufweist.

7. Drehmomentwandler nach einem der Ansprüche I bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß an der mit dem Kupplungsschaufelrad (1) verbundenen Lagerhülse (25) wenigstens eine Außenlamelle (22) des Lamellenpaketes (18,19,22) drehfest gehaltert ist.

8. Drehmomentwandler nach einem der Ansprüche ! bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß eine Außenlamelle (18) des l.amellenpaketes (18, 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 (40) des Ärb'eitszylinclers (33) verbindet.
;%-_,,/ ip.:DrehnjQmentwandler nach einem den Ansprüt-j i_ehe 1-bis 9? dadurch gekennzeichnet, daß in die Ausnehmung (38) das Ende (41) einer gegenüber der Kupplungsnabe (20) druckfest abgedichteten Welle (52) hineinragt, die einen mit der'Äiyiehmung (38) verbundenen Druckkanal (15) aufweist. _^v

11. Drehmomentwandler nach einem der Ansprüche ; bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseschale (3) wenigstens einen in den Arbeitszylinder (33) hineinragenden Führungsbolzen (23) aufweist, der in eine korrespondierende Führungsbohrung (42) des Betätigungskoibens (21) eingreift.