DE4407727A1

DE4407727A1 - Drehmomentwandler und Wandlerüberbrückungskupplung

Info

Publication number: DE4407727A1
Application number: DE19944407727
Authority: DE
Inventors: Gerald Rowe
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1994-03-08
Filing date: 1994-03-08
Publication date: 1995-09-14

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehmomentwandler mit einer Wandlerüberbrückungskupplung, bestehend aus einem Wandlergehäuse, einem Kolben und einem Reibbelag.

Aus der EP-A 05 70 036 ist ein Drehmomentwandler und eine Wandlerüberbrückungskupplung bekanntgeworden. Bei die ser bekannten Wandlerüberbrückungskupplung sind die Reibbe läge nicht direkt auf dem Kolben (Druckplatte) aufgebracht, sondern es ist eine separate Kupplungsscheibe vorgesehen, die beweglich mit dem Kolben verbunden ist. Zwischen der Kupplungsscheibe und dem Kolben ist eine mit einem Elasto mer beschichtete Ausgleichsscheibe axial beweglich einge schaltet. Hiermit wird eine gleichmäßige Anlage zwischen der Scheibe mit den Reibbelägen und dem Wandlergehäuse (Eingangsglied) erreicht. Die Ausgleichsscheibe gleicht Fertigungsungenauigkeiten aus, so daß die Kupplungsscheibe mit den Reibbelägen gleichmäßig am Wandlergehäuse anliegt.

Der vorstehend erörterte Vorschlag ist relativ aufwen dig zu realisieren, benötigt man doch neben dem Kolben und den normalerweise hierauf befestigten Reibbelägen eine zu sätzliche Kupplungs- und Ausgleichsscheibe. Insgesamt sind demnach zwei zusätzliche Bauteile erforderlich, die mit entsprechenden Beschichtungen versehen sein müssen. Ferner findet bei diesem Vorschlag keine Berücksichtigung, daß sich das Reibverhalten der Wandlerüberbrückungskupplung in Abhängigkeit des zu übertragenden Drehmomentes verändert.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Reibbeläge einer Wandlerüberbrückungskupplung so anzu ordnen bzw. auszubilden, daß das Reibverhalten in Abhängig keit des zu übertragenden Drehmoments praktisch gleich bleibt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird da durch gelöst, daß der Reibbelag - bezogen auf seine radiale Erstreckung - ungleiche Belagstärken aufweist. Ausgehend von der Erkenntnis, daß unterschiedliche Reibwertverläufe bei unterschiedlichen Drehmomenten zu verzeichnen sind, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Reibbelag mit un gleichen Belagstärken auszubilden. Die Oberflächenkontur des Reibbelags ist so zu wählen, daß der Reibbelag mit zu nehmendem Druck im Inneren der Wandlerüberbrückungskupplung zunehmend und letztlich vollständig am Wandlergehäuse an liegt. Hiermit werden Reibschwingungen im gesamten Bereich des zu übertragenden Drehmoments zuverlässig vermieden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Reibbelag - be zogen auf die Drehachse des Drehmomentwandlers - innen eine geringere Belagdicke als außen aufweist. Somit wird der elastischen Verformung des Kolbens der Wandlerüberbrüc kungskupplung zuverlässig begegnet, wenn die Kupplung ein zunehmend höheres Drehmoment überträgt.

Es hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn die Oberfläche des Reibbelags unter einem Winkel geneigt verläuft. Die konische Ausbildung des Reibbelags ist ein fach herzustellen und stellt die Anlage am Wandlergehäuse im beschriebenen Sinne sicher.

Die Größe des Winkels ist hierbei derart bemessen, daß die Oberfläche des Reibbelags bei einem maximalen Druck in einem Innenraum des Drehmomentwandlers plan am Wandlerge häuse anliegt.

Weitere, für die Erfindung wesentliche Merkmale sowie die hieraus resultierenden Vorteile sind der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Lösungsvorschläge zu entnehmen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine stark vereinfachte Darstellung eines Teils eines Drehmomentwandlers mit Über brückungskupplung im Längsschnitt;

Fig. 2 die schematische Darstellung eines Kolbens der Wandlerüberbrückungskupplung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine teilweise Darstellung des Kolbens der Wandlerüberbrückungskupplung mit einer alternativen Ausführung bzw. Anordnung eines Reibbelags;

Fig. 4 und Fig. 5 Anordnungsmöglichkeiten des Reibbelags am Kolben der Wandlerüberbrückungskupplung, gesehen in stark vereinfachter Vorderan sicht.

In Fig. 1 ist ein Wandlergehäuse 1 (Eingangsglied) eines selbst nicht vollständig dargestellten Drehmoment wandlers angedeutet. Der Aufbau des Drehmomentwandlers ent spricht der Standardbauweise, die dem Fachmann ohne weite res geläufig ist, so daß sich eine nähere Erläuterung er übrigt.

Die Turbine 2 dieses Drehmomentwandlers ist ebenfalls angedeutet. Die Turbine 2 ist über eine Mitnahmeverzah nung 3 mit einer Ausgangswelle 4 drehfest verbunden.

Zwischen dem Wandlergehäuse 1 und der Turbine 2 befin det sich eine Wandlerüberbrückungskupplung 5. Die Wandler überbrückungskupplung 5 wird aus einem Kolben 6 (Druck platte), einem ringförmigen Reibbelag 7 und dem Wandlerge häuse 1 gebildet.

Sofern der Druck in einem Innenraum 8 des Wandlerge häuses 1 einen bestimmten Wert überschreitet, wird der Kol ben 6 der Wandlerüberbrückungskupplung 5 in axialer Rich tung nach links bewegt, bis der ringförmige Reibbelag 7 zur Anlage am Wandlergehäuse 1 kommt. Die Wandlerüberbrückungs kupplung 5 ist dann geschlossen, so daß ein direkter An trieb vom Wandlergehäuse 1 über den Kolben 6, eine Dämpfer einrichtung 9 und eine Mitnahmeverzahnung 10 auf die Aus gangswelle 4 erfolgt.

Bei geschlossener Wandlerüberbrückungskupplung 5 greift die resultierende Schließkraft F auf einem Durchmes ser D1 an, der kleiner ist als ein Durchmesser D2, auf dem die Reaktionskraft FR wirksam ist. Diese Kräfte können dazu führen, daß sich der Kolben 6 durchbiegt.

Wenn der Reibbelag 7 eine gleichbleibende Belagdicke aufweist, trägt der Reibbelag nur noch auf der - inneren - Kante. Dies ist insbesondere bei einer schlupfgeregelten Wandlerüberbrückungskupplung nachteilig. Eine derartige Wandlerüberbrückungskupplung wird in Abhängigkeit der Dif ferenzdrehzahl geregelt, so daß der auf den Kolben 6 wir kende Druck in Abhängigkeit des zu übertragenden Drehmo ments gehoben bzw. gesenkt wird.

Wenn sich der Kolben 6 mit steigendem Druck (steigen dem Drehmoment) durchbiegt, so verschlechtert sich das Reibverhalten der Wandlerüberbrückungskupplung wesentlich.

So wurde ermittelt, daß der Reibwert bei einem Drehmo ment von 225 Nm, das entspricht einem Innendruck von 3 bar, um ca. 10% geringer ist als bei einem zu übertragenden Drehmoment von 75 Nm entsprechend einem Innendruck von 0,70 bar. Hinzu kommt, daß der Reibwert bei einem niedrigen Drehmoment - bezogen auf die Differenzdrehzahl - flacher abfällt als bei einem hohen Drehmoment.

Der Abfall des Reibwertverlaufes ist die Ursache von Reibschwingungen. In der Praxis konnte nachgewiesen werden, daß das Verhalten der Wandlerüberbrückungskupplung hin sichtlich auftretender Reibschwingungen dann besonders schlecht ist, je steiler der Abfall des Reibwertes über der Drehzahldifferenz ist.

Die Ursache für die unterschiedlichen Reibwertverläufe bei unterschiedlichen Drehmomenten ist auf zwei Gründe zu rückzuführen:

a) Der erforderliche Druck steigt mit dem Drehmoment. Biegt sich der Kolben 6 mit zunehmendem Druck durch, steigt die spezifische Reibleistung, was den Reibwert nachteilig beeinflußt
b) Ein höheres zu übertragendes Drehmoment hat eine grö ßere Reibleistung zur Folge, selbst wenn sich der Kol ben 6 nicht durchbiegt.

Um den geschilderten Ursachen zu begegnen, wird vor geschlagen, den Reibbelag 7 konisch auszubilden. Die Ober fläche des Reibbelags 7 ist im unbelasteten Zustand des Kolbens 6 unter einem spitzen Winkel α geneigt. Bei gerin gem Druck im Innenraum trägt der Reibbelag 7 nur auf seiner Außenfläche. Mit zunehmendem Druck liegt die Oberfläche des Reibbelags 7 letztlich vollständig am Wandlergehäuse 1 an. Der Winkel α ist so groß gewählt, daß der Reibbelag 7 erst bei einem maximalen Druck auf seiner ganzen Oberfläche trägt. Selbstverständlich ist es möglich, den Winkel α durch eine konische Ausbildung des Kolbens 6 in seinem Randbereich oder durch eine konische Ausbildung des Wand lergehäuses 1 im Bereich der Anlagefläche des Reibbelags herbeizuführen. Bei den letztgenannten Alternativen kann ein Reibbelag 7 mit gleicher Belagstärke eingesetzt werden. Schließlich ist es aber auch möglich, zumindest zwei Varianten miteinander zu kombinieren.

In Fig. 3 ist eine alternative Lösungsmöglichkeit in stark vereinfachter Darstellung wiedergegeben. Die Zeich nung zeigt die obere Randzone des Kolbens 6 mit einem Reib belag, der, abweichend von der Ausführung nach den Fig. 1 und 2, nicht konisch verläuft. Die Oberflächen des Reibbe lags verlaufen viel mehr planparallel. Der Reibbelag 7 ist mit einer ringförmigen Zwischenlage 11, die aus Stahl ge fertigt ist, in geeigneter Weise verbunden, vorzugsweise verklebt.

Die Zwischenlage 11 ist ihrerseits mit einer elasti schen Unterlage 12 fest verbunden. Die elastische Unter lage 12 wird aus einem elastomeren Werkstoff gebildet. Vor zugsweise ist diese Unterlage mit dem Kolben 6 bzw. der Zwischenlage 11 durch Vulkanisieren verbunden.

Die vorstehend erläuterte Ausbildung und Anordnung des Reibbelags 7 bringt im wesentlichen zwei Vorteile mit sich:

- zum einen erlaubt die elastische Unterlage 12 eine Anfederung des Reibbelags 7. Somit wird auch bei die ser Lösung der elastischen Verformung des Kolbens 6 der Wandlerüberbrückungskupplung zuverlässig begegnet und
- zum anderen ist die elastische Unterlage 12 dazu be stimmt und geeignet, Scherbeanspruchungen aufzunehmen. Die Unterlage erfüllt somit zusätzlich die Funktion eines Schwingungsdämpfers.

In den Fig. 4 und 5 sind zwei Möglichkeiten zur Anord nung des Reibbelags 7 in bezug auf die Längsachse des Kol bens 6 der Wandlerüberbrückungskupplung schematisch abge bildet.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der Reib belag zwar kreisrund ausgebildet, jedoch ist er - etwa um eine halbe Belagbreite - nach unten versetzt, bezogen auf die Längsachse des Kolbens 6. Der Reibbelag 7 liegt somit nicht mehr konzentrisch zur Randzone des Kolbens 6.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 weicht die Form des Reibbelags 7 von der kreisrunden Form (gesehen in Vorderansicht) ab. Der Reibbelag 7 ist ellipsenförmig aus gebildet.

Mit der Ausbildung bzw. Anordnung des Reibbelags 7 nach den Fig. 4 und 5 hat es folgende Bewandtnis:
Bei geschlossener Wandlerüberbrückungskupplung 5 muß der Reibbelag 7 den Kolben 6 abdichten. Zur Kühlung des Reibbe lags 7 wäre es durchaus möglich, den Reibbelag mit Nuten zu versehen. In diesem Fall muß natürlich Kühlmittel (Kühlöl) bereitgestellt werden. Die Menge des Kühlöls ergibt sich aus dem Druckabfall an der Drosselstelle. Es besteht eine Abhängigkeit zur Öltemperatur und dem Anpreßdruck.

Um die Dichtfunktion zu erhalten und den Reibbelag trotzdem zu kühlen, wird erfindungsgemäß eine radial ver setzte Anordnung des Reibbelags 7 vorgeschlagen. Dies hat den Vorteil, daß der Reibbelag 7 auf der Oberfläche des Wandlergehäuses 1 ständig neue Flächen überstreicht, so daß hierdurch eine Kühlung des Reibbelags erfolgt. Neben diesem Kühleffekt wird erreicht, daß auch bei kleinen Gleitge schwindigkeiten Gleitreibung vorliegt, um Reibschwingungen zu vermeiden.

Bezugszeichenliste

1 Wandlergehäuse
2 Turbine
3 Mitnahmeverzahnung
4 Ausgangswelle
5 Wandlerüberbrückungskupplung
6 Kolben
7 Reibbelag
8 Innenraum
9 Dämpfereinrichtung
10 Mitnahmeverzahnung
11 Zwischenlage
12 Unterlage
D1 Durchmesser
D2 Durchmesser
F Schließkraft
FR Reaktionskraft
α Winkel

Claims

1. Drehmomentwandler mit einer Wandlerüberbrückungs kupplung (5), bestehend aus einem Wandlergehäuse (1), einem Kolben (6) und einem Reibbelag (7), dadurch gekenn zeichnet, daß der Reibbelag (7) - bezogen auf seine radiale Erstreckung - ungleiche Belagstärken auf weist.

2. Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Reibbelag (7) - bezogen auf die Drehachse des Drehmomentwandlers - innen eine ge ringere Belagdicke als außen aufweist.

3. Drehmomentwandler nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Oberfläche des Reibbe lags (7) unter einem Winkel (α) geneigt verläuft.

4. Drehmomentwandler nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß der Winkel (α) derart be messen ist, daß die Oberfläche des Reibbelags (7) bei einem maximalen Druck in einem Innenraum (8) des Drehmomentwand lers plan am Wandlergehäuse (1) anliegt.

5. Drehmomentwandler mit einer Wandlerüberbrückungs kupplung (5), bestehend aus einem Wandlergehäuse (1), einem Kolben (6), einem Reibbelag (7) und einer elastischen Unterlage (12), dadurch gekennzeichnet, daß der Reibbelag (7) mit einer Zwischenlage (11) fest ver bunden ist und daß die Zwischenlage (11) über eine elasti sche Unterlage (12) mit dem Kolben (6) drehfest verbunden ist.

6. Drehmomentwandler nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die drehfeste Verbindung der elastischen Unterlage (12) mit dem Kolben (6) und der Zwischenlage (11) durch Vulkanisieren hergestellt ist.

7. Drehmomentwandler nach den Ansprüchen 5 und 6, da durch gekennzeichnet, daß die Unter lage (12) aus einem Elastomer gebildet ist.

8. Drehmomentwandler mit einer Wandlerüberbrückungs kupplung (5), bestehend aus einem Wandlergehäuse (1), einem Kolben (6) und einem Reibbelag (7), dadurch gekenn zeichnet, daß der Reibbelag (7) zur Längsachse des Kolbens (6) der Wandlerüberbrückungskupplung (5) radial versetzt angeordnet ist und/oder von einer kreisrunden Form abweicht.