DE4416153A1

DE4416153A1 - Hydrodynamischer Drehmomentwandler

Info

Publication number: DE4416153A1
Application number: DE4416153A
Authority: DE
Inventors: Uwe Dipl Ing Dehrmann; Peter Dipl Ing Volland; Hans-Wilhelm Dr Ing Wienholt
Original assignee: Fichtel and Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1994-05-09
Filing date: 1994-05-09
Publication date: 1995-11-16
Anticipated expiration: 2014-05-10
Also published as: ES2128890B1; JPH07301301A; FR2719643A1; US5667043A; GB9509359D0; DE4416153C2; FR2719643B1; GB2289315A; JP2946285B2; GB2289315B; ES2128890A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehmomentwandler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Drehmomentwandler ist beispielsweise durch die DE 41 21 586 A1, Fig. 3 und 4 bekannt. Durch Anordnung der mit dem Turbinenrad drehfesten Lamelle zwischen dem Kolben und dem Wandlergehäuse ist die Anzahl der Reibflächen gegenüber Dreh momentwandlern ohne diese Lamelle verdoppelt, wodurch höhere Drehmomente mittels der Überbrückungskupplung übertragbar sind. Während aber der Kolben mit seiner dem Turbinenrad zu gewandten Seite kühlendem Öl ausgesetzt ist, besteht die Ge fahr, daß das Wandlergehäuse im Erstreckungsbereich des zuge ordneten Reibbelags wegen der fehlenden Zugangsmöglichkeit eines Ölstroms zur entsprechenden Stelle des Wandlergehäuses überhitzt und dadurch Schaden nimmt. Die Gefahr des Überhitzens tritt insbesondere auf, wenn beabsichtigt sein sollte, Wandlergehäuse und Kolben zur Dämpfung von Schwin gungen gegenüber dem jeweils zugeordneten Reibbelag mit Schlupf zu bewegen.

Aus der EP 0 428 248 A2 ist es an einem Drehmomentwandler, der zwischen dem Kolben und dem Wandlergehäuse lediglich eine Reibfläche aufweist, bekannt, diese Reibfläche mit Kanälen zum Durchgang von Öl auszubilden, um die bei Betrieb des Kolbens mit vorbestimmbarem Schlupf zum Wandlergehäuse entstehende Hitze abführen zu können. Die Kanäle sind entlang des gesamten Umfangs des Reibbelags ausgebildet und verlaufen, ausgehend von einer Verbindungsöffnung zum Wandlerkreislauf nach radial außen.

Bei dem vorgenannten Drehmomentwandler ist der Kolben gegen über dem Wandlergehäuse zusätzlich an seiner vom Reibbelag abgewandten Seite kühlendem Öl ausgesetzt, so daß durch die öldurchströmten Kanäle im Reibbelag zwar die Temperaturen an Kolben und Wandlergehäuse absenkbar sind, jedoch eine uner wünschte Temperaturdifferenz zwischen den beiden Wandlerele menten erhalten bleibt. Ein ungenügend kräftiger Ölstrom in den Kanälen würde folglich rasch zu einer Überhitzung des Wandlergehäuses im Bereich des Reibbelages führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehmoment wandler mit einer zwischen dem Kolben der Überbrückungskupp lung und dem Wandlergehäuse angeordneten, mit dem Turbinenrad drehfesten Lamelle so auszubilden, daß eine Überhitzung des Wandlergehäuses im Bereich des demselben zugeordneten Reibbe lages der Lamelle verhinderbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die Maßnahme, vorzugsweise den Kontaktbereich des Wand lergehäuses mit dem zugeordneten Reibbelag mit Kanälen aus zu bilden, während zwischen dem Kolben und dem zugeordneten Reibbelag ein Durchfluß von Öl zumindest reduziert ist, wird erreicht, daß ein Großteil des aufgrund des Druckgefälles zwischen dem Turbinenrad und der Kammer strömenden Öls über die Kanäle zwischen dem Wandlergehäuse und dem entsprechenden Reibbelag strömt, so daß gerade an derjenigen Stelle, an der insbesondere bei Betrieb von Wandlergehäuse und Kolben mit Schlupf zum jeweils zugeordneten Reibbelag entstandene Wärme schlecht abgeführt werden kann, aufgrund der Durchflußmög lichkeit von reichlich Öl ein beträchtliches Kühlungspotential geschaffen und damit eine Überhitzung des Wandlergehäuses an der kritischen Stelle verhindert wird. Der dem Kolben zuge wandte Reibbelag ist dagegen so ausgebildet, daß er, da eine Überhitzung des Kolbens aufgrund dessen großflächiger Kühlung von der Turbinenradseite her nicht zu befürchten ist, im Bereich seiner Kontaktfläche mit dem entsprechenden Reibbelag lediglich durch einen sehr geringen Leckölstrom gekühlt wird, wofür kapillarartig kleine Kanäle nötig wären, oder es wird völlig auf eine Durchflußmöglichkeit von Öl verzichtet, so daß an dieser Stelle keine Kühlung erfolgt.

Die Ansprüche 2 bis 4 sind auf vorteilhafte Weiterbildungen des Kontaktbereiches zwischen dem Wandlergehäuse und dem zu geordneten Reibbelag gerichtet, wobei die zum Öldurchfluß vorgesehenen Kanäle entweder am Reibbelag, an der demselben zugewandten Seite des Wandlergehäuses oder, sofern eine be sonders intensive Kühlung notwendig ist, an beiden Stellen ausgebildet sind.

In Anspruch 5 ist ein Weg aufgezeigt, um auch den Kolben an seiner dem Reibbelag zugewandten Seite geringfügig kühlen zu können, ohne hierdurch der anderen Kühlstelle, nämlich dem Wandlergehäuse im Bereich des zugeordneten Reibbelags, eine wesentliche Menge des zur Kühlung notwendigen Öls zu entzie hen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die obere Hälfte eines Längsschnittes durch einen Drehmomentwandler mit Überbrückungskupplung und Lamelle zwischen einem Kolben und dem Wandlerge häuse;

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1, den Bereich beidseits der Lamelle darstellend, aber mit einem Kanal im Wandlergehäuse;

Fig. 3 wie Fig. 2, aber mit einem zusätzlichen Kanal im dem Wandlergehäuse zugewandten Reibbelag;

Fig. 4 wie Fig. 1 im Bereich der Lamelle, aber mit Kanä len im dem Kolben zugewandten Reibbelag.

In Fig. 1 ist ein an sich bekannter hydrodynamischer Drehmo mentwandler 1 dargestellt, bestehend aus einem Wandlergehäu se 13, welches abtriebsseitig als Pumpenrad 6 ausgeführt ist und in ein Rohr 22 mündet, welches in einem nicht darge stellten Getriebe gelagert ist und dort eine Pumpe P zur Ver sorgung des Drehmomentwandlers mit hydraulischer Flüssigkeit, vorzugsweise Öl, antreibt. Das Wandlergehäuse 13 umschließt eine Überbrückungskupplung 16, die den Kolben 18 aufweist. Diese ist am Außenumfang mit einem radialen Bereich 19 ausge bildet, der parallel zu einem radialen Bereich 20 des Wand lergehäuses 13 verläuft, wobei beide sich dicht gegenüberste hen. Zwischen dem Wandlergehäuse 13 und dem Kolben 18 ist eine Lamelle 44 angeordnet, die auf ihrer dem Kolben 18 zugewandten Seite einen ersten Reibbelag 60 und an ihrer Gegenseite einen dem Wandlergehäuse 13 zugewandten zweiten Reibbelag 61 trägt. Die Lamelle 44 kann über die Reibbeläge 60, 61 in Wirkverbin dung mit den ihr zugewandten Bereichen 19 und 20 der Wandler elemente 13, 18 gebracht werden. Der Reibbelag 60 ist hierbei an seiner dem Bereich 19 zugewandter Seite geschlossenflächig ausgebildet, während der Reibbelag 61 an seiner dem Wandler gehäuse 13 zugewandten Seite mit radial verlaufenden Kanä len 62 ausgebildet ist.

Die Lamelle 44 ist nach radial außen über den Kolben 18 hin ausgeführt und dort an der Außenschale eines Turbinenrades 7 drehfest, aber axial verschiebbar angebracht. Der Kolben 18 ist drehfest, aber axial verschiebbar auf einem Stützring 42 gelagert, der einstückig mit einem Lagerzapfen 14 ausgebildet ist, der an dem Wandlergehäuse 13 befestigt und in einer nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine geführt ist. Der Kolben 18 ist über Blattfedern 63 mit einer Ringplatte 64 verbunden, die mit dem Stützring 42 verstemmt ist. Durch die Blattfedern 63 wird eine Vorspannung des Kolbens 18 in Rich tung zum Wandlergehäuse 13 erzeugt.

Der Stützring 42 ist an seinem von der Brennkraftmaschine wegweisenden Ende über ein Lager 21 auf einer Turbinennabe 15 des Turbinenrades 7 angeordnet, und, gegenüber der Turbinen nabe 15, durch eine Dichtung 24 abgedichtet. Die Turbinenna be 15 ist direkt über eine Verzahnung 45 auf einer getriebeseitigen Antriebswelle 26 gelagert. Diese reicht in Richtung auf die Brennkraftmaschine bis in den Lagerzapfen 14 und weist eine Längsbohrung 25 auf, die abtriebsseitig ins Getriebe und antriebsseitig in einen Raum 67 mündet, der am Lagerzapfen 14 ausgebildet ist.

Das Rohr 22 zum Antrieb der Pumpe P verläuft konzentrisch zur Abtriebswelle 26, wobei im radialen Zwischenraum eine Stütz welle 10 angeordnet ist, die einen Freilauf 9 für das Leit rad 8 trägt. Das letztere ist dabei in Achsrichtung nach bei den Seiten hin durch je ein Lagerelement 11 bzw. 12 abge stützt, und zwar einmal gegenüber dem Wandlergehäuse 13 und zum anderen gegenüber der Turbinennabe 15. Die letztere ist axial über das Lager 21 gegenüber dem Stützring 42 des Lager zapfens 14 abgestützt. Sämtliche drehende Teile des hydrody namischen Drehmomentwandlers sind konzentrisch zur Nabenach se 5 angeordnet. Im Lagerzapfen 14 ist von der Abtriebswel le 26 her eine Sackbohrung 39 des Raumes 67 vorgesehen, von welcher aus mehrere schräg nach radial außen verlaufende Boh rungen 37 ausgehen, die in eine zwischen dem Kolben 18 und dem Wandlergehäuse 13 ausgebildete Kammer 38 reichen.

Ein Raum A des Wandlerkreislaufes ist über einen von der Stützwelle 10 umschlossenen Raum 68 mit der Pumpe P verbunden. Der Raum 68 führt von der Pumpe P über die Zwischenräume des Lagerelements 12 in das Pumpenrad 6. Dabei ist zwischen der Längsbohrung 25 bzw. dem Raum 68 der Pumpe P bzw. einem Vor ratsbehälter 47 für Wandlerflüssigkeit (Öl) ein Umschaltven til 27 angeordnet.

Die Funktionsweise des Drehmomentwandlers ist folgende:
In der dargestellten Stellung des Umschaltventils 27 wird der Flüssigkeitsstrom von der Pumpe P direkt in den Raum 68 ge leitet, wodurch die Flüssigkeit über den Wandler 1 in den Raum A gelangt. Dadurch entsteht auf der vom Wandlergehäuse 13 abgewandten Seite des Kolbens 18 ein Überdruck, der den letztgenannten in Richtung auf die Brennkraftmaschine verla gert und somit über die Reibbeläge 60, 61 zur Anlage am Wand lergehäuse 13 bringt. Dadurch entsteht eine drehfeste Verbin dung, wobei das Drehmoment vom Wandlergehäuse 13 über den Kolben 18 und die Lamelle 44 auf das Turbinenrad 7 und über die Verzahnung 45 der Turbinennabe 15 direkt auf die Ab triebswelle 26 geleitet wird. Das Drehmoment wird somit unter Umgehung des Wandlerkreislaufes direkt übertragen.

Von dem den Kolben 18 gegen das Wandlergehäuse 13 pressenden Öl gelangt ein Teil nach radial außen in den Bereich der La melle 44 und durchströmt unter der Wirkung der Druckdifferenz zur Kammer 38 die Kanäle 62 im Reibbelag 61 nach radial innen. Hierdurch wird einerseits der Reibbelag 61, andererseits aber auch der Bereich 20 des Wandlergehäuses 13 gekühlt, was ins besondere dann von Bedeutung ist, wenn das letztgenannte mit Schlupf zum Reibbelag 61 betrieben wird. Am Reibbelag 60 wird dagegen, da dieser geschlossenflächig am Bereich 19 des Kol bens 18 anliegt, ein Durchgang des Öls nach radial innen in die Kammer 38 verhindert.

Nach Zufluß in die Kammer 38 gelangt das Öl durch die Boh rungen 37 in die Sackbohrung 39 des Raumes 67 und, von diesem, in die Längsbohrung 25 der Abtriebswelle 26. Der Rückfluß in dieser Bohrung in den Vorratsbehälter 47, in dem das Öl kühl bar ist, erfolgt ungedrosselt. In der zweiten möglichen Stel lung des Umschaltventils 27 ist die Pumpe P mit der Längsboh rung 25 verbunden und der Rücklauf mit dem Raum 68. In diesem Fall wird der volle Druck der Flüssigkeit in den Raum 67 und, über diesen, durch die Bohrungen 37 in die Kammer 38 geleitet, wodurch der Kolben 18 nach rechts geschoben wird und seine drehmomentübertragende Funktion verliert.

Während die Kanäle 62 bei Fig. 1 im Reibbelag 61 ausgebildet sind, verlaufen diese nach Fig. 2 im Wandlergehäuse 13 inner halb des Erstreckungsbereichs des Reibbelages 61 an der diesem zugewandten Seite. Die Funktionsweise ist hierbei ebenso, als wenn die Kanäle 62 im Reibbelag ausgebildet wären, so daß an dieser Stelle nicht nochmals auf die Funktionsweise eingegan gen wird. Es ist allerdings anzumerken, daß bei Anordnung der Kanäle 62 im Wandlergehäuse 13 das Öl praktisch innerhalb des zu kühlenden Gegenstandes geführt ist, wodurch der Wärmeaus tausch gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Lösung nochmals ver bessert ist.

Einen noch größeren Wärmeaustausch kann die Lösung nach Fig. 3 erbringen, wonach sowohl im Reibbelag 61 als auch im Wandler gehäuse 13 an den jeweils auf einander zu gewandten Seiten Kanäle 62 ausgebildet sind. Hierdurch ist die Menge des Öls, das von radial außen in die Kammer 38 strömen kann, besonders groß. Entsprechend hoch ist die erzielbare Kühlwirkung.

Wie in Fig. 4 gezeigt, besteht die Möglichkeit, auch zwischen dem Reibbelag 60 und dem Bereich 19 des Kolbens Kanäle 70 auszubilden, durch welche vom Pumpenrad 7 kommendes Öl von radial außen nach radial innen in die Kammer 38 strömt. Wie aus Fig. 4 erkennbar, sind diese Kanäle 70 hinsichtlich ihres Durchmessers allerdings sehr viel kleiner dimensioniert als die Kanäle 62, die zwischen der Lamelle 44 und dem Wandler gehäuse 13 verlaufen. Der Grund hierfür ist, daß der Kolben 18 an seiner dem Pumpenrad 7 zugewandten Seite ohnehin mit Öl beaufschlagt ist und dadurch nicht allzu stark erhitzt, so daß eine Kolbenkühlung an der dem Reibbelag 60 zugewandten Seite nicht dringend erforderlich ist. Durch die sehr dünnen Kanä le 70 wird eine geringe Kühlwirkung in diesen Bereich ge bracht, während über die Kanäle 62 eine vergleichsweise kräf tige Kühlwirkung am Wandlergehäuse 13 erzeugt wird.

Claims

1. Hydrodynamischer Drehmomentwandler, bestehend aus einem von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Pumpenrad, einem mit einer Abtriebswelle gekuppelten Turbinenrad, einem in einer Drehrichtung blockierbaren Leitrad, die zusammen einen mit Hydraulikflüssigkeit, vorzugsweise Öl gefüllten Wandlerkreislauf bilden, einer Überbrückungs kupplung, die axial zwischen der Außenseite des Turbi nenrades und der ihr gegenüberliegenden Innenseite des die Verbindung zwischen Pumpenrad und Brennkraftmaschine herstellenden Wandlergehäuses angeordnet ist und einen ebenso wie das Wandlergehäuse vorzugsweise mit Schlupf zum jeweils zugeordneten Reibbelag antreibbaren, axial verschiebbaren und mit dem Wandlergehäuse eine Kammer begrenzenden Kolben umfaßt, der über einen ersten Reib belag mit einer zum Turbinenrad drehfesten Lamelle in Anlage bringbar ist, die ihrerseits mit ihrer Gegenseite über einen zweiten Reibbelag an dem Wandlergehäuse an greift, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wand lergehäuse (13) und der Lamelle (44) vorzugsweise im Kontaktbereich des Wandlergehäuses (13) mit dem zweiten Reibbelag (61) Kanäle (62) zum Durchfluß von Öl ausge bildet sind, die aufgrund des Druckgefälles zwischen dem Turbinenrad (7) und der Kammer (38) von radial außen nach radial innen durchströmbar sind, während zwischen dem Kolben (18) und der Lamelle (44) ein Durchfluß von Öl in die Kammer (38) zumindest reduzierbar ist.

2. Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Kanäle (62) im zweiten Reibbelag (61) an dessen dem Wandlergehäuse (13) zugewandter Seite ausge bildet sind.

3. Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Kanäle (62) am Wandlergehäuse (13) im Erstreckungsbereich des zweiten Reibbelags (61) an der demselben zugewandten Seite vorgesehen sind.

4. Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß im zweiten Reibbelag (61) an dessen dem Wand lergehäuse (13) zugewandter Seite erste Kanäle (62) und am Wandlergehäuse (13) im Erstreckungsbereich des zweiten Reibbelags (61) an der demselben zugewandten Seite zweite Kanäle (62) ausgeführt sind.

5. Drehmomentwandler nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kolben (18) und der La melle (44) weitere Kanäle (70) zum Durchfluß von Öl in die Kammer (38) vorgesehen sind, die bei höchstens gleicher Anzahl gegenüber den Kanälen (62) zwischen dem Wandlergehäuse (13) und der Lamelle (44) einen wesentlich geringeren Querschnitt als die letztgenannten aufweisen.