DE4416153C2 - Überbrückungskupplung für einen hydrodynamischen Drehmomentwandler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Überbrückungskupplung für einen hydrodynamischen Drehmomentwandler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Überbrückungskupplung ist beispielsweise durch die WO-Schrift 93/13 339 bekannt, wo sie in einem hydrodynamischen Drehmomentwandler vorgesehen ist, der aus einem von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Pum­ penrad, einem mit einer Abtriebswelle gekuppelten Turbinenrad und einem Leitrad besteht, die zusammen einen mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Wandlerkreislauf bilden. Die Überbrückungskupplung ist axial zwischen der Außenseite des Turbi­ nenrades und der ihr gegenüberliegenden Innenseite des die Verbindung zwischen Pumpenrad und Brennkraftmaschine herstellenden Wandlergehäuses angeordnet und umfaßt einen ebenso wie das Wandlergehäuse vorzugsweise mit Schlupf zum jeweils zugeordneten Reibbelag antreibbaren, axial verschiebbaren und mit dem Wandlergehäuse eine Kammer begrenzenden Kolben, der über einen ersten Reibbelag mit einer mit dem Turbinenrad verbundenen Lamelle in Anlage bringbar ist, die ihrerseits mit ihrer Gegenseite über einen zweiten Reibbelag an dem Wandlergehäuse angreift. Zwischen dem Wandlergehäuse und der Lamelle einer­ seits und zwischen der letztgenannten und dem Kolben andererseits sind Kanäle zum Durchfluß von Öl ausgebildet, die aufgrund des Druckgefälles zwischen dem Turbinenrad und der Kammer von radial außen nach radial innen durchströmbar sind.

Diese Kanäle sind, wie insbesondere der Fig. 1 entnehmbar ist, an dem dem Wandlergehäuse zugewandten Reibbelag mit der gleichen Querschnittsgröße wie an dem dem Kolben zugewandten Reibbelag ausgebildet, was zur Folge hat, daß beide Reibbeläge jeweils vom gleichen Ölstrom durchflossen sind, obwohl der Kühlungsbedarf am Kolben erheblich geringer ist als am Wandlergehäuse, was sich wie folgt erklärt: Der Kolben ist an seiner dem Wandler-Kreislauf zugewand­ ten Seite auf seiner gesamten Fläche dem Öl des Wandler-Kreislaufs ausgesetzt, das gegenüber dem Kolben eine Kühlfunktion ausübt, wenn auch an dessen von seiner Reibfläche abgewandten Seite. Im Gegensatz dazu ist das Wandlergehäuse von Luft und damit von einem Isolator umgeben, so daß an dessen Reibfläche entstehende Wärme nur ungenügend abtransportiert werden kann. Es besteht demnach die Möglichkeit, daß, wegen der gleichen Querschnittsgröße der Kanäle in den Reibbelägen die Kühlung an der dem Wandlergehäuse zugewandten Seite zu gering, an der dem Kolben zugewandten Seite dagegen stärker als unbedingt erforderlich ist. Das hat zur Folge, daß im Bereich des Wandlergehäuses wärme­ bedingte Probleme auftreten können, während an der Gegenseite die Reibfläche des Reibbelags durch die unnötig großen Kanäle stärker eingeschränkt ist als er­ forderlich. Die Folge hiervon ist eine verminderte Übertragungsfähigkeit von Drehmomenten, was , insbesondere bei Übertragung hoher Drehmomente, an dieser Stelle zu einem verstärkten Schlupf und damit wiederum zur Bildung von Wärme führen kann.

Aus der DE 41 21 586 A1 ist eine Überbrückungskupplung bekannt, bei welcher der zumindest eine Reibbelag zwischen Wandlergehäuse und Kolben unterbre­ chungsfrei ausgebildet ist. Dadurch sind zwar hohe Drehmomente übertragbar, jedoch hat Wärme, die bei Auftreten eines Schlupfes entstehen könnte, die Fol­ ge, daß zwar der Kolben an seiner dem Turbinenrad zugewandten Seite kühlen­ dem Öl ausgesetzt ist, eine Überhitzung desselben folglich also vermeidbar sein dürfte, das Wandlergehäuse aber im Erstreckungsbereich des zugeordneten Reib­ belags wegen der fehlenden Zugangsmöglichkeit eines Ölstroms überhitzt werden und dadurch Schaden nehmen könnte. Die Gefahr des Überhitzens tritt insbeson­ dere dann auf, wenn beabsichtigt sein sollte, Wandlergehäuse und Kolben zur Dämpfung von Schwingungen gegenüber dem jeweils zugeordneten Reibbelag gezielt mit Schlupf zu bewegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überbrückungskupplung für einen hydrodynamischen Drehmomentwandler so auszubilden, daß sowohl das Wand­ lergehäuse als auch der Kolben mit jeweils maximaler Reibfläche zwischen je ei­ nem dieser Wandlerbauteile und dem zugeordneten Reibbelag wirksam und zur Begrenzung von Abhubverlusten am Kolben mit dem jeweils minimalen Volumen­ strom an Hydraulikflüssigkeit insbesondere an der Entstehungsstelle von Wärme gekühlt sind.

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

Durch die Maßnahme, vorzugsweise den Kontaktbereich des Wandlergehäuses mit dem zugeordneten Reibbelag mit Kanälen auszubilden, während zwischen dem Kolben und dem zugeordneten Reibbelag ein Durchfluß von Öl zumindest reduziert ist, wird erreicht, daß ein Großteil des aufgrund des Druckgefälles zwi­ schen dem Turbinenrad und der Kammer strömenden Öls über die. Kanäle zwi­ schen 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 Wär­ me schlecht abgeführt werden kann, aufgrund der Durchflußmöglichkeit von reichlich Öl ein beträchtliches Kühlungspotential geschaffen und damit eine Überhitzung des Wandlergehäuses an der kritischen Stelle verhindert wird. Der dem Kolben zugewandte Reibbelag ist dagegen so ausgebildet, daß er, da eine Überhitzung des Kolbens aufgrund dessen großflächiger Kühlung von der Turbi­ nenradseite her nicht zu befürchten ist, im Bereich seiner Kontaktfläche mit dem entsprechenden Reibbelag lediglich durch einen sehr geringen Leckölstrom ge­ kühlt wird, wofür kapillarartig kleine Kanäle nötig sind.

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 Wandlergehäuse;

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1, den Bereich beidseits der Lamelle darstellend.

In Fig. 1 ist ein an sich bekannter hydrodynamischer Drehmomentwandler 1 dar­ gestellt, bestehend aus einem Wandlergehäuse 13, welches abtriebsseitig als Pumpenrad 6 ausgeführt ist und in ein Rohr 22 mündet, welches in einem nicht dargestellten Getriebe gelagert ist und dort eine Pumpe P zur Versorgung 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 ausgebildet, der parallel zu einem radialen Bereich 20 des Wandlergehäuses 13 verläuft, wobei beide sich dicht gegenüberstehen. Zwischen dem Wandlergehäu­ se 13 und dem Kolben 18 ist eine Lamelle 44 angeordnet, die auf ihrer dem Kol­ ben 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 Wirkverbindung mit den ihr zuge­ wandten Bereichen 19 und 20 der Wandlerelemente 13, 18 gebracht werden.

Der Reibbelag 60 ist hierbei an seiner dem Bereich 19 zugewandten Seite mit Kanälen 70 sehr kleinen Querschnittes ausgebildet (hierzu Fig. 2), während der Reibbelag 61 an seiner dem Wandlergehäuse 13 zugewandten Seite mit Kanä­ len 62 ausgebildet ist, deren Querschnitte gegenüber denjenigen der Kanäle 70 erheblich größer ist. 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 zu­ gewandten Seite nicht dringend erforderlich ist. Durch die sehr dünnen Kanäle 70 wird eine geringe Kühlwirkung in diesen Bereich gebracht, während über die Ka­ näle 62 eine vergleichsweise kräftige Kühlwirkung am Wandlergehäuse 13 er­ zeugt wird.

Die Lamelle 44 ist nach radial außen über den Kolben 18 hinausgeführt und dort an der Außenschale eines Turbinenrades 7 drehfest, aber axial verschiebbar an­ gebracht. Der Kolben 18 ist drehfest, aber axial verschiebbar auf einem Stütz­ ring 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 Richtung 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 Turbinennabe 15, durch eine Dichtung 24 abgedichtet. Die Turbinennabe 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 Abtriebswel­ le 26, wobei im radialen Zwischenraum eine Stützwelle 10 angeordnet ist, die einen Freilauf 9 für das Leitrad 8 trägt. Das letztere ist dabei in Achsrichtung nach beiden Seiten hin durch je ein Lagerelement 11 bzw. 12 abgestützt, und zwar einmal gegenüber dem Wandlergehäuse 13 und zum anderen gegenüber der Turbinennabe 15. Die letztere ist axial über das Lager 21 gegenüber dem Stütz­ ring 42 des Lagerzapfens 14 abgestützt. Sämtliche drehende Teile des hydrody­ namischen Drehmomentwandlers sind konzentrisch zur Nabenachse 5 ange­ ordnet. Im Lagerzapfen 14 ist von der Abtriebswelle 26 her eine Sackbohrung 39 des Raumes 67 vorgesehen, von welcher aus mehrere schräg nach radial außen verlaufende Bohrungen 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 um­ schlossenen 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 Vorratsbehälter 47 für Wandlerflüssigkeit (Öl) ein Umschaltventil 27 ange­ ordnet.

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 geleitet, wodurch die Flüssigkeit über den Wandler 1 in den Raum A gelangt. Dadurch entsteht auf der vom Wandler­ gehäuse 13 abgewandten Seite des Kolbens 18 ein Überdruck, der den letztge­ nannten in Richtung auf die Brennkraftmaschine verlagert und somit über die Reibbeläge 60, 61 zur Anlage am Wandlergehäuse 13 bringt. Dadurch entsteht eine drehfeste Verbindung, wobei das Drehmoment vom Wandlergehäuse 13 über den Kolben 18 und die Lamelle 44 auf das Turbinenrad 7 und über die Ver­ zahnung 45 der Turbinennabe 15 direkt auf die Abtriebswelle 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 Lamelle 44 und durchströmt unter der Wirkung der Druckdifferenz zur Kammer 38 die Kanäle 62 und 70 in den Reibbelägen 61 und 60 nach radial innen. Hierdurch wird der Reibbelag 61 und der Bereich 20 des Wandlergehäuses 13 stark gekühlt, was insbesondere dann von Bedeutung ist, wenn das letztgenannte mit Schlupf zum Reibbelag 61 betrie­ ben wird, während am Reibbelag 60 wegen des erheblich kleineren Querschnittes der Kanäle 70 der Durchgang eines Ölstroms nach radial innen in die Kammer 38 ermöglicht wird, der wesentlich geringer als derjenige ist, der den Reibbelag 60 durch die Kanäle 62 durchfließt.

Nach Zufluß in die Kammer 38 gelangt das Öl durch die Bohrungen 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 kühlbar ist, erfolgt ungedrosselt. In der zweiten möglichen Stellung des Umschaltventils 27 ist die Pumpe P mit der Längsbohrung 25 verbunden und der Rücklauf mit dem Raum 68. In diesem Fall wird der volle Druck der Flüssig­ keit 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 drehmo­ mentübertragende Funktion verliert.

Claims (2)

1. Überbrückungskupplung für einen hydrodynamischen Drehmomentwandler, bestehend aus einem von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Pumpenrad, einem mit einer Abtriebswelle gekuppelten Turbinenrad, einem in einer Dreh­ richtung blockierbaren Leitrad, die zusammen einen mit Hydraulikflüssigkeit ge­ füllten Wandlerkreislauf bilden, wobei die Überbrückungskupplung axial zwi­ schen der Außenseite des Turbinenrades und der ihr gegenüberliegenden In­ nenseite des die Verbindung zwischen Pumpenrad und Brennkraftmaschine herstellenden Wandlergehäuses angeordnet ist und einen ebenso wie das Wandlergehäuse vorzugsweise mit Schlupf zum jeweils zugeordneten Reibbe­ lag antreibbaren, axial verschiebbaren und mit dem Wandlergehäuse eine Kammer begrenzenden Kolben umfaßt, der über einen ersten Reibbelag mit ei­ ner zum Turbinenrad drehfesten Lamelle in Anlage bringbar ist, die ihrerseits mit ihrer Gegenseite über einen zweiten Reibbelag an dem Wandlergehäuse angreift, wobei zwischen dem Wandlergehäuse und der Lamelle einerseits und zwischen der letztgenannten und dem Kolben andererseits Kanäle zum Durch­ fluß von Öl ausgebildet sind, die aufgrund des Druckgefälles zwischen dem Turbinenrad und der Kammer von radial außen nach radial innen durchströmbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß in den zwischen dem Kolben (18) und der Lamelle (44) liegenden Kanälen (70) der Durchfluß von Hydraulikflüssigkeit in die Kammer (38) gegenüber den zwischen der Lamelle (44) und dem Wandler­ gehäuse (13) vorgesehenen Kanälen (62) reduziert ist, indem die erstgenann­ ten Kanäle (70) bei höchstens gleicher Anzahl gegenüber den anderen Kanä­ len (62) einen wesentlich geringeren Querschnitt als diese aufweisen.

2. Überbrückungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den im zwischen Wandlergehäuse (13) und Lamelle (44) vor­ gesehenen Reibbelag (61) ausgebildeten Kanälen (62) am Wandlergehäu­ se (13) vorzugsweise im Erstreckungsbereich des zweiten Reibbelags (61) an der demselben zugewandten Seite weitere Kanäle (62) vorgesehen sind.