DE4432624C1 - Hydrodynamischer Drehmomentwandler mit einer Überbrückungskupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit einer Überbrückungskupplung, die einen über wenigstens einen Reibbelag mit dem Wandlergehäuse verbindbaren, in Achsrichtung auslenkbaren Kolben gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 umfaßt.

Durch die US-PS 3 972 400 ist ein Reibbelag bekannt, wie er beispielsweise am Kolben einer Überbrückungskupplung verwendet werden könnte. Dieser Reibbelag weist eine Mehrzahl von Vertiefungen auf, die sich sowohl in radialer Richtung als auch unter einem vorbestimmbaren Winkel hierzu erstrecken. Allen Vertiefungen gemeinsam ist, daß jede einen eigenen Zulauf sowie einen eigenen Ablauf besitzt und den radial äußeren Rand des Reibbelags mit dem radial inneren Rand auf dem kürzest möglichen Weg, nämlich jeweils geradlinig, verbindet. Die einzelnen Vertiefungen sind durch einen spiralförmig im Reibbelag ausgebildeten Kanal untereinander verbunden.

Bei der bekannten Ausbildung der Vertiefungen mit geradlinigem Verlauf zwischen Zu- und Ablauf durchströmt Hydraulikflüssigkeit, wie beispielsweise Öl die Vertiefungen auf kürzest möglichem Weg. Verständlicherweise ist die hierdurch erzielbare Kühlwirkung am Reibbelag wegen der kurzen Verweildauer des Öls denkbar gering, weshalb die Verbindungen durch den zusätzlichen spiralförmigen Kanal ergänzt werden. Die Verweildauer des Öls in diesem Kanal ist zwar hoch, wodurch ein genügender Wärmeaustausch erfolgen dürfte, jedoch hat sich bei Versuchen gezeigt, daß der Reibbelag dann mit zu hoher Flächenpressung belastet sein kann.

Aus der nachveröffentlichten DE 44 20 959 A1 geht ein hydrodynamischer Drehmomentwandler mit einer Überbrückungskupplung hervor, die einen über einen Reibbelag mit dem Wandlergehäuse verbindbaren, in Achsrichtung auslenkbaren Kolben umfaßt, wobei im Bereich der Reibfläche, wie insbesondere der Fig. 6 entnehmbar ist, eine Mehrzahl von Vertiefungen zum Durchfluß von Hydraulikflüssigkeit aus dem Wandlerkreis, vorzugsweise von Öl, ausgebildet sind, die zwischen dem radial äußeren und dem radial inneren Rand des Reibbelags in Umfangsrichtung verlaufen, wobei die Vertiefungen sich zwischen je einem Zulauf und je einem Ablauf für das Öl zickzackförmig erstrecken und damit eine Mehrzahl von Umlenkungen aufweisen, so daß durchströmendes Öl beim Durchfluß jeder Vertiefung mehrmals seine Strömungsrichtung ändert und demnach im Wechsel einmal im wesentlichen nach radial innen und einmal im wesentlichen nach radial außen strömt. Nach Durchgang durch die Vertiefung strömt das Öl, das im Umfangsbereich über den Zulauf in die Vertiefung eingetreten ist, im radial inneren Bereich über den Ablauf in eine an die Gehäusewand angrenzende Kammer, von wo es aus dem Wandlergehäuse herausgeführt wird.

Durch die zickzackförmige Ausbildung der Vertiefung und die hierdurch bedingte häufige Umlenkung der Strömungsrichtung des Öls ist der Reibbelag großflächig kühlbar. Nachteilig macht sich hierbei allerdings bemerkbar, daß sich das jeweils in einer Vertiefung befindliche Öl wegen seiner relativ geringen Menge nach Eintritt in den Zulauf rasch erwärmt und, je mehr es sich dem Ablauf nähert, seine Kühlwirkung reduziert. Außerdem besteht nicht die Möglichkeit, thermisch hochbelastete Bereiche des Reibbelags besonders intensiv zu kühlen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Reibbelag an einem Kolben einer Überbrückungskupplung eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers so auszubilden, daß bei Durchfluß von Öl durch Vertiefungen im Reibbelag möglichst viel Wärme aufnehmbar ist und thermisch hochbelastete Stellen des Reibbelags besonders effektiv kühlbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Durch eine Änderung der Erstreckungsrichtung jeder Vertiefung zumindest einmal zwischen einem Zu- und einem Ablauf für die Hydraulikflüssigkeit, beispielsweise Öl wird bewirkt, daß das Öl im Bereich der Umlenkung eine Drosselung erfährt und dadurch verstärkt Wärme aufnehmen kann. Dieser Effekt wird erfindungsgemäß durch Ausbildung einer Aufweitung im Bereich einer Umlenkung genutzt, so daß gerade an einer Stelle des Reibbelags, an der, wie zuvor beschrieben, aufgrund einer Drosselung der Strömung, ein erhöhter Wärmeaustausch gewährleistet ist, wegen der als Reservoir für Öl wirksamen Aufweitung eine größere Menge des Öls zur Verfügung steht, das, bedingt durch seine vergleichsweise große Menge auch nach Wärmeaufnahme vom Reibbelag nicht so stark erwärmt ist wie eine kleinere Menge, die ohne die Aufweitung vorliegen würde. Demzufolge ist im Umgebungsbereich einer derartigen Aufweitung eine gegenüber der restlichen Vertiefung nochmals erhöhte Kühlwirkung zu verzeichnen. Die Aufweitung sollte daher in einem Bereich des Reibbelags angeordnet sein, in welchem wegen extremer thermischer Belastung eine besonders intensive Kühlung erforderlich ist.

Ansonsten wird durch die Umlenkung bewirkt, daß das Öl nicht auf dem kürzest möglichen Weg den Reibbelag durchquert, sondern über einen Umweg zum zugeordneten Ablauf geleitet wird. Dem Öl steht somit eine längere Verweildauer zur Verfügung, in welcher Wärme aufgenommen werden kann, bevor es den Reibbelag verläßt. In Abhängigkeit von der Ausbildung der Vertiefungen können, bis der Ablauf erreicht ist, noch eine Mehrzahl weiterer Umlenkungen mit Aufweitungen vorgesehen sein. Hierbei gilt generell, daß die Anzahl hintereinander geschalteter Umlenkungen mit Aufweitungen bei einer Vertiefung davon abhängig ist, wieviel Wärme der Reibfläche im Erstreckungsbereich der Vertiefung entzogen werden muß. Derart gestaltet, ist der Reibfläche viel Wärme entziehbar, obwohl zwischen den einzelnen Vertiefungen genügend Reibfläche zur Begrenzung der Flächenpressung verbleibt.

In den Ansprüchen 2 und 3 sind vorteilhafte Weiterbildungen der Vertiefungen angegeben, wodurch erreichbar ist, daß bei möglichst wenig Zu- und Ablaufstellen die Anzahl der mit Öl durchströmten Kanäle einer Vertiefung vergleichsweise hoch ist. Die Folge hiervon ist eine nochmals gleichmäßigere Kühlung des Reibbelags über dessen gesamte Breite.

Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die obere Hälfte eines Längsschnittes durch die mit zwei Reibbelägen ausgebildete Überbrückungskupplung an einem Drehmomentwandler;

Fig. 2 einen Reibbelag aus der Ansicht A der Fig. 1 zur Darstellung von Vertiefungen in demselben, wobei die Vertiefungen zwischen je einem Zu- und einem Ablauf mehrmals zwischen dem radial äußeren und dem radial inneren Rand des Reibbelags verlaufen;

Fig. 3 wie Fig. 2, aber mit einem in jede Vertiefung integrierten Zu- und Ablauf;

Fig. 4 wie Fig. 3, aber mit Vertiefungen, die angrenzend an den Zu- oder Ablauf jeweils eine Verzweigung bzw. eine Zusammenführung aufweisen;

Fig. 5 wie Fig. 2, aber mit jeweils gegenläufigen Vertiefungen im Reibbelag.

In Fig. 1 ist derjenige Bereich eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers herausgezeichnet, in dem Reibbeläge zur Übertragung eines Drehmomentes vom Wandlergehäuse sowie von einem Kolben der Überbrückungskupplung auf eine Abtriebswelle vorgesehen sind. Es wurde hierbei darauf verzichtet, den Drehmo­ mentwandler als Ganzes darzustellen und zu beschreiben, weil derartige Drehmomentwandler aus dem Stand der Technik bekannt sind, beispielsweise aus der DE 41 21 586 A1.

Die in Fig. 1 gezeigte Überbrückungskupplung 1 weist einen Kolben 2 auf, der an seiner dem Wandlergehäuse 3 zugewandten Seite im radial äußeren Bereich zur Inanlagebringung eines Reibbelags 4 ebenflächig ausgebildet ist. Zwischen diesem Reibbelag und einem weiteren Reibbelag 5, der an einem ebenfalls ebenflächigen Bereich des Wandlergehäuses 3 zur Anlage bringbar ist, hängt eine Lamelle 6, die drehfest, aber axial verschiebbar an einem Lamellenmitnehmer 7 aufgenommen ist, der seinerseits am Turbinenrad 8 befestigt ist. Die Reibbeläge 4, 5 sind an der Lamelle 6 befestigt.

Der Kolben 2 ist im radial inneren Bereich über eine Feder 10 mit einer Halterung 11 verbunden, die auf einem Ansatz eines gehäusefesten Zapfens 12 verstemmt ist. Der Kolben 2 wird unter der Wirkung des durch den Wandler zugeführten Hydraulikmittels, wie beispielsweise Öl, über die Reibbeläge 4 und 5 sowie die Lamelle 6 mit dem Wandlergehäuse 3 in Anlage gehalten, sofern nicht durch Umsteuerung in aus der DE 41 21 586 A1 bekannter Weise eine zwischen dem Wandlergehäuse 3 und dem Kolben 2 verbleibende Kammer 18 mit einem Druck beaufschlagt wird, der höher als derjenige an der vom Wandlergehäuse 3 abgewandten Seite des Kolbens 2 ist. In Abhängigkeit von den Druckver­ hältnissen auf den beiden Seiten des Kolbens 2 steht dieser entweder in reibschlüssiger Verbindung mit dem Wandlergehäuse 3, so daß über die Reib­ beläge 4, 5 und die Lamelle 6 sowie den Lamellenmitnehmer 7 eine Drehung des Wandlergehäuses 3 auf das Turbinenrad 8 und von diesem über die Turbinen­ nabe 13 auf eine Abtriebswelle 14 übertragen wird, die über eine Verzahnung 32 drehfest in der Turbinennabe 13 aufgenommen ist. Durch Umsteuerung kann der Kolben 2 von der Lamelle 6 und damit vom Wandlergehäuse 3 getrennt werden, so daß die Antriebsbewegung des Wandlergehäuses 3 über das Pumpenrad 15 mit Schlupf auf das Turbinenrad 8 geleitet wird und von dort über die Turbinennabe 13 auf die Abtriebswelle 14 gelangt.

Der Kolben 2 ist ohne einen Torsionsschwingungsdämpfer ausgebildet. Es kann daher erforderlich sein, die Anpreßkraft des Kolbens gegenüber der Lamelle 6 und dem Wandlergehäuse 3 so zu steuern, daß, sofern Drehstöße über das Letztgenannte eingeleitet werden, Schlupf zwischen den Reibbelägen 4, 5 und der Lamelle 6 entstehen kann. Dem Vorteil einer Schwingungsdämpfung mittels der Reibung steht allerdings ein erhöhter Kühlungsbedarf der Wandlerbauteile, wie Wandlergehäuse 3, Lamelle 6 und Kolben 2 entgegen. Aus diesem Grund ist vorgesehen, durch den Wandler zugeführtes Öl radial außen an den Reibbelä­ gen 4, 5 in Vertiefungen 17, die in den Fig. 2 bis 6 gezeigt sind, einzuleiten und, nach Durchströmung der Vertiefungen 17, an den radialen Innenseiten der Reibbeläge 4, 5 herauszuführen und über die Kammer 18 zwischen dem Wandlergehäuse 3 und dem Kolben 2 sowie über nach radial innen zur Drehachse 19 führende Bohrungen 20 ins Drehzentrum des Dreh­ momentwandlers zu leiten, wo es durch eine Längsbohrung 21 in der Abtriebs­ welle 14 in einen Ölvorrat zurückströmen kann.

Um eine möglichst optimale Kühlwirkung im Bereich der Reibbeläge zu erzielen, wird erfindungsgemäß ein Verlauf für die Vertiefungen 17 vorgeschlagen, wie er beispielsweise für den Reibbelag 4, gemäß der Fig. 2 gezeigt ist. Hierbei ist für eine Vertiefung 17 am radial äußeren Rand 22 des jeweiligen Reibbelags 4, 5 ein Zulauf 23 vorgesehen, der in eine Aufweitung 24 der Vertiefung 17 mündet. Ausgehend von der Aufweitung 24 setzt sich die Vertiefung 17 in Form von Kanälen 29 in Umfangsrichtung fort, wobei diese Fortsetzung beidseitig nach radial innen verläuft, bis jeweils nahezu der radial innere Rand 25 des Reibbelags 4, 5 erreicht ist. Dort erfährt die Vertiefung 17 wiederum eine Aufweitung 24 und läuft im Anschluß daran auf erneut verengte Kanalquerschnitt nach radial außen bis dicht an den Rand 22, wo eine weitere Aufweitung 24 vorgesehen ist. Die Vertiefung 17 kann mit einer Mehrzahl derartiger Verläufe zwischen dem äußeren Rand 22 und dem inneren Rand 25 des Reibbelags 4, 5 pendeln, bis sie einen Ablauf 26 erreicht, der nach radial innen führt. Der Ablauf 26 ist ebenso wie der Zulauf 23 senkrecht zum jeweils zugeordneten Rand des Reibbelags 4, 5 ausgerichtet.

Öl, das über den Zulauf 23 in die Vertiefung 17 eingetreten ist, wird über die Kanäle 29 derart weitergeleitet, daß es praktisch den gesamten Reibbelag 4 von radial außen nach radial innen durchströmt. Die Mehrzahl an Umlenkungen 28, die das Öl bis zum Erreichen des Ablaufs 26 durchströmen muß, sorgen hierbei für einen höheren Wärmeaustausch als bei geradlinig durchfließendem Öl, was noch dadurch unterstützt wird, daß im Bereich der jeweiligen Umlenkung 28 die Vertiefung 17 eine Aufweitung 24 aufweist, die zur Aufnahme eines Ölvorrates dient und dadurch die Kühlwirkung an dieser Stelle verstärkt. Da über den Umfang des Reibbelags 4, 5 gesehen eine Mehrzahl derartiger Vertiefungen 17 vorgesehen sind, sind die den Reibflächen benachbarten Wandlerelemente, wie Wandlergehäuse 3, Kolben 2 oder Lamelle 6 gut kühlbar, ohne daß eine überzogen große Kühlfläche vorhanden sein müßte, die wiederum eine zu hohe Flächenpressung an den Reibbelägen zur Folge hätte.

Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der Vertiefungen 17, wobei zwischen jeweils einem Zulauf 23 und einem Ablauf 26 nur zwei Umlenkungen 28 und demnach zwei Aufweitungen 24 vorgesehen sind. Aufgrund der geringeren Erstreckungslänge dieser Vertiefungen im Vergleich zu denjenigen gemäß Fig. 2 ist die Aufenthaltsdauer des Öls innerhalb des Reibbelags 4, 5 kürzer, so daß der Austausch bereits erwärmten Öls gegen frisch nachströmendes Öl rascher erfolgt. Auch bei dieser Ausführung wird dafür gesorgt, daß der gesamte Reibbelag 4, 5 von seinem radial äußeren Rand 22 bis zu seinem radial inneren Rand 25 möglichst gleichmäßig gekühlt wird. Die Umlenkungen 28 mit den Aufweitungen 24 erbringen hierbei den bereits beschriebenen verstärkten Kühleffekt.

Fig. 4 zeigt Vertiefungen 17, die zwischen jeweils einem Zulauf 23 und einem Ablauf 26 pro Kanal 29 jeweils eine Umlenkung 28 mit einer Aufweitung 24 aufweisen. Charakteristisch hierbei ist, daß der Zulauf 23 eine Verzweigung 30 in zwei Kanäle 29 erfährt, die anschließend wieder beide über eine Zusammenführung 31 in einen gemeinsamen Ablauf 26 münden. Wie schon optisch ersichtlich, wird durch diesen Verlauf der Vertiefungen 17 die Reibfläche 4, 5 möglichst großflächig gekühlt.

Der Verlauf der Vertiefungen 17 gemäß Fig. 5 entspricht demjenigen der Fig. 4 weitgehend, es liegt allerdings der Unterschied vor, daß zwischen jeweils einem Zulauf 23 und einem Ablauf 26 eine Mehrzahl von Umlenkungen 28 mit jeweils einer Aufweitung 24 ausgebildet sind. Hierdurch wird die Verweildauer des Kühlöls in den Vertiefungen 17 erhöht, bevor es den Reibbelag 4, 5 verlassen kann.

Es ist selbstverständlich klar, daß zur Erzielung des gewünschten Effektes nicht unbedingt die Reibbeläge 4, 5 mit den Vertiefungen 17 ausgebildet sein müssen. Ebenso wäre denkbar, die Reibbeläge 4, 5 an ihren den Wandlerelementen 2 und 3 zugewandten Seiten glatt auszubilden und die jeweils ebenflächigen Bereiche von Kolben 2 und Wandlergehäuse 3 mit Vertiefungen 17 zu versehen, die einen Verlauf entsprechend Fig. 2 bis 5 aufweisen. Des weiteren ist vorstellbar, an den ebenflächigen Bereichen von Kolben 2 und Wandlergehäuse 3 jeweils Reibbelä­ ge 4, 5 anzubringen, die an ihren der Lamelle 6 jeweils zugewandten Seiten glattflächig ausgebildet sind. Bei dieser Ausführung müßte die Lamelle 6 beidseitig mit Vertiefungen 17 ausgebildet sein, die einen Verlauf gemäß Fig. 2 bis 5 haben.

Claims (3)

1. Hydrodynamischer Drehmomentwandler mit einer Überbrückungskupplung, die einen über wenigstens einen Reibbelag mit dem Wandlergehäuse verbindbaren, in Achsrichtung auslenkbaren Kolben umfaßt, wobei im Bereich der Reibfläche eine Mehrzahl von Vertiefungen zum Durchfluß von Hydraulikflüssigkeit aus dem Wandlerkreis, vorzugsweise von Öl, ausgebildet ist, die zwischen dem radial äußeren und dem radial inneren Rand des Reibbelags in Umfangsrichtung über einen vorbestimmbaren Winkel mit sich änderndem radialen Abstand zur Drehachse des Reibbelags verlaufen, dadurch gekennzeichnet daß bei jeder Vertiefung (17) zwischen je einem Zulauf (23) und einem Ablauf (26) für das Öl durch zumindest eine Umlenkung (28) jeweils die Erstreckungsrichtung der Vertiefung (17) derart geändert wird, daß deren Radialkomponente entgegengesetzt zu derjenigen vor der Umlenkung ausgerichtet ist, wobei die Vertiefung (17) im Bereich einer Umlenkung (28) eine Aufweitung (24) aufweist.

2. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf (23) über eine Verzweigung (30) mit einer Mehrzahl von Kanälen (29) verbunden ist.

3. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Kanälen (29) über eine Zusammenführung (31) in einen gemeinsamen Ablauf (26) mündet.