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Die Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung
für ein
Kraftfahrzeug, mit einer mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine
verbundenen Föttinger-Kupplung,
umfassend ein Pumpenrad und ein Turbinenrad mit jeweils einem unteren,
nabenseitigen Fußteil
und oberen Schaufeln, und mit einer mit der Föttinger-Kupplung in einem gemeinsamen
Gehäuse
zusammengefassten, mit der Föttinger-Kupplung
und einer Getriebeeingangswelle verbundenen, mechanischen Schaltkupplung,
welche koaxial zu der Getriebeeingangswelle und der Föttinger-Kupplung
angeordnet und derart mit dem Pumpenrad und dem Turbinenrad der
Föttinger-Kupplung
verbunden ist, dass unter Überbrückung der
Föttinger-Kupplung die
Kurbelwelle direkt mit der Getriebeeingangswelle verbindbar ist,
wobei die mechanische Schaltkupplung mittels einer Kolben-Zylinderanordnung
betätigbar
ist und die Getriebeeingangswelle eine sich in axialer Richtung
erstreckende Bohrung aufweist, durch welche die Kolben-Zylinderanordnung
mit einem flüssigkeitsvermittelten
Steuerdruck versorgbar ist.
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Kupplungsanordnungen mit Föttinger-Wandler
und mechanischer Schaltkupplung sind allgemein bekannt. Sie werden
bekanntermaßen
bei Kraftfahrzeugen mit Automatikgetrieben eingesetzt, bei denen einerseits
auf einen im Aufbau aufwendigeren hydrodynamischen Drehmomentwandler
verzichtet werden soll, andererseits aber die Vorteile einer hydrodynamischen
Kupplung, beispielsweise für
den Anfahrvorgang, genutzt werden sollen. Mit Hilfe der Überbrückungskupplung
ist es möglich,
bei hohen Geschwindigkeiten den Föttinger-Wandler zu überbrücken und
so eine direkte mechanische Verbindung zwischen der Brennkraftmaschine
und dem Automatikgetriebe zu schaffen.
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Eine gattungsbildende Kupplungsanordnung gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 ist aus der
DE
734 875 C bekannt. Dabei ist für jeden der dort vorgesehenen
beiden Druckzylinder zur Betätigung jeweils
einer mechanischen Schaltkupplung ein sich in axialer Richtung erstreckender
Kanal innerhalb der Getriebeeingangswelle vorgesehen. Über diese
Kanäle
sind die Kolben-Zylinderanordnungen mit einem Steuerdruck beaufschlagbar.
Für die
Versorgung der mechanischen Schaltkupplung sowie der Föttinger-Kupplung
mit Kühl-
und Schmieröl
sind keine besonderen Maßnahmen vorgesehen,
da die gesamte Einheit in einem ölgefüllten Gehäuse angeordnet
ist. Dies führt
jedoch zu dem Nachteil erheblichen Platzbedarfs.
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Bei einer ähnlichen, aus
DE 961 058 C bekannten Kupplungsanordnung
sind die Versorgungskreisläufe
für das
Druckmedium zur Betätigung
der mechanischen Schaltkupplung einerseits und zur Kühlung und
Schmierung der Föttinger-Kupplung
andererseits im Wesentlichen getrennt. In diesem Fall sind zwei
koaxial ineinander angeordnete Kanäle innerhalb der Getriebeeingangswelle
vorgesehen. Zwar werden bei Kanäle,
d.h. beide Funktionskreisläufe
aus demselben Reservoir gespeist; die Kreise sind jedoch als von
einander getrennt. Auch arbeitet die bekannte mechanische Schaltkupplung
als Mehrscheibentrockenkupplung, die keine Versorgung mit Kühl- und
Schmieröl
benötigt.
Nachteilig bei dieser Konstruktion ist die komplizierte Kanalführung, die
einen hohen Herstellungsaufwand bedingt.
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Weitere verwandte Kupplungsanordnungen sind
beispielsweise aus
US 4,388,987 ,
DE 965 982 C ,
DE 969 481 C ,
DE 717 306 C ,
DE 34 14 490 A1 und
DE 35 07 915 A1 bekannt,
die jedoch keine Einzelheiten zu dem im Rahmen der vorliegenden
Erfindung besonders relevanten Aspekt der speziellen Kanalführung zur
Versorgung der Doppelkupplung mit Küh1- und Schmiermittel einerseits
sowie mit Druckfluid zur Betätigung
der mechanischen Schaltkupplung andererseits offenbaren.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es,
eine kurzbauende Kupplungsanordnung, bestehend aus einer Föttinger-Kupplung
und einer mechanischen Schaltkupplung, mit einfacher Kanalführung, geringer Baugröße und großer Zuverlässigkeit
vorzustellen.
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Diese Aufgabe wird in Verbindung
mit den Merkmalen der Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass
der Fußteil
des Pumpenrades in Richtung zum Getriebe hin als Hohlwelle ausgebildet
ist, wobei der Hohlraum zwischen der Hohlwelle und der in ihr angeordneten
Getriebeeingangswelle als Ringkanal zur Versorgung der mechanischen
Schaltkupplung und der Föttinger-Kupplung
mit Kühl-
und Schmieröl
dient, und dass ein Ringzylinder der Kolben-Zylinderanordnung durch
eine Bohrung mit einem zwischen Turbinenrad und Gehäuse angeordneten,
von dem Kühl-
und Schmieröl
durchströmten Turbinenradraum
verbunden ist, sodass bei Betrieb der Ringzylinder ständig durchströmt wird
und die Betätigung
der mechanischen Schaltkupplung durch Vertauschen der Strömungsrichtung
in dem Kanal der Getriebeeingangswelle steuerbar ist.
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Diese erfindungsgemäßen Merkmale
führen trotz
einfacher Kanalführung
und somit einfacher Herstellungsweise zu einer guten Kühlung und Schmierung
aufgrund dauerhafter Zirkulation des Kühl- und Schmiermittels sowie
zu einer einfachen und reversiblen Betätigung der mechanischen Schaltkupplung über die
Kolben-Zylinderanordnung. In
jeder Laufrichtung, d.h. bei Vorwärts- sowie Rückwärtsfahrt,
kann die mechanische Schaltkupplung durch einfache Umkehr der Strömungsrichtung
in dem Kanal der Getriebeeingangswelle gesteuert werden. Eine Rückstellung
des Druckkolbens erfolgt auf einfache Weise durch den Druckunterschied
zwischen Druckzylinder und Turbinenradraum. Ein spezielle, mechanische
Vorrichtung zur Rückstellung, wie
etwa die sowohl in
DE
734 875 C als auch in
DE 961058 C
vorgesehenen Rückstellfedern,
ist nicht erforderlich, was zu einer Bauteileinsparung sowie zu erhöhter Betriebssicherheit
durch fehlende Bruchgefahr der Federn führt.
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Die Versorgung mit Schmier- und Kühlöl, das auch
als Übertragungsmedium
dient, erfolgt mit geringem Druck durch eine Zu- und Rückleitung
innerhalb der Getriebeeingangswelle. Bei einem entsprechenden Kupplungsdruck
ist beispielsweise auch ein Dauerschlupf an der Überbrückungskupplung möglich, so
daß auf
einen separaten Schwingungsdämpfer
zwischen der Brennkraftmaschine und dem Automatikgetriebe verzichtet
werden kann.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
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Der erfindungsgemäße Aufbau der Kupplungsanordnung
sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können mit
Hilfe in der Zeichnung an zwei in Ausführungsbeispielen dargestellten
Kupplungsanordnungen erläutert
werden. Im einzelnen zeigen
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1 eine
Kupplungsanordnung mit separater Öl-Rückführleitung und
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2 eine
Kupplungsanordnung ohne separater Öl-Rückführleitung.
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In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel zur erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung
ist mit 23 die Föttinger-Kupplung
bezeichnet. Diese Föttinger-Kupplung
besteht aus einem Gehäusebauteil 1,
das über
Befestigungskörper 21, 22 mit einem
Mitnehmerblech 19 verbunden ist, das seinerseits an der
Kurbelwelle 18 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine
befestigt ist. An diesem Gehäusebauteil 1 ist
das Pumpenrad 2 der Föttinger-Kupplung
befestigt, das aus einem Fußteil 5 und
einem oberen, mit Pumpenschaufeln 27 besetzten Teil besteht.
Der Fußteil 5 des
Pumpenrades 2 ist in Richtung zum nicht dargestellten Automatikgetriebe
als Hohlwelle 7 ausgebildet.
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Innerhalb des Gehäuses 1 der Föttinger-Kupplung 23 ist
gegenüber
dem Pumpenrad 2 ein Turbinenrad 3 angeordnet,
das ebenfalls einen mit Turbinenschaufeln 28 besetzten
oberen Teil, und einen über
eine Buchse 24 auf der Getriebeeingangswelle 8 befestigten
Fußteil 4 aufweist.
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Die Getriebeeingangswelle 8 ist
koaxial zur Hohlwelle 7 der Föttinger-Kupplung 23 angeordnet, und
in einem Lagerzapfen 20 gelagert, der wiederum in der Kurbelwelle 18 geführt wird.
Dabei ist die Welle 7 im Zapfen 20 und dieser
Zapfen 20 in der Kurbelwelle 18 jeweils axial
verschieblich angeordnet.
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Koaxial zwischen den Turbinen- und
Pumpenschaufeln 27, 28 der Föttinger-Kupplung auf der einen
Seite und der Getriebeeingangswelle 8 auf der anderen Seite
ist die mechanische Schaltkupplung 6 angeordnet. Sie ist
genau in dem Bauraum untergebracht, der durch die Fußteile 4, 5 des
Pumpenrades 2 und des Turbinenrades 3 der Föttinger-Kupplung gebildet
wird. Die Kupplungsscheiben 11 dieser mechanischen Schaltkupplung
sind dabei mit dem Fußteil 4 des
Turbinenrades 2 verbunden, während die Kupplungskörper 12 an
dem Fußteil 5 des
Pumpenrades 2 befestigt sind.
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Zur Betätigung der mechanischen Schaltkupplung
ist eine Kolben-Zylinderanordnung
vorgesehen, die aus einem Ringzylinder 9 besteht, der zwischen
einem Ringkolben 10 und dem Fußteil 4 des Turbinenrades 3 gebildet
wird. Zwischen dem Ringkolben 10 und den Kupplungskörpern 12 ist
eine Druckplatte 25 vorgesehen, die ihrerseits am Fußteil 4 des
Turbinenrades befestigt ist.
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Die Kolben-Zylinderanordnung 9, 10 der
mechanischen Schaltkupplung 6 wird mit einem Druckmedium
versorgt, das durch eine Bohrung 13 in der Getriebeeingangswelle 8 sowie über einen
Kanal 16 in der Buchse 24 und dem Fußteil 4 des
Turbinenrades in den Ringzylinder 9 geführt wird.
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Zur Versorgung der mechanischen Schaltkupplung
und der Föttinger-Kupplung
mit Kühl-
und Schmieröl
wird der Hohlraum 14 zwischen der Hohlwelle 7 und
der Getriebeeingangswelle 8 genutzt. Die Abfuhr dieses
Mediums erfolgt über
eine weitere Bohrung 15 in der Getriebeeingangswelle 8,
die über einen
weiteren Kanal 17 mit dem Turbinenradraum 26 zwischen
dem Turbinenrad 3 und dem Gehäuse 1 in Verbindung
steht.
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In 2 ist
eine Variante zur Versorgung dieser Doppelkupplungsanordnung mit
Steuerdruck-, sowie Kühl-
und Schmieröl
dargestellt. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist hier nur eine Bohrung 13 in
der Getriebeeingangswelle 8 vorgesehen. Über diese
Bohrung und den Kanal 16 wird der Ringzylinder 9 mit
dem für
die mechanische Kupplung notwendigen Steuerdruck versorgt. Die Zu- und
Abfuhr des Kühl-
und Schmiermediums für
die mechanische Kupplung 6 und für die Föttinger-Kupplung 23 erfolgt wie bekannt über den
zwischen der Hohlwelle 7 und der Getriebeeingangswelle 8 gebildeten
Ringraum 14. Zusätzlich
ist jedoch eine Bohrung 31 in dem Fußteil 4 des Turbinenrades 3 vorgesehen,
die den Turbinenradraum 26 mit dem Ringzylinder 9 der
Kolbenzylinderanordnung 9, 10 verbindet. Durch
diese Bohrung 31 wird der Ringzylinder 9 ständig durchströmt, wobei
das Ein- und Ausschalten der mechanischen Schaltkupplung durch das
Vertauschen der Strömungsrichtung
in Bohrung 13 in der Getriebeeingangswelle gesteuert. Die
Rückstellung des Ringkolbens 10 der
mechanischen Schaltkupplung 6 erfolgt durch die Druckdifferenz
zwischen dem Öldruck
im Turbinenradraum 26, und dem Druck im Ringzylinder 9.
Durch diese Anordnung ist ein Durchströmen der mechanischen Schaltkupplung
und der Föttinger-Kupplung mit Kühl- und
Schmieröl über den Hohlraum 14 zwischen
der Hohlwelle 7 und der Getriebeeingangswelle 8 in
beiden Strömungsrichtungen
(siehe Pfeil 29, 30) möglich.
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Wenngleich die Föttinger-Kupplung gegenüber den
typischerweise in Kombination mit automatischen Getrieben eingesetzten
hydrodynamischen Drehmomentwandlern einige Nachteile aufweist, so kann
die erfindungsgemäße Kupplungsanordnung etwa
im Zusammenwirken mit einem stufenlosen Umschlingungsgetriebe (CVT-Getriebe)
doch von erheblichem Vorteil sein. Da moderne CVT-Getriebe eine
Spreizung von ca. sechs aufweisen, kann die Anfahrübersetzung
so kurz gewählt
werden, daß man
durchaus ohne die zusätzliche
Drehmomentverstärkung
eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers auskommen kann.
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Ein weiterer Vorteil, der üblicherweise
bei der Kombination zwischen einem hydrodynamischen Drehmomentwandler
und einem automatischen Stufenwechselgetriebe genutzt wird, nämlich daß der Wandler
beim plötzlichen
Gasgeben sofort durch Öffnen
der Überbrückungskupplung
Zugkraft zur Verfügung
stellen kann, ohne daß eine
Rückschaltung
des Getriebes notwendig wird, wird beim CVT-Getriebe nicht benötigt, da mit ihm eine schnelle
und kontinuierliche Verstellung der Übersetzung möglich ist.
Aus diesen Anforderungen heraus folgt, daß ein CVT-Getriebe mit einer
hydraulischen Föttinger-Kupplung und
einer parallel geschalteten Lamellen-Überbrückungskupplung den gleichen
Komfort erzielt, wie ein konventionelles automatisches Stufenwechselgetriebe
mit Drehmomentwandler. Da eine Föttinger-Kupplung
mit integrierter Überbrückungskupplung
einen geringeren Bauraum benötigt
als ein Drehmomentwandler, ist in allen Fällen, in denen die Länge des CVT-Getriebes
zu Einbauproblemen führt,
die Föttinger-Kupplung
mit Überbrückungskupplung
das ideale Anfahrelement für
ein derartiges Antriebsaggregat.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich
für Kraftfahrzeuge,
bei denen in Schubbetriebsphasen die Brennkraftmaschine vom Rest
des Antriebsstranges abgetrennt wird. Derartige, als Fahrzeuge mit "Schwungnutzautomatik" bekannt gewordene
Kraftfahrzeuge benötigen
dann, wenn sie mit einem CVT-Getriebe mit Drehmomentwandler ausgerüstet sind,
für diesen Schwungnutzbetrieb
eine sehr viel aufwendigere Trennkupplung, damit der Motor während der
Fahrt abgestellt werden kann ohne mitgeschleppt zu werden. Bei der
vorgeschlagenen Kupplungsanordnung mit einer Föttinger-Kupplung und einer
mechanischen Schaltkupplung ist dies nicht nötig. Durch Kippen der Pumpen-
und/oder Turbinenschaufeln in Drehrichtung ist ein beliebiges Verhältnis der
Momentensteifigkeit zwischen Schub und Zug einstellbar. Man kann
also auf hydraulischem Wege einen Freilauf wie beim hydrodynamischen
Drehmomentwandler erzeugen, der im Vergleich zu einem mechanischen
Freilauf jedoch noch weicher zu- und abgeschaltet werden kann.
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Pumpenrad
- 3
- Turbinenrad
- 4
- Fußteil
- 5
- Fußteil
- 6
- mechanische
Schaltkupplung
- 7
- Hohlwelle
- 8
- Getriebeeingangswelle
- 9
- Ringzylinder
- 10
- Ringkolben
- 11
- Kupplungskörper
- 12
- Kupplungsscheibe
- 13
- Bohrung
- 14
- Ringraum
- 15
- Bohrung
- 16
- Kanal
- 17
- Kanal
- 18
- Kurbelwelle
- 19
- Mitnehmerblech
- 20
- Lagerzapfen
- 21
- Befestigungskörper
- 22
- Befestigungskörper
- 23
- Föttinger-Kupplung
- 24
- Buchse
- 25
- Druckplatte
- 26
- Turbinenradraum
- 27
- Pumpenschaufel
- 28
- Turbinenschaufel
- 29
- Strömungsrichtung
- 30
- Strömungsrichtung
- 31
- Bohrung