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Die
vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der hydrokinetischen
Drehmomentwandler für automatische
Getriebe. Insbesondere liegt die Erfindung auf dem Gebiet einer Überbrückungskupplung für einen
Drehmomentwandler.
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Eine
Vorrichtung zur Reduzierung von Geräuschen und Vibrationen in einem
Drehmomentwandler ist in der US-Patentschrift Nr.
5,477,950 beschrieben, welche der
Anmelderin der vorliegenden Erfindung erteilt wurde. Der hydrokinetische
Drehmomentwandler beinhaltet ein Pumpenrad und ein Turbinenrad.
Das Gehäuse
für das
Pumpenrad beinhaltet eine Überbrückungskupplungseinheit
mit einer Kupplungslamelle, welche mit einer Reibfläche am Pumpenradgehäuse in Eingriff
steht. Die Kupplungslamelle trägt
eine Reibmaterialbeschichtung, welche den reibschlüssigen Antriebseingriff
zwischen dem Pumpenrad und der Turbine herstellt, wenn der Differenzdruck
an der Kupplungsplatte groß genug
ist, eine Kupplungsschließkraft
zu erzeugen.
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Über eine
Dämpfereinheit
ist die Kupplungsplatte mit der Nabe der Turbine verbunden, so daß ein mechanischer
Drehmomenttransfer zwischen der Motorkurbelwelle und der Turbinenwelle
hergestellt wird, über
den der hydrokinetische Drehmomentübertragungsweg über den
Drehmomentwandler überbrückt wird.
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Die
Kupplungsplatte ist sowohl mit dem Pumpenraddeckel verschweißt als auch
mit dem Kupplungskolben verstiftet. Außerdem trägt der Stift, der den Kolben
mit der Platte verbindet, eine federbelastete Verrastkugel, die
vom Kolben weg radial nach außen
in Kontakt mit der Platte gedrückt
wird. Diese Anordnung stellt eine Antriebsverbindung zwischen den
Komponenten der Einheit her, die trotz Motordrehzahl- und -Drehmoment-Schwankungen
geräuschfrei
läuft.
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Es
ist nun vorzuziehen, eine möglichst
kleine Anzahl an Teilen zur Herstellung einer elastischen Verbindung
zwischen dem Pumpenraddeckel und dem Überbrückungskupplungskolben zu verwenden, wozu
selbst die Entfernung der Anlaufscheibe zwischen der Turbine und
dem Kupplungskolben zählt.
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Eine Überbrückungskupplung
nach der vorliegenden Erfindung beinhaltet einen um eine Achse drehbar
gelagerten Deckel mit einer Montagefläche und einer von der Montagefläche beabstandeten
ersten Reibfläche;
einen an dem Deckel angrenzend angeordneten Kolben mit einer zweiten
Reibfläche,
welche der ersten Reibfläche
zugekehrt ist und an diese angrenzend liegt, welcher Kolben über die
Montagefläche
an dem Deckel befestigt ist, so daß er sich mit diesem dreht
und in Reaktion auf einen Differenzdruck am Kolben biegeelastisch
gegenüber
der ersten Reibfläche
ausgelenkt wird, wobei die Montagefläche und der Kolben in gegenseitigem
Kontakt stehen; eine zwischen dem Deckel und dem Kolben radial außerhalb
der Montagefläche
angeordnete Steuerkammer, und ist gekennzeichnet durch: eine Flüssigkeitsdruckquelle;
im Abstand von einander angeordnete und vom Kolben abgekehrte Sicken
an der Montagefläche,
wobei jeder von dem Kolben und einer Sicke begrenzte Raum einen
Flüssigkeitskanal bildet,
der besagte Flüssigkeitsdruckquelle
mit besagter Steuerkammer verbindet.
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Ein
Vorteil der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist, daß sie eine in ihrer Funktion verbesserte
Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung
mit weniger Einzelteilen stellt, mit weniger Bauraumbedarf und verringerter
Komplexität
im Vergleich mit herkömmlichen Überbrückungskupplungen.
Mit der Erfindung werden die Herstellungs- und Montagekosten einer Überbrückungskupplung
gesenkt. Außerdem
zählt zu
den Vorteilen der Ausführungsform
dieser Erfindung, daß sie
eine Flüssigkeitsdichtung,
Nabe, Keilnuten, Anlaufscheibe und Federn überflüssig macht.
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Die
Ausführungsform
dieser Erfindung bietet den zusätzlichen
Vorteil, daß gegenüber einer
herkömmlichen
Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung
die Zahl der Teile minimiert und die Konstruktion vereinfacht wird.
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Die
US-Patentschrift Nr.
4,510,747 (Yoshida),
welche die in dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erwähnten Merkmale
enthält,
und die
WO 97/42432 (Arhab)
beschreiben Überbrückungskupplungen
mit einem Kolben, welcher an einer Montagefläche eines Deckels angebracht
ist, die radial innerhalb einer Reibfläche an dem Deckel liegt, welche Reibfläche einer
Reibfläche
am Kolben gegenüberliegt,
wobei der Kolben in Reaktion auf einen Differenzdruck am Kolben
biegeelastisch ausgelenkt wird.
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Die
Erfindung soll nun beispielartig näher erläutert werden, mit Bezug auf
die beiliegenden Zeichnungen. Dabei zeigt:
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1: einen Querschnitt durch
einen Drehmomentwandler entlang einer Ebene, die durch die axialen
und seitlichen Achsen bestimmt wird, eine erfindungsgemäße Überbrückungskupplung
zeigend;
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2: eine abgeänderte Form
des Drehmomentwandlers aus 1,
welche den Bereich des Überbrückungskupplungskolbens
und der Dämpferhalterung
zeigt;
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3: einen Querschnitt, der
eine alternative Ausführungsform
der Erfindung darstellt;
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4: eine Frontansicht der
axial äußeren Oberfläche des
Deckels;
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5: einen Querschnitt entlang
der Ebene 5-5 in 4;
und
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6: einen Querschnitt durch
den Drehmomentwandler, welcher die Turbine, den Dämpfer und den
Halter entlang einer Ebene darstellt, die durch die axialen und
seitlichen Achsen bestimmt wird.
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Es
sei nun Bezug genommen auf 1,
wo ein Drehmomentwandler einen mit einem Pumpenradgehäuse 14 verschweißten Deckel 12 mit
Aussparungen 16 aufweist, die am Außenrand der Pumpenradschaufeln
angeordnete Zungen 18 aufnehmen. Die Pumpenradschaufeln
sind zwischen dem Gehäuse 14 und
einem inneren Pumpenradmantelblech 22 verankert.
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Der
Pumpenraddeckel 12 trägt
in einem Kreismuster angeordnete Schraubenbolzen 24, mit welchen
ein drehbar auf einer Motorkurbelwelle gelagertes Schwungrad 25 über eine
Schraube 27 verbunden ist, so daß der Deckel treibend mit dem
Motor verbunden ist.
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Turbinenschaufeln 26 sind
im Abstand von einander um die Drehachse herum angeordnet und den
Pumpenradschaufeln gegenüber
derart angeordnet, daß ein
torusförmiger
Flüssigkeitsströmungsweg
im Drehmomentwandler gebildet wird, der in einem radial äußeren Bereich
aus dem Pumpenrad austritt und in die Turbine eintritt, und in dem
radial inneren Bereich aus der Turbine wieder austritt. Der äußere Rand
der Turbinenschaufeln ist mechanisch oder durch Schweißen oder
Hartlöten
mit einem Turbinenmantelblech 28 verbunden, das Öffnungen 29 aufweist,
die die an den Turbinenschaufeln angeformten Zungen 30 aufnehmen.
Der Innenrand der Turbinenschaufeln ist mittels Zentrierzungen 34 mit einem
inneren Turbinenmantelblech 32 verbunden, welche Zungen
in Schlitze im Mantelblech 32 greifen und über die
Innenfläche
dieses Mantelbleches umgeschlagen sind, so daß die Position der Schaufeln 26 zwischen
der Schale 28 und dem Mantelblech 32 festgelegt
ist. Das Turbinenmantelblech 28 und ein Haltering 84 sind
mittels Nieten 36 an einer Turbinennabe 38 befestigt,
welche eine innen keilnutenverzahnte Fläche 40 aufweist, die
ausgelegt ist, in eine außenverzahnte
Keilnutenfläche
an einer Getriebeeingangswelle 42 einzugreifen.
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Zwischen
dem Strömungsaustrittsabschnitt der
Turbine und dem Strömungseintrittsabschnitt
des Pumpenrades befindet sich eine Statoreinheit mit Statorschaufeln 46,
die im Abstand von einander um die Drehachse herum angeordnet sind, mit
einer die Schaufeln 46 tragenden Nabe 48, einem
inneren Mantelblech 50, welches die radial inneren Spitzen der
Statorschaufeln miteinander verbindet, und mit einem äußeren Mantelblech 52,
welches die radial äußeren Enden
der Statorschaufeln miteinander verbindet. Eine Freilaufbremse 54,
die mittels Keilnutenverzahnung 56 mit einer feststehenden
Hohlwelle 57 verbunden ist, liefert zwischen den Statorschaufeln 46 und
der Hohlwelle eine in einer Richtung wirkende Bremse.
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Eine Überbrückungskupplung
weist einen mit einem Flansch 61 ausgebildeten Kolben 60 auf, der
gleitend verschiebbar auf einer axial ausgerichteten Fläche 62 auf
der Eingangswelle 42 gelagert und durch eine O-Ringdichtung 64 in
einer Aussparung in der Fläche 62 gegen
den Hydraulikflüssigkeitskanal hin
abgedichtet ist.
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Ein
Kolben 60 ist mittels einer 360-Grad-Laser- oder Widerstandsschweißung 72 an
einer ersten inneren Fläche
des Pumpenradgehäusedeckels 12 befestigt,
wobei die Schweißnaht
im radial inneren Bereich des Kolbens liegt. Die Schweißnaht ergibt dabei
eine Abdichtung gegenüber
dem Hydraulikflüssigkeitskanal
zwischen der axial äußeren Fläche des Kolbens 60 und
der angrenzenden inneren Fläche des
Gehäusedeckels 12,
verbindet den Kolben und den Deckel drehfest miteinander zu einer
Einheit, verhindert axiale Gleitverschiebungen des Kolbens gegenüber dem
Deckel und erlaubt eine biegeelastische Auswanderung des Kolbens
gegenüber
dem Deckel. Der Deckel 12 und der Kolben 60 sind über den
Reibungsschluß mit
einer Antriebslamelle 74 treibend gekoppelt, wenn die Überbrückungskupplung
vollständig
geschlossen ist.
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Die
Antriebslamelle 74 weist einen radialen Teil auf, der zwischen
der axial inneren Fläche 76 des Deckels
und der axial äußeren Fläche 77 des
Kolbens angeordnet ist, sowie im Winkel zueinander um die Drehachse
herum im Abstand von einander angeordnete axiale Schenkel 78,
die dem Turbinenrad zugekehrt sind. Die Oberflächen des radialen Teils, die jeweils
dem Deckel 12 und dem Kolben 60 zugekehrt sind,
tragen einen Reibmaterialbelag 80, im allgemeinen als "Papierbelagmaterial" bezeichnet, der
bzw. das mit der axial inneren Radialfläche der Plat te 70 vorzugsweise
durch eine von Frosbie, Milek und Smith in SAE Design Practices
(SAE Konstruktionspraktiken), Band 5 (1962), beschriebenen Klebetechnik
verbunden ist.
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Die
Antriebslamelle 74 ist axial gleitend verschiebbar gelagert,
so daß sie
sich durch den Kontakt mit dem Kolben 60 in Richtung auf
die Lamelle 70 bewegt, und weg von der Lamelle, wenn sich
der Druck in der Steuerkammer 82 in Bezug auf den Druck
auf der der Steuerkammer 82 axial gegenüberliegenden Seite des Kolbens
verändert.
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Jeder
der Schenkel 78 der Antriebslamelle 74 ist so
angeordnet, daß er
in Kontakt mit einer Dämpferfeder
steht, wie weiter unten noch beschrieben wird. Das Turbinenmantelblech 28 und
ein Haltering 84 für
eine Drehmomentwandler-Dämpferfeder sind
an einer Nietverbindung 36 mit einem radial verlaufenden
Flansch der Turbinennabe 38 verbunden. Am radial äußeren Ende
des Halteringes 84 sind mehrere bogenförmige Federhalteflansche 86 angeformt,
die im Winkelabstand von einander um die Achse herum angeordnet
sind, und zwar in Intervallen, die den Lagerstellen und der Bogenlänge der Dämpfertedern 88 entsprechen.
Die Flansche 86 bilden einen im wesentlichen kreisrunden
und röhrenförmigen Hohlraum,
in welchem vier im Winkelabstand von einander angeordnete Schrauben-Dämpferfedern 88 untergebracht
sind. Die beiden längeren Dämpferfedern
sind vorzugsweise bogenförmig
ausgebildet; die beiden kürzeren
Federn sind gerade ausgebildet und dann um die Kontur der bogenförmigen Flansche 86 gebogen,
in denen sie gelagert sind. An vier im Winkel um die Mittelachse
des Drehmomentwandlers herum von einander beabstandeten Stellen
ist der Flansch 86 des Dämpferträgers 84 einteilig
mit örtlichen
Anschlagflanschen 90 ausgebildet, diese bilden dabei die
Enden von ringförmigen
Taschen für
die Dämpfertedern
dort, wo jeweils die Dämpferfedern 88 gelagert
sind. Jeder Anschlagflansch bildet eine Fläche, die jeweils an einem Ende einer
Feder anliegt und diese gegen Bewegung in Reaktion auf die Bewegung
der Schenkel 78 arretiert, so daß die Feder dann zusammengedrückt wird.
Einzelheiten der Dämpfereinheit
sind in der U.S.S.N. 08/891,911 beschrieben, die der Anmelderin
der vorliegenden Erfindung erteilt ist.
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Der
Kolben 60 ist an der Fläche 92 des
Deckels so gelagert, daß er
sich durch die Stärke
des Kolbenquerschnittes unter einem hydraulischen Differenzdruck
am Kolben axial in Richtung auf die Antriebslamelle 74 biegen
kann und axial von der Antriebslamelle wegbewegen kann, wenn der
Druck innerhalb der Steuerkammer 82 gegenüber dem
Druck auf der axial gegenüberliegenden
Seite des Kolbens zunimmt. Kolben 60 dreht sich auch um
die Achse aufgrund seiner treibenden Verbindung mit dem Deckel,
der wiederum mit der Motorkurbelwelle gekoppelt ist. Diese Drehbewegung
des Kolbens zwingt die Schenkel 78 in Anlage an die Federenden 88,
so daß diese
zusammengedrückt
werden, Energie speichern, und Energie durch den Kontakt zwischen
den Federn und den Innenflächen
der Flansche 86 tilgen.
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Jeder
der axial gerichteten Schenkel 78 der Antriebslamelle 74 ist
in einem Raum angeordnet, der zwischen zwei in Winkelrichtung jeweils
gegenüberliegenden
Enden jeder der Dämpferfedern
liegt. Damit wird Motordrehmoment durch den Kolben 60 auf
die Dämpfereinheit übertragen,
nämlich
durch die Anlage der axialen Schenkel 78 an den unmittelbar benachbarten
Enden der Dämpferfedern.
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Die
durch den Kolben 60, den Deckel 12 und die Antriebslamelle
begrenzte Kammer 82 ist eine Steuerdruckkammer, die mit
einer Steuerdruckquelle über
in den Deckel eingeformte Flüssigkeitskanäle kommuniziert.
Durch die Regelung des Druckes in der Kammer 82 kann ein
Druckgefälle
bzw. ein Differenzdruck am Kolben 60 geregelt werden. Der
Druck im torusförmigen
Strömungshohlraum
auf der linken Seite des Kolbens 60 drängt den Kolben und die Lamelle 74 nach
rechts. Diese Verschiebung bewirkt, daß die einander gegenüberliegenden
Flächen
des Deckels 12, der Lamelle 74 und des Kolbens 60 durch
ihren Reibungsschluß in
Antriebsverbindung miteinander treten. Durch eine angemessene Druckmodulation
in der Kammer 82 kann ein kontrollierter Schlupf zwischen
dem Deckel und dem Kolben bewirkt werden. Drehmomentschwankungen
im Triebstrang, die durch Motordrehmomentstörungen oder andere unregelmäßige Drehmomentübertragungserscheinungen
entstehen, werden durch die Arbeit der Dämpfereinheit moduliert.
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Der
Kolben 60 ist über
die Dämpfereinheit und
elastisch über
die Dämpferfedern
treibend mit der Haltelamelle 84 verbunden, und über die
Nietverbindung bei den Nieten 36 mit dem Turbinenmantelblech 28 und
so dem Turbinenrad, und durch die Nabe 38 schließlich mit
der Getriebeeingangswelle 42.
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2 zeigt einen Kolben 61,
der am rechten Ende seiner Biegeauslenkung in Anlage an der Antriebslamelle 74 dargestellt
ist, die wiederum treibend mit dem Deckel 12 verbunden
ist. Der Kolben wird durch das Druckgefälle bzw. den Differenzdruck
am Kolben in diese Position gedrängt.
Kolben 61 besteht aus Stahlblech des Typs 1035 und
ist etwa 1,5 mm stark. Wenn der Differenzdruck am Kupplungskolben 60 abnimmt,
wird der Kolben wieder nach links ausgelenkt, weg von der Antriebslamelle 74,
so daß die Überbrückungskupplung
gelöst
wird.
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3 zeigt eine alternative
Form für
einen Kolben 63. Eine Platte 96 ist hier am Außenumfang des
Kolbens befestigt, vorzugsweise durch eine 360-Grad-Laserschweißnaht 98,
die verhindert, daß Flüssigkeit
durch den Grenzbereich zwischen Kolben und Platte tritt. Die Platte
liefert erhöhte
Biegesteifigkeit des Kolbens in dem Bereich, wo er an der Antriebslamelle 74 anliegt.
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Der
in 1 dargestellte Kolben
wird vorzugsweise in einem Fließform-
bzw. Rolldrückverfahren
hergestellt, in dem das Werkstück
von Rollen kontaktiert wird, die Material radial nach außen treiben,
so daß der
radial äußere Bereich,
der an der Antriebslamelle 74 anliegt, verdickt und der
versteifende Flansch 100 ausgebildet wird. Beim Rolldrücken wird eine
relativ geringe Stärke
im radial inneren Bereich hergestellt, und dickeres Metall im radial äußeren Bereich.
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4 ist eine Seitenansicht
des Deckels, die die axial äußere Oberfläche darstellt,
welche mit einem die Achse A des Drehmomentwandlers umgebenden zentralen
Zylinder 102 ausgebildet ist. Vier Flüssigkeitskanäle 104,
wie sie am besten in 5 zu
erkennen sind, werden durch das Ausbuchten von vier örtlichen,
im Winkel um die Achse A herum im Abstand von einander am Deckel
verteilt angeordneten Sicken 106 hergestellt. Die Flüssigkeitskanäle sind
radial ausgerichtet und durch die an der Oberfläche 92 anliegende
Oberfläche 108 des
Kolbens 60 begrenzt, sowie durch die Innenoberfläche 110 der Sicken.
Flüssigkeit
von einer geregelten Flüssigkeitsdruckquelle
wird durch die Eingangswelle 42 in den Zylinder 102 geleitet,
durch den Raum zwischen dem Kolben 60 und dem Zylinder,
und dann radial nach außen
durch die Kanäle 104 in
die Kammer 82. Die Druckquelle liefert dabei Flüssigkeit
unter erhöhtem Druck,
um die Überbrückungskupplung
zu lösen,
und entleert die Kammer 82, so daß der Druck in der Anlegekammer 112 die Überbrückungskupplungsdichtung 64 anlegen
kann.
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6 zeigt den Dämpfer, das
Turbinenrad und die Turbinennabe 38 im Querschnitt.
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Die
vorliegende Erfindung macht eine zweite Flüssigkeitsdichtung zwischen
der Eingangswelle und der Turbinennabe, eine Keilnutenverzahnung, Anlaufscheibe
und Feder überflüssig, die
bisher erforderlich waren, um den Kolben weg von der Antriebslamelle
zu bewegen, wenn die Kupplung gelöst werden soll. Angemerkt sei
hierbei, daß der
Kolben 60 selbst als Anlaufscheibe zwischen dem Deckel und
der Nabe 38 wirkt. Durch diese Anordnung wird die axiale
Länge der
Einheit verkürzt
und der für
den Drehmomentwandler erforderliche Bauraum verringert.