DE69014249T2

DE69014249T2 - Drehmomentwandlereinheit mit entgegengesetzt wirkender Überbrückungskupplung.

Info

Publication number: DE69014249T2
Application number: DE69014249T
Authority: DE
Inventors: Dale E Martin
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1989-07-20
Filing date: 1990-07-12
Publication date: 1995-06-14
Anticipated expiration: 2010-07-13
Also published as: EP0409088B1; DE69014249D1; EP0409088A3; US4949822A; JPH0356753A; EP0409088A2

Description

Die vorliegende Erfindung besteht aus Entwicklungen bei einem hydrokinetischen Drehmomentwandler und einer Verriegelungskupplung als Baugruppe, wie bspw. gezeigt in dem U.S.Patent US-A-4 509 389 und dargestellt in Fig. 1 der beigefügten Zeichnung. Dieses Patent beschreibt einen Drehmomentwandler mit drei Elementen unter Einschluß eines Turbinenrades und eines Pumpenrades, die in einem gemeinsamen Wandlergehäuse angeordnet sind, wobei ein Kupplungshohlraum in dem Wandlergehäuse zwischen der radialen Wand des Gehäuses und dem Turbinenrad ausgebildet ist und die radiale Wand des Gehäuses nahe einer Maschinenkurbelwelle vorhanden ist, die mit dem Pumpenrad über das Wandlergehäuse antriebsmäßig verbunden ist.
Die Konstruktion weist weiterhin eine Reibungsscheibe in der Ausbildung einer Kolbenplatte mit einer Reibungsfläche an ihrem Außenrand auf. Die Reibungsfläche an der Kolbenplatte ist für ein Zusammenwirken mit einer Reibungsfläche angepaßt, die an einer benachbarten Ringwand des Wandlergehäuses ausgebildet ist. Der Innenrand der Platte ist durch eine Turbinenradnabe abgestützt, mit welcher das Turbinenrad verbunden ist. Die Kolbenplatte bildet zusammen mit der benachbarten Wand des Wandlergehäuses einen Steuerdruckraum, der mit Steuerfluid druckbeaufschlagt wird, sodaß dadurch eine radiale Fluidzirkulation über die Reibungsflächen hergestellt wird.
Eine Dämpferanordnung wird für eine antriebsmäßige Verbindung eines äußeren radialen Teils der Kolbenplatte mit der Turbinenradnabe verwendet. Wenn die Kupplung betätigt ist, wird so ein Drehmoment mechanisch durch die Kupplung von der Maschinenkurbelwelle an das Turbinenrad verteilt, sodaß so der hydrokinetische Drehmomentflußweg durch den Drehmomentwandler hindurch umgangen wird. Wenn die Kupplung gelöst ist, wird das gesamte Drehmoment von der Kurbelwelle an die Turbinenradwelle hydrokinetisch verteilt, sodaß so eine hydrokinetische Drehmomentvervielfachung stattfinden kann, wenn der Drehmomentwandler in einem Vervielfachungsmodus des Drehmoments arbeitet.
Die Kupplung wird durch eine Erhöhung des Steuerdruckes in dem Hohlraum zwischen der Kupplungsplatte und der benachbarten Wand gelöst. Dadurch wird Kühlungsöl durch die Reibungsscheiben hindurch zirkuliert. Dieses Fluid wird zu der Fluidströmung in dem Torushohlraum hinzugefügt und durch den Toruskreislauf in einen Ölkühler hinein zirkuliert.
Wenn der Steuerdruck in dem Druckhohlraum hinter der Kupplungsplatte abnimmt, wird die Kupplung durch ein Steuern des Steuerdruckes betätigt. Das Ausmaß des Eingriffs kann gesteuert werden, wenn ein kontinuierliches Schleifen gewünscht wird. Der Druck kann in Übereinstimmung mit den Antriebsbedingungen moduliert werden, um einen kontinuierlichen Schlupf zu bewirken. Dieser vervollständigt die Pufferwirkung und den Dämpfungswirkungsgrad der Federpufferung und der Dämpferanordnung, welche die Antriebsplatte mit der Turbinenradwelle verbindet.
Die DE-A-2 620 937 beschreibt einen ähnlichen hydrokinetischen Drehmomentwandler insbesondere mit den Merkmalen in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruches.
Mit diesen bekannten Konstruktionen wird eine kontinuierliche Fluidströmung durch den Steuerdruckraum erforderlich, während die Kupplung gelöst ist. Wenn ein kontinuierlicher Schlupf gewünscht wird und wenn der Steuerdruck in dem Steuerdruckraum demgemäß gesteuert wird, ist gleichartig eine kontinuierliche Strömung durch den Druckraum erforderlich.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wie angegeben durch den kennzeichnenden Teil des unabhängigen Anspruches ist die Kupplungskonstruktion so angeordnet, daß die Reibungsscheiben neben dem Turbinenrad angeordnet sind, wo sie kontinuierlich dem Fluidkreislauf ausgesetzt sind, sodaß so ein optimales Kühlen bewirkt wird, wenn Energie bei einer teilweisen Betätigung der Kupplung ausgebreitet wird. Bei Verwendung der Anordnung ist es möglich, die Drehmomentkapazität für vorgegebene Abmessungen der Kupplungsanordnung zu erhöhen oder zu erniedrigen durch die Hinzufügung von zusätzlichen Reibungsscheiben oder die Weglassung von Scheiben in Abhängigkeit von den Drehmomenterfordernissen eines bestimmten Antriebs.
Bei der Ausführungsform dieser Erfindung, wie beschrieben, wird ein Dämpfer für die Verbindung einer angetriebenen Scheibe einer Kupplungsanordnung mit der Turbinenradnabe verwendet, jedoch wäre es bei einigen Anwendungen auch möglich, den Dämpfer zu eliminieren und die Puffer- und Dämpferfunktionen dadurch herzustellen, daß die Kupplung schleifen kann, wenn der Druck hinter dem ringförmigen Kolben in geeigneter Weise moduliert wird.

Kurze Beschreibung der Figuren der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt einen bekannten Drehmomentwandler und eine Verriegelungskupplung als Baugruppe, bei welcher ein Reibungskupplungsmechanismus innerhalb des Wandlergehäuses angeordnet ist; und
Fig. 2 ist eine Wandler- und Verriegelungskupplung-Baugruppe, bei welcher die Lehren dieser Erfindung verkörpert sind.

Spezielle Beschreibung der Erfindung

Die Bezugsziffer 10 in Fig. 1 bezeichnet eine Maschinenkurbelwelle. Sie ist durch eine Antriebsplatte 12 mit einem Drehmomentwandlergehäuse 14 verbunden. Das Gehäuse 14 ist an seinem Außenrand mit einem Pumpenradgehäuse 16 eines hydrokinetischen Drehmomentwandlers 20 verschweißt.
Ein Verriegelungskupplung-Hohlraum 22 ist in dem Wandlergehäuse 14 ausgebildet. Er enthält eine Verriegelungskupplung-Baugruppe 24, die zwischen der Gehäusewand 26 und dem Turbinenrad 28 des Wandlers 20 angeordnet ist.
Ein Leitrad 30 ist mittels einer Überholbremse und einer Leitradnabe auf einer stationären Leitrad-Hohlwelle 32 montiert, die mit dem Getriebegehäuse 34 verbunden ist.
Die Verriegelungskupplung-Baugruppe 24 weist eine Kolbenplatte 36 und eine Dämpferanordnung 38 auf, wobei die letztere mit einer Turbinenradwelle 40 verkeilt ist. Ein Antriebskettenrad und eine Kette als Baugruppe 42 werden durch die Turbinenradwelle angetrieben. Das angetriebene Kettenrad, welches mit der Antriebskette im Eingriff ist, ist auf einer Achse parallel zu der Achse des Wandlers montiert und dient als ein Drehmomenteingangselement für ein Mehrganggetriebe, wie es in dem U.S. Patent 4 509 389 beschrieben ist.
Während ein Steuerdruck zwischen der Kolbenplatte 36 und der Wand 26 verteilt wird, strömt das Druckfluid radial nach außen über die Reibungsflächen an dem Rand der Kupplungsplatte, sodaß dadurch die Kupplung gelöst wird. Wenn der Steuerdruck verringert wird relativ zu dem statischen Druck in dem Toruskreislauf des Wandlers, dann wird die Kupplung betätigt.
Fig. 2 zeigt die vorliegende Erfindung. Sie erfordert nicht die Verwendung einer Kolbenplatte der in Fig. 1 gezeigten Art und sie erfordert auch nicht eine kontinuierliche Fluidströmung, die einem Steuerdruck unterworfen wird, um die Kupplung zu lösen. Der Kolben wirkt weiterhin für einen Eingriff der Reibungsscheiben, die innerhalb des Toruskreislaufes getragen sind, wo Wärme ausgebreitet werden kann. In dieser Hinsicht werden die Wärmeübertragungscharakteristiken gegenüber einer Gestaltung wie derjenigen verbessert, die in dem '389 Patent gezeigt ist, wo die Wärme in das Wandlergehäuse hinein übertragen werden muß.
In Fig. 2 ist das Wandlergehäuse mit der Bezugsziffer 44 bezeichnet und weist eine radiale Wand 46 auf, die, wie bei 48 gezeigt, mit einem Hohlrad und einer Antriebsplatte als Starterbaugruppe 50 verschraubt ist, wobei letztere bei 52 mit dem Ende einer Maschinenkurbelwelle 54 verschraubt ist.
Der Außenrand des Wandlergehäuses ist bei 56 mit einer Umhüllung oder einem Gehäuse 58 des Pumpenrades verschweißt. Die Pumpenradschaufeln 60 sind an ihren Außenrändern mit Lappen versehen, wie bei 62 gezeigt. Diese Lappen fassen in Schaufelhalteausnehmungen in der Innenwand des Pumpenradgehäuses 58 ein. Die Nabe 64 des Pumpenrades ist auf einer Leitrad-Hohlwelle 66 gelagert, die mit einem Getriebegehäuse 68 verbunden ist. Wie bei der Konstruktion der Fig. 1 weist der Wandler ein Leitrad auf, wie gezeigt bei 70. Eine Leitradnabe 72 ist mit der äußeren Spur 74 einer Überholbremse verkeilt. Die Innenspur der Überholbremse 76 ist mit einer stationären Hohlwelle 66 verkeilt, wie bei 78 gezeigt.
Das Wandlerturbinenrad 80 weist eine äußere Abdeckung 82 und radiale Einströmschaufeln auf. Der radial innere Rand der Abdeckung 82 ist mit der Turbinenradnabe 84 verbunden, die bei 86 mit der Turbinenradhohlwelle 88 verkeilt ist.
Ein einstückiger Zylinder, der generell durch die Bezugsziffer 90 bezeichnet ist, ist vorzugsweise durch ein Stanzen hergestellt. Der Zylinder 90 weist eine axiale Verlängerung 92 auf, die eine ringförmige Abdichtfläche 94 definiert. Er ist auch mit einer Ringfläche 96 ausgebildet. Der radial äußere Bereich des Zylinders ist vorzugsweise durch ein Schweißen mit der Innenfläche der Wand 46 verbunden, wie bei 98 gezeigt.
Der Zylinder 90 ist mit einer mittleren Öffnung 100 versehen, durch welche hindurch die Nabe 102 verläuft. Die Nabe ist mit einer Antriebswelle 104 einer Hydraulikpumpe der in dem '389 Patent beschriebenen Art verkeilt und ist bei 107 an einer Verlängerung der Turbinenradnabe 84 abgedichtet.
Die Turbinenradwelle 88 und die Antriebswelle für die Pumpe definieren einen ringförmigen Strömungskanal 106, der mit dem Steuerdruckhohlraum 108 über Öffnungen verbunden ist, die in der Nabe 102 ausgebildet sind. Der Druckhohlraum 108 ist durch die Innenfläche der Wand 46 und den Zylinder 90 definiert.
Ein Raum 110 ist zwischen dem Zylinder 90 und der benachbarten Wand 46 vorgesehen. Er steht mit einer Kupplungsdruckkammer 112 über eine Öffnung 114 in Verbindung.
Ein ringförmiger Kolben 116 ist vorzugsweise durch ein Stanzen ausgebildet. Er ist mit einem axial verlaufenden ersten Teil 118 versehen, der mit der Fläche 94 in einem Verschiebe- und Abdichtungseingriff steht, und mit einem zweiten axial verlaufenden Teil 120, der mit der Fläche 96 in einem Verschiebe- und Abdichtungseingriff steht.
Wenn Druck über den Steuerdruckkanal 106 und in den Raum zwischen dem Zylinder und der benachbarten Wand 46 verteilt wird, dann findet in der Kammer 112 ein Druckaufbau statt, wodurch der Kolben 116 für eine Bewegung nach links beaufschlagt wird. Der radial äußere Rand des Zylinders 90 ist bei 122 verkeilt, um eine sichere Antriebsverbindung mit einem Reaktionsring 124 und einer Druckplatte 126 zu erhalten. Eine Reibungsscheibe 128 mit einer Reibungsfläche auf jeder Seite davon an ihrem Außenrand ist zwischen der Reaktionsplatte 124 und der Druckplatte 126 angeordnet. Die Baugruppe der Scheiben und Platten wird durch einen Schnappring 130 in axialer Richtung festgehalten.
Die Kupplungsscheibe 128 ist mit der Antriebswelle 131 über eine Dämpferanordnung verbunden, die generell mit der Bezugsziffer 132 bezeichnet ist. Die Dämpferanordnung weist eine Nabe 134 auf, die mit der Turbinenradnabe 84 verkeilt ist.
Das durch den Toruskreislauf zirkulierende Fluid kommt in eine direkte Berührung mit der Kupplungsscheibe und der Kupplungsplatte, sodaß dadurch während des Betriebs eine angemessene Kühlung geschaffen wird. Es ist möglich, die Größe des Druckes in der Arbeitskammer 112 zu regeln, um ein kontinuierliches Schleifen der Kupplung zu bewirken, sodaß dadurch während des Betriebs die Torsionsschwingungen und die Übergangs-Maschinendrehmomentwechsel gedämpft werden. Die Wärme, die durch das Schleifen der Kupplung oder durch eine wiederholte Betätigung und ein Lösen der Kupplung erzeugt wird, wird angemessen in dem Fluid verteilt, welches durch den Toruskreislauf zirkuliert wird. Der Kreislauf umfaßt einen Strömungskanal 136, der in der Leitrad-Hohlwelle 60 ausgebildet ist. Die Turbinenradnabe kann mit Öffnungen versehen sein, wie bei 138 gezeigt, um eine Zuströmung für den Toruskreislauf bereitzustellen. Das Fluid wird radial einwärts über die Öffnung 139 zurückgebracht, die in der Pumpenradnabe und in der Leitradnabe ausgebildet ist. Es wird dann an den Ölkühler des Getriebes über einen anderen Kanal zurückgebracht, der nicht dargestellt ist.
Die vorstehend beschriebene Konstruktion verringert die Herstellungskosten beträchtlich und vereinfacht stark den Zusammenbau des Wandlers und der Kupplung als Baugruppe. Die Betatigung und das Lösen der Kupplung können ohne die Notwendigkeit für eine vergrößerte Wandlerströmung wie beim Stand der Technik erreicht werden.
Die Verlängerung 120 und 118 des Kolbens weisen Aussparungen für ringförmige Abdichtungsringe auf. Wenn sie wie bei der Ansicht der Baugruppe in Fig. 2 angeordnet sind, dann vergrößert die Zentrifugalkraft auf den Ring als Folge der Drehung des Pumpenrades die Abdichtungsleistung der Abdichtungsringe, wodurch eine angemessene Abdichtung beibehalten wird unabhängig von der Drehzahl. Dies trifft zu sowohl auf die Dichtung für die Verlangerung 118 wie auch auf diejenige für die Verlängerung 120
Durch eine Eliminierung er kontinuierlichen Fluidströmung in der Kupplungsdruckkammer durch die Bereitstellung eines sog. Kanals mit verlorenem Kopf kann die Kupplung wirksamer und mit einer geringeren Veränderung der Übergangskapazität gesteuert werden.

Claims

1. Hydrokinetischer Drehmomentwandler und Verriegelungskupplung als Baugruppe zur Verwendung bei einem Kraftübertragungsmechanismus, der für die Lieferung eines Drehmoments von einer Antriebswelle (54) zu einer Abtriebswelle (88) angepaßt ist, bestehend aus:

einem Drehmomentwandlergehäuse (44, 46) mit einem geschlossenen Wandlerhohlraum, wobei der Hohlraum ein beschaufeltes Pumpenrad (60) und ein beschaufeltes Turbinenrad (80) umgibt, die in einer toroidalen Fluidströmungsbeziehung angeordnet sind, wobei das Turbinenrad innerhalb des Hohlraumes zwischen der Antriebswelle (54) und dem Pumpenrad (60) angeordnet ist;

wobei das Turbinenrad (80) eine Turbinenradnabe (84) aufweist, die mit der angetriebenen Welle (88) verbunden ist;

ein Zylinderkörper (90), der an dem Gehäuse (44, 46) befestigt ist, sich radial in Bezug auf die Turbinenradnabe (94) erstreckt zu einer radial äußeren Stelle innerhalb des Wandlerhohlraumes, wobei die Reibungsscheiben (124, 126) einer Verriegelungskupplung an dem Zylinderkörper an dieser äußeren Stelle befestigt sind und der Zylinderkörper radial beabstandete Ringflächen (94, 96) aufweist, die axial verlaufen;

ein Ringkolben (116) mit axial verlaufenden Bereichen (118, 120) Ringflächen definiert, die mit den Ringflächen (94, 96) des Zylinderkörpers (90) zusammenpassen, wobei der Zylinderkörper und der Kolben eine Druckkammer (112) definieren;

ein Druckverteilerkanal (106, 108, 110, 114) von einer radial inneren Stelle neben der Turbinenradnabe (84) verläuft und durch den Zylinderkörper (90) und die Innenwand des Gehäuses (44, 46) definiert ist, wobei der Verteilerkanal mit der Druckkammer (112) in Verbindung steht; und

eine Antriebskupplungsscheibe (128, 131) neben den Reibungsscheiben (124, 126) angeordnet und mit der angetriebenen Welle (88) verbunden ist, wodurch das Pumpenrad (60) und das Turbinenrad (80) miteinander verriegelt sind, wenn die Druckkammer (112) unter Druckbeaufschlagung steht; dadurch gekennzeichnet, daß

die Reibungsscheiben (124, 126) an einem Bereich (122) des Zylinderkörpers (90) befestigt sind, der mit Bereichen davon gemeinsam ist, welche die Druckkammer (112) und den Druckverteilerkanal (106, 108, 110, 114) definieren;

wobei die Ringflächen (94, 96) des Zylinderkörpers (90) Flächen aufweisen, die radial nach innen in Bezug auf die angetriebene Welle (88) weisen, und die Ringflächen des Kolbens (116) Flächen aufweisen, die radial nach außen in Bezug auf die angetriebene Welle weisen, wodurch jede radial nach außen weisende Fläche eine Abdichtungsnut hat, und eine Ringdichtung in jeder Nut mit einer der radial nach innen weisenden Ringflächen zusammenpaßt, wodurch Zentrifugalkräfte an jeder der Dichtungen die Abdichtungskapazität der Ringdichtungen vergrößern.

2. Hydrokinetischer Drehmomentwandler nach Anspruch 1, bei welchem die Reibungsscheiben (124, 126) an einem Bereich (122) des Zylinderkörpers (90) befestigt sind, der einstückig mit Bereichen davon ausgebildet ist, welche die Druckkammer (112) und den Verteilerkanal (106, 108, 110, 114) definieren, wobei die Zylinderkörperbereiche ein einheitliches Teil bilden.

3. Hydrokinetischer Drehmomentwandler nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei welchem ein Bereich des Zylinderkörpers (90), der zwischen den radial beabstandeten Ringflächen (94, 96) angeordnet ist, Öffnungen (114) aufweist, wodurch unter dem Betätigungsdruck der Kupplung stehendes Fluid über die volle radiale Ausdehnung der Druckkammer (112) verteilt wird.