-
Die vorliegende Erfindung betrifft
den Bereich der Drehmomentwandler für automatische Getriebe, in
welchen ein Pumpenrad ein Turbinenrad hydrodynamisch antreibt. Die
Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Überbrückungskupplung.
-
Das in der der Anmelderin der vorliegenden Erfindung
erteilten US-Patentschrift Nr. 4,509,389 beschriebene Achsgetriebe
beinhaltet einen hydrokinetischen Drehmomentwandler mit einem Pumpenrad
und einem Turbinenrad. Das Gehäuse
für das Pumpenrad
weist eine Überbrückungskupplung
mit einer Kupplungslamelle auf, die mit einer Reibfläche am Pumpenradgehäuse in Eingriff
tritt: Die Kupplungslamelle trägt
einen Reibbelag, der eine reibschlüssige Antriebsverbindung zwischen
dem Pumpenrad und der Turbine herstellt, wenn ein Differenzdruck
an der Kupplungslamelle angelegt wird, der ausreicht, eine Schließkraft der
Kupplung zu erzeugen.
-
Die Kupplungslamelle ist über eine
Dämpfereinheit
mit der Turbinennabe verbunden, so daß eine mechanische Drehmomentübertragung
zwischen einer Motorkurbelwelle und der Turbinenwelle hergestellt
wird, die den hydrokinetischen Drehmomentübertragungsweg durch den Drehmomentwandler
umgeht.
-
Drehmomentwandler-Überbrückungskupplungen
sind in der Technik hinreichend bekannt, ein Beispiel eines frühen Drehmomentwandlers
nach dem bisherigen Stand der Technik, mit einer Überbrückungskupplung,
ist in der US-Patentschrift Nr. 3,541,893 offenbaxt.
-
Jüngere
Lehren aus dem bisherigen Stand der Technik beinhalten Mittel zur
Steuerung des Anlegens der Drehmomentwandlerkupplung mittels einer
elektronischen Steuerung, die eine Änderung der Kupplungsanlegekraft
unter bestimmten Betriebsbedingungen erzeugt, z. B. bei Schaltungen,
wenn gewünscht
wird, unerwünschte
Drehmomentschwankungen und Motordrehzahlschwankungen in Übergangsphasen
zu vermeiden, wenn eine Unterbrechung des Drehmomentflusses-gewünscht wird.
Die elektronische Steuerung stellt dann eine Druckkraft auf die
Kupplungslamelle her, die angemessen ist, dem Übergangsdrehmomentübertragungsbedarf
des Triebstranges zu genügen.
Beispiele dafür
sind in den US-Patentschriften Nr. 4,560,043 und 4,301,900 dargestellt.
-
Üblicherweise
tritt in einer Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung ein Kontakt
zwischen dem Kolben und der Reibfläche zuerst, wenn der Anlegedruck
noch niedrig ist, an der radial äußeren Fläche des
Kolbens auf. Danach bewegt sich dieser Kontakt mit zunehmendem Anlegedruck
zum radial inneren Flächenabschnitt
der Kolbenfläche,
woraus sich eine Senkung der Drehmomentkapazität gegenüber dem Anlegedruck ergibt.
Mit zunehmendem Anlegedruck wird also leider die Höhe der mit
diesem Druck verbundenen Anlegekraft auf eine allmählich kleiner
werdende Fläche
des Kolbens aufgebracht.
-
Es ist vorzuziehen, daß der an
einer Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung
erzeugte Kapazitätszuwachs
mit zunehmender Höhe
des angelegten Druckes steigt, wohingegen der Kapazitätszuwachs
in einer herkömmlichen Überbrückungskupplung
mit steigendem Anlegedruck abnimmt.
-
Der vorliegenden Erfindung zufolge
weist eine Überbrückungskupplung
für einen
Drehmomentwandler in einem automatischen Getriebe für ein Kraftfahrzeug
folgendes auf: ein um eine Achse drehbar auf einer Nabe gelagertes
Schaufelrad; ein um besagte Achse drehbar gelagertes Pumpenradgehäuse mit
einer dem Rad zugekehrten ersten Reibfläche; einen auf der Nabe verschiebbar
gelagerten Kolben, der auf der Nabe auf die Reibfläche zu und
von dieser hinweg bewegbar ist; und eine an besagtem Kolben gelagerte
Lamelle oder Scheibe, die durch Anlage an die Reibfläche biegebeweglich nachgeben
kann und zwischen dem Kolben und der Reibfläche angeordnet ist; und ist
dadurch gekennzeichnet, daß die
Lamelle oder Scheibe radial nach innen reicht und axial zur Reibfläche hin
geneigt ist, so daß die
Lamelle die Reibfläche
zuerst an einer radial inneren Stelle berührt, wenn sich der Kolben auf die
Reibfläche
zubewegt, und die Lamelle oder Scheibe dann die Reibfläche über einen
Bereich berührt,
der sich radial außerhalb
der Stelle des ersten Kontaktes erstreckt, wenn sich der Kolben
weiter in Richtung auf die Reibfläche bewegt.
-
Bei der Überbrückungskupplungseinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Kupplungslamelle mit einer Reibfläche in einem
Pumpenradgehäuse
unmittelbar neben einem Kupplungskolben angeordnet. Der Kolben ist
gleitend verschiebbar auf einer Nabe gelagert, die am Turbinenrad
befestigt ist. Die Kupplungsplatte ist mit der Innenfläche des
Pumpenradgehäuses
verschweißt.
-
Mit zunehmender Lastbeaufschlagung
des Kolbens durch den Hydraulikdruck wird eine nachgiebige Lamelle
so verformt, daß sich
das Zentrum ihres mit der Reibfläche
am Pumpenradgehäuse
in Eingriff stehenden Kontaktbereiches radial nach außen bewegt,
in bezug auf den Berührungspunkt,
der vorliegt, wenn die Hydraulikdruckkraft noch niedriger liegt.
Die Kolbenfläche
in der Nähe
des radial äußeren Bereiches
trägt die
Lamelle, bringt die Kupplungsanlegekraft auf die Lamelle und die
Druckfläche
auf, und beeinflußt
die Position des Zentrums des Kontaktbereiches bei hochliegendem
Hydraulikdruck.
-
Die Überbrückungskupplung bietet einen
positiven Zuwachs, d. h. mit steigender Druckkraft auf die Kupplung
nimmt, auch die Drehmomentkapazität der Kupplung zu. Da die Berührungsfläche bei
größerem Drehmoment
zunimmt, ist der resultierende Reibungskontaktdruck kleiner als
bei herkömmlichen Kupplungen.
-
US
5,501,309 und JP 61262262, die die im Oberbegriff von Patentanspruch
1 erwähnten
Merkmale aufweisen, beschreiben Überbrückungskupplungen,
wo sich ein Kolben oder ein daran befestigter Ring elastisch verformt,
wenn er in Eingriff mit einer Oberfläche im Pumpenradgehäuse tritt,
oder sich davon löst.
-
Die Erfindung soll nun mit Bezug
auf die beiliegenden Zeichnungen beispielartig näher erläutert werden. Dabei zeigt:
-
1:
einen Querschnitt durch einen Drehmomentwandler in einer Ebene,
die in der axialen und der diametralen Achse liegt, und welche eine
erfindungsgemäße, Überbrückungskupplung
darstellt;
-
2:
einen Querschnitt im Bereich des Überbrückungskupplungskolbens und
der Dämpferfederhaltelamelle,
wie sie in 1 dargestellt
sind;
-
3:
einen Querschnitt ähnlich
der 2, jedoch in einem
weiter fortgeschrittenen Zustand des Einlegevorganges der Überbrückungskupplung;
und
-
4:
einen Querschnitt ähnlich 2.
-
Es sei zunächst Bezug genommen auf die 1, wo ein Drehmomentwandler
einen Pumpenraddeckel 12 beinhaltet, welcher mit einer
Pumpenradschale 14 mit Aussparungen 16 verschweißt ist, welche
am Außenrand
von Pumpenradschaufeln 20 angeordnete Zungen 18 aufnehmen.
Die Pumpenradschaufeln sind zwischen der Schale 14 und
einem inneren Pumpenradmantelblech 22 angeordnet.
-
Der Pumpenraddeckel bzw. -Gehäuse 12 trägt eine
kreisförmige
Anordnung von Stiften 24, mit welchen ein drehbar auf der
Motorkurbelwelle montiertes Schwungrad verschraubt ist, so daß der Deckel
bzw. das Gehäuse
treibend mit einem Motor verbunden wird.
-
Turbinenschaufeln 26 sind
im Abstand von einander um die Drehachse angeordnet und den Pumpenradschaufeln
gegenüber
so angeordnet, daß ein
torusförmiger
Flüssigkeitsströmungsweg
im Drehmomentwandler gebildet wird, der im radial äußeren Bereich
aus dem Pumpenrad aus- und in die Turbine eintritt und im radial
inneren Bereich aus der Turbine aus- und in das Pumpenrad eintritt.
Der Außenrand
der Turbinenschaufeln ist mechanisch oder durch Schweißen oder
Hartlöten
fest mit einer Turbinenschale 28 verbunden, welche Öffnungen 29 aufweist,
die an den Turbinenschaufeln angeformte 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. Die Turbinenschale 28 und, ein Haltering 97 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.
-
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 mit den radial inneren Spitzen der Statorschaufeln verbunden
ist, und mit einem äußeren Mantelblech 52,
welches mit den radial äußeren Enden
der Statorschaufeln verbunden ist. Eine Freilaufbremse 54,
die mittels Keilverzahnung 56 mit einer feststehenden Hohlwelle 57 verbunden
ist, liefert zwischen den Statorschaufeln 46 und der Hohlwelle
eine in einer Richtung wirkende Bremswirkung.
-
Eine Überbrückungskupplung weist einen mit
einem Flansch 61 ausgebildeten Kolben 60 auf, der
gleitend verschiebbar auf einer axial ausgerichteten Fläche 62 auf
der Turbinennabe 38 gelagert und durch eine O-Ringdichtung 64 in
einer Aussparung in der Fläche 62 gegen
den Hydraulikflüssigkeitskanal hin
abgedichtet ist.
-
Eine Kupplungsplatte 70 ist
durch eine Punktschweißung 72 an
der inneren Fläche
des Pumpenraddeckels oder -Gehäuses
12 befestigt, wobei die Schweißung
eine Abdichtung gegenüber dem
Hydraulikflüssigkeitskanal
zwischen der axial äußeren Fläche der
Platte 70 und der angrenzenden inneren Fläche des
Deckels 12 bildet. Die Kupplungsplatte 70 und
der Kolben 60 sind durch gegenseitigen Reibungsschluß treibend
miteinander verbunden, wenn die Überbrückungskupplung
geschlossen ist. Der Deckel bzw. das Gehäuse 12 ist treibend
mit der Motorkurbelwelle verbunden.
-
Der Kupplungskolben 60 weist
vier axiale Schenkel 78 auf, die im Winkelabstand von einander um
die Drehachsen herum angeordnet sind und auf das Turbinenrad 26 gerichtet
sind. Der Kolben hat in seinem radial äußeren Bereich eine scheitelförmige Fläche 75,
die sich radial von der Tangente auf den Kehlradius 76 ausgehend
erstreckt. Kolben 77 beinhaltet eine Fläche 77, die sich von
der Scheitelfläche 75 aus
radial nach innen erstreckt und axial von der Platte 70 und
der Lamelle 79 weggerichtet ist. Die Platte 70 trägt einen
Reibmaterialbelag 80, im allgemeinen als "Papierbelagmaterial" bezeichnet, der bzw.
das mit der axial inneren Radialfläche der Platte 70 durch
eine von Frosbie, Milek und Smith in SAE Design Practices (SAE Konstruktionspraktiken), Band
5 (1962), beschriebenen Klebetechnik verbunden ist.
-
Es sei nun Bezug genommen auf die 2 und 3, wo eine Drucklamelle 79 bei 81 mit
der radial äußeren Fläche des
Kolbens 60 verbunden ist, und wo die Lamelle so geformt
ist, daß die
Lamelle in der Nähe
des radial äußeren Bereiches
an der Oberfläche 75 anliegt
und axial nach außen
und radial nach innen angewinkelt ist, weg- von der Oberfläche 75, zur
Reibfläche 80 auf
der Platte 70 hin ragend.
-
Jeder Schenkel 78 des Kolbens 60 ist
so, angeordnet, daß er
an einer Dämpferfeder
anliegt, wie weiter unten noch beschrieben wird. Das Turbinenmantelblech 28 und
eine Haltelamelle 97 für
eine Drehmomentwandler-Dämpferfeder
sind an einer Nietverbindung 36 mit einem radial verlaufenden Flansch
der Turbinennabe 38 verbunden. Am radial außeren Ende
der Haltelamelle 97 sind mehrere bogenförmige Federhalteflansche 92 angeformt,
die im Winkelabstand von einander um die Achse herum angeordnet
sind, und zwar in Intervallen, die den Lagerstellen und der Bogenlänge der
Dämpferfedern 102, 103 entsprechen.
Die Flansche bilden einen im wesentlichen kreis- und röhrenförmigen Hohlraum,
in welchem vier im Winkelabstand von einander angeordnete Schrauben-Dämpferfedern 102 untergebracht
sind. Die beiden längeren
Dämpferfedern 102 sind
vorzugsweise bogenförmig
ausgebildet; die beiden kürzeren
Federn 103 sind gerade ausgebildet und dann um die Kontur
der bogenförmigen
Flansche gebogen, in denen sie gelagert sind. An vier im Winkel
um die Mittelachse des Drehmomentwandlers herum von einander beabstandeten
Stellen ist der Flansch 92 des Dämpferträgers 97 einteilig
mit örtlichen
Anschlagflanschen 104 ausgebildet, zusammenliegende Anschlagflanschpaare
bilden dabei die Enden von ringförmigen
Taschen für
die Dämpferfedern
dort, wo jeweils die Dämpferfedern 102, 103 gelagert
sind. Jeder Anschlagflansch bildet eine Fläche, die jeweils ein Ende einer
Feder gegen Bewegung in Reaktion auf die Bewegung des Kolbenschenkels 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.
-
Der Kolben 60 bewegt sich
axial in Richtung auf die Kupplungsplatte 70 unter der
Wirkung des Hydraulikdifferenzdruckes am Kolben, und weg von der Kupplungsplatte,
wenn der Druck im Steuerraum 90 gegenüber dem Druck auf der axial
gegenüberliegenden
Seite des Kolbens ansteigt. Der Kolben 60 dreht sich auch
um die Achse, wenn er antriebsschlüssig mit der Platte 70 verbunden
ist, weil der Pumpenraddeckel 12 mit der Motorkurbelwelle
verbunden ist. Diese Drehbewegung des Kolbens drängt die beiden Schenkel 78 in
Anlage an die Federn 102, so daß diese zusammengedrückt werden, Energie
speichern und Energie durch den Kontakt zwischen der Feder und den
Innenflächen
der Flansche 92 wieder abgeben.
-
Jeder der axial ausgerichteten Schenkel 78 des
Kolbens 60 ist in einen 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.
-
Die durch den Kolben 60,
den Deckel 12 und die Kupplungsplatte 70 begrenzte
Kammer 90 ist eine Steuerdruckkammer, die mit einer Steuerdruckquelle
durch einen Kanal 91 kommuniziert, in einer An und Weise,
die in der US-Patentschrift 4,633,738 beschrieben ist, welche der
Anmelderin der vorliegenden Erfindung erteilt ist. Durch die Regelung
des Druckes in der Kammer 90 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 auf der Oberfläche 62 gleitend
nach rechts und bewirkt, daß die
einander gegenüberliegenden Flächen auf
der Kupplungsplatte 70 und der Lamelle 79 in Reibungseingriff
miteinander treten. Durch eine angemessene Druckmodulation des Druckes
im Raum 90 kann ein kontrolliertes Rutschen zwischen dem
Deckel und dem Kolben eingeführt
werden. Drehmomentschwankungen im Triebstrang, die durch Motordrehmomentstörungen oder
andere unregelmäßige Drehmomentübertragungserscheinungen
entstehen, werden durch den Betrieb der Dämpfereinheit moduliert.
-
Der Kolben ist über die Dämpfereinheit und elastisch über die
Dämpferfedern
treibend mit der Haltelamelle 97 verbunden, über die
Nietverbindung mit dem Turbinenrotor, und durch die Nabe 38 schließlich mit
der Getriebeeingangswelle 42.
-
2 zeigt
den Kolben 60 und die Lamelle 79 außer Eingriff
mit der Kupplungsplatte 70, wobei die Überbrückungskupplung ausgekuppelt
ist, und wobei sich der Kolben in der linken Endstellung seines
Hubweges befindet. Wenn sich die Kupplungslamelle 79 nach
rechts bis in Kontakt mit der Platte 70 bewegt, tritt ein
leichter Berührungsdruck
zwischen der Platte 79 und dem Reibmaterial 80 zuerst
an einem radial inneren Bereich der Platte 70 auf und nimmt
dann allmählich
ab, wenn die radiale Entfernung vom inneren Rand der Lamelle zunimmt.
Die Lamelle wird elastisch auf die Flächen 75, 77 heruntergebogen,
bis sie nachgiebig an der Oberfläche
des Belages 80 auf der Platte 70 anliegt. Das
Zentrum des Berührungsdruckes
liegt im radial inneren Bereich der Platte 79.
-
3 zeigt
den Kolben 60 von der Position in 2 aus nach rechts in eine Position verschoben, in
der er weiter im Eingriff mit der Kupplungsplatte 70 steht.
Die Lamelle 79 berührt
das Reibmaterial 80 im wesentlichen über ihre gesamte radiale Breite.
Die Biegung der Lamelle 79 über ihre gesamte Stärke ergibt
sich daraus, daß eine
tragende Auflage durch den Kontakt zwischen dem Kolben 60,
und der Lamelle 79 an den Oberflächen 75, 77 hergestellt
wird, durch den, Druck, der von der Platte 70 axial auf
die Lamelle 79 aufgebracht wird, und durch Spiel zwischen
dem Kolben und der Lamelle in ihrem radial inneren Bereich. Die
Biegung ergibt eine Druckverteilung entlang der ganzen Breite der
Lamelle, ähnlich wie
es in 3 dargestellt
ist. Das Zentrum des so verteilten Druckes liegt vorzugsweise bei
106, was in etwa 1/3 der radialen Breite des Belagmaterials 80 von
dessen Außenrand
entspricht. Auf diese Weise liegt dann, wenn der Anlegedruck der Überbrückungskupplung
niedrig ist, das effektive Zentrum des Kontaktdruckes zwischen der
Kolben-Lamellen-Baugruppe und der Platte 70 nahe der radial
inneren Fläche.
Mit zunehmendem Anlegedruck wandert das Kontaktdruckzentrum radial
nach außen.
-
In 4 ist
die Oberfläche 108 des
Kolbens axial weg von einer Scheitelfläche 110 geneigt, so daß ein Winkel
von 2–3
Grad zwischen der Fläche 108 und
der Oberfläche 112 der
Lamelle 114 gebildet wird; bevor die Berührung mit
der Platte 70 auftritt. Die nachgiebige Drucklamelle 114 ist
bei 81 mit dem Kolben verschweißt und beinhaltet einen hakenförmigen Abschnitt 116,
der sich von der Schweißnaht
aus zu einem ebenen Schenkel hin erstreckt, dessen axial äußere Fläche dazu
ausgelegt ist, am Belagmaterial 80 anzuliegen. Die angrenzende
Oberfläche
des Materials 80, das auf der Kupplungsplatte 70 getragen
wird, ist radial ausgerichtet.
-
In den Ausführungsformen der 2-4 sind die Lamellen 79, 114
1,0–1,5
mm stark und sind vorzugsweise aus einer hochfesten Baustahlblechlegierung
des Typs 950 mit niedrigem Kohlenstoffgehalt geformt.
-
Wenn durch Hydraulikdruck eine zunehmend
stärker
werdende Kraft am Kolben angelegt wird, biegt sich eine nachgiebige
Lamelle so, daß sich
das Zentrum des Anlagebereiches an der Reibfläche am Pumpenradgehäuse gegenüber derjenigen
Stelle, an der es liegt, wenn die hydraulische Druckkraft relativ
niedrig ist, radial nach außen
verschiebt.