DE19881263B4

DE19881263B4 - Hydrodynamischer Drehmomentwandler

Info

Publication number: DE19881263B4
Application number: DE19881263T
Authority: DE
Inventors: Wendy Wooster Boman; Volker Wooster Middelmann; Mircea Wooster Gradu
Original assignee: LuK GS Verwaltungs GmbH and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1997-08-11
Filing date: 1998-08-06
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2018-08-07
Also published as: AU9530498A; JP2001502043A; US6193037B1; DE19835549A1; WO1999008022A1; FR2767175A1; FR2767175B1; DE19881263D2

Abstract

Hydrodynamischer Drehmomentwandler (1) mit einem in einem Gehäuse (13) aufgenommenen Turbinenrad und einer Wandlerüberbrückungskupplung (10), wobei die Wandlerüberbrückungskupplung (10) einen auf einer Nabe axial verlagerbaren Kolben (11) und eine mit der Nabe (3) drehfest angeordnete Kupplungsscheibe (12) mit radial außen liegenden Reibbelägen (26a, 26b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß axial zwischen dem radial äußeren Randbereich des auf der Nabe (3) frei verdrehbar aufgenommenen Kolbens (11) und den Reibbelägen (26a, 26b) der Kupplungsscheibe (12) eine mit dem Gehäuse (13) drehfest angeordnete axial bewegbare Lamelle (50) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit einem in einem Gehäuse aufgenommenen Turbinenrad und einer Wandlerüberbrückungskupplung, wobei die Wandlerüberbrückungskupplung einen auf einer Nabe axial verlagerbaren Kolben und eine mit der Nabe drehfest angeordnete Kupplungsscheibe mit radial außen liegenden Reibbelägen aufweist. Dabei ist das Eingangsteil der Kupplungsscheibe radial außen mit Reibbelägen versehen und das Ausgangsteil ist radial innen mittels einer Verzahnung mit der Nabe verbunden.
Solche hydrodynamischen Drehmomentwandler weisen in der Regel innerhalb des Gehäuses ein mit dem Gehäuse drehfestes Pumpenrad und zwischen Turbinenrad und Pumpenrad ein Leitrad auf. Der Kolben ist in der Regel mit der Nabe drehfest verbunden oder in einem vorgebbaren Winkelbereich des Dämpfers gegenüber der Nabe verdrehbar. Solche Drehmomentwandler sind beispielsweise durch die DE 37 22 860 , die DE 44 31 640 oder die DE 44 00 211 A1 bekannt geworden. Durch die hohen Drehmassen des Kolbens entstehen insbesondere bei Leerlaufsituation des Verbrennungsmotors als Antrieb Rasselgeräusche, die zu unkomfortablen Fahreindrücken des Motor-Getriebeeinheit führen.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit Wandlerüberbrückungskupplung zu schaffen, welcher die akustischen Eigenschaften von Drehmomentwandlern des Standes der Technik insbesondere im Leerlaufbereich verbessert und gleichzeitig einen geringen Herstellungsaufwand benötigt. Dabei ist eine weitere Teilaufgabe, einen Drehmomentwandler mit geringem benötigtem insbesondere axialem Bauraum zu schaffen.
Weiterhin lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Herstellungsverfahren von hydrodynamischen Drehmomentwandlern zu vereinfachen und den Teileumfang des hydrodynamischen Drehmomentwandlers zu reduzieren und so eine kostengünstigere Herstellung dieser Aggregate zu erzielen.
Gemäß der Erfindung wird dies bei einem hydrodynamischen Drehmomentwandler dadurch erreicht, daß axial zwischen dem radial äußeren Randbereich des auf der Nabe frei verdrehbar aufgenommenen Kolbens und den Reibbelägen der Kupplungsscheibe eine mit dem Gehäuse drehfest angeordnete axial bewegbare Lamelle angeordnet ist.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Kolben auf der Nabe frei verdrehbar ist und vom Momentenfluß abgetrennt ist. Der Kolben hat dabei alleine die Aufgabe des Druckaufbaus und der Anpressung der Lamelle und der zwischen Lamelle und Gegenreibfläche angeordnete Reibbeläge.
Vorteilhaft ist es, wenn die Lamelle als im wesentlichen kreisringförmiges Element ausgebildet ist. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Lamelle als Blechformteil oder Stanzteil hergestellt ist.
Zweckmäßig ist es, wenn die Lamelle mit dem Gehäuse drehfest verbunden ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist es vorteilhaft, wenn die Lamelle an ihrem radial äußeren Randbereich eine Verzahnung aufweist, die in eine im Gehäuse des Drehmomentwandlers eingearbeitete Innenverzahnung eingreift.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Lamelle einen radial äußeren sich in radialer Richtung erstreckenden Bereich mit einer Verzahnung aufweist, einen radial inneren sich in radialer Richtung erstreckenden Bereich aufweist und einen zwischen diesen Bereichen einen abgewinkelten sich in radialer Richtung und in axialer Richtung erstreckenden Bereich aufweist.
Ebenso ist es zweckmäßig, wenn der radial innere Randbereich der Lamelle radial innerhalb eines radial inneren Randbereiches eines Reibbelages ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der radial innere Randbereich der Lamelle radial außerhalb eines Dämpfers der Kupplungsscheibe liegt
Die Erfindung sei anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Darstellung eines Drehmomentwandlers im Schnitt und
2 eine Ansicht einer Kupplungsscheibe und einer Lamelle.
Die 1 zeigt einen Hydrodynamischen Drehmomentwandler 1, bei welchem das Turbinenrad 2 durch die Turbinenradschale 2a angedeutet ist. Die Turbine/das Turbinenrad 2 ist auf einer Nabe 3 drehfest angeordnet oder verbunden. Diese Verbindung erfolgt in der Regel mittels Nietverbindungen oder Schweißungen. In dem Gehäuse 13 des Drehmomentwandlers 1 ist neben dem Turbinenrad 2 weiterhin ein Pumpenrad und gegebenenfalls ein Leitrad angeordnet.
Die Turbine 2 des Drehmomentwandlers 1 und die Wandlerüberbrückungskupplung 10 mit Kolben 11 und Kupplungsscheibe 12 sind innerhalb eines Gehäuses 13 angeordnet. Die Kupplungsscheibe 12 weist dabei einen Torsionsschwingungsdämpfer zwischen Eingangsteil und Ausgangsteil der Scheibe 12 auf.
Die Kupplungsscheibe 12 besteht im wesentlichen aus einem zwischen zwei Seitenscheiben 20, 21 (Eingangsteil) axial aufgenommenem Flansch (Ausgangsteil) 22. Die Seitenscheiben sind durch zumindest ein Befestigungselement 23, 24, wie Nietelement, miteinander axial fest beabstandet verbunden und drehfest mit einander angeordnet. Mittels des Befestigungselementes 24 ist mit den Seitenscheiben 20, 21 eine Belagträgerscheibe 25 verbunden, die zumindest einseitig oder in einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel beidseitig Reibbeläge 26a, 26b trägt. Der Belagträger als scheibenförmiges Bauteil weist radial innen Lappen 25a auf, die der Vernietung mit einer Seitenscheibe 21 dienen. Die Seitenscheibe 20 weist ebenfalls radial innen Lappen 20a, die in Aussparungen der Lappen 25a der Belagträgerscheibe 25 eingreifen. Die Verbindung zwischen den Seitenscheiben 20, 21 erfolgt dann mittels jedes zweiten Niets 24 und die anderen Nietverbindungen dienen der Verbindung des Belagträgers mit einer Seitenscheibe. Dadurch werden mittels jeden Niets nur jeweils zwei Bleche verbunden. Dies erbringt vorteilhaft einen reduzierten axialen Bauraumbedarf.
Der Flansch 22 weist einen in radialer Richtung ausgedehnten Bereich auf, in welchem Fenster zur Aufnahme der Kraftspeicher eingebracht, wie gestanzt, sind. Weiterhin weist der Flansch in seinem radial inneren Raumbereich 22a einen in axialer Richtung ausgedehnten, im wesentlichen hohlzylindrischen Fuß 22b auf, der radial innen eine Innenverzahnung 70 aufweist. Die Innenverzahnung 70 steht mit einer Außenverzahnung 71 der Nabe in Verzahnungseingriff. Dadurch wird ein Drehmoment von dem Flansch 22 auf die Nabe 3 übertragen. Die Nabe weist ihrerseits wiederum eine Innenverzahnung 73 auf, die mit einer Getriebeeingangswelle (nicht dargestellt) zur Drehmomentübertragung verbindbar ist.
Die Reibbeläge 26a, 26b sind als im wesentliche kreisringförmige oder ovale Beläge auf die Belagträgerscheibe aufgebracht, wie aufgeklebt oder aufgepreßt. Die Beläge können Nuten zur Durchströmung eines Fluids aufweisen, das auch bei geschlossener Wandlerüberbrückungskupplung durch die Nuten strömen kann.
Die Seitenscheiben 20, 21 weisen Öffnungen 30, wie Federfenster, oder öldichte Ausbuchtungen als Aufnahmebereiche für die Aufnahme von Kraftspeichern 32, 33 auf. Der Flansch 22 weist Ausnehmungen 31, wie Federfenster zur Aufnahme von Kraftspeichern auf. In den Aufnahmebereichen der Seitenscheiben und des Flansches sind Kraftspeicher 32, 33, wie Druckfedern, angeordnet, die derart angeordnet sind, daß bei einer Relativverdrehung von Seitenscheiben und Flansch eine Drehmomentübertragung mittels der Kraftspeicher von den Seitenscheiben auf den Flansch erfolgt. Dadurch wird ein Dämpfer gebildet. Zur axialen Zentrierung von Seitenscheiben 20, 21 und Flansch 22 ist ein Kraftspeicher 27, wie eine Tellerfeder, im radial inneren Bereich des Dämpfers zwischen der einen Seitenscheibe und dem Flansch angeordnet. Die Tellerfeder stützt sich radial innen an der Seitenscheibe und radial außen an dem Flansch ab, wobei die Tellerfeder mittels einer Verzahnung in eine Gegenverzahnung an Flansch oder Gegenscheibe eingreifen kann und derart drehfest mit Flansch oder Seitenscheibe verbunden sein kann. Die Tellerfeder kann sowohl zwischen Flansch und der motorseitig angeordneter Seitenscheibe als auch zwischen Flansch und turbinenradseitiger Seitenscheibe angeordnet sein. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn sich die jeweils andere Seitenscheibe bei Relativverdrehung reibschlüssig an dem Flansch abstützt, wie dies radial innerhalb des Verbindungselementes 23 dargestellt ist.
Der Kolben 11 weist an seinem radial äußeren Randbereich eine Kontaktfläche oder Reibfläche 40 auf. Der Kolben 11 ist als kreisringförmiges Element mit einer zentralen Ausnehmung ausgebildet, wobei die Ausnehmung die Nabe 3 in sich aufnimmt. Der Kolben 11 wird somit von der Nabe 3 getragen. Der Kolben weist in seinem radial inneren Bereich eine in axialer Richtung abgewinkelten Bereich 41 auf, der als Fuß zur Aufnahme der Nabe dient. Zwischen Fuß 41 und Nabe ist in eine Umfangsnut 42 ein Dichtring 43 aufgenommen, welcher den Kolben gegen die Nabe abdichtet. Der Kolben ist gegenüber der Nabe frei verdrehbar und axial verlagerbar angeordnet, wobei er sich an seinem radial inneren Bereich im radial äußeren Bereich 3a der Nabe 3 axial abstützen kann, dieser Bereich ist mit einem Axiallager 90, wie einer Lagerscheibe oder einem Gleit- oder Wälzlager versehen, das zwischen Kolben 4 und Nabe 3a angeordnet ist. Der Kolben ist in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel drehbar gegenüber der Nabe 3 angeordnet. Dadurch wird der Kolben bei Schwingungen der Antriebsseite des Wandlers nicht auch in Torsionsschwingungen versetzt und das Trägheitsmoment der Kolbens wird von diesen Schwingungen entkoppelt. Dadurch wird das Rasseln durch den Kolben zumindest reduziert, wenn nicht sogar vollständig vermieden.
Axial zwischen dem einen Reibbelag 26b der Kupplungsscheibe 12 und dem Kolben 11 ist eine kreisringförmige Lamelle 50 angeordnet, die mittels der radial außen liegenden Verzahnung 52 der Lamelle 50 drehfest mit dem Gehäuse mittels der Innenverzahnung 51 des Gehäuses verbunden ist. Die Lamelle 50 ist innerhalb der Verzahnung 51 des Gehäuses axial verlagerbar. Die formschlüssige Verbindung erfolgt zwischen der Lamelle und dem Gehäuse vorzugsweise ohne Zwischenschaltung eines anderen Bauteiles.
Der radial innere Randbereich 55 der Lamelle ist radial innerhalb des Randbereiches der Reibbeläge angeordnet. Die Lamelle 50 weist zwischen ihrem radial inneren Bereich, der sich in radialer Richtung erstreckt und ihrem radial äußeren Bereich, der sich in radialer Richtung erstreckt, einen in axialer Richtung betrachtet abgewinkelten Zwischenbereich 50a auf.
Unter Druckbeaufschlagung des Druckraumes 60, im Falle, daß der Druck im Druckraum 60 größer als im Druckraum 61 ist, wird die Kupplung eingerückt und der Kolben legt sich an den Reibringen 53, 54 an und beaufschlagt die Lamelle gegen die Reibfläche 26b und die Reibfläche 26a gegen die gehäuseseitige Reibfläche der Reibungskupplung. Die Kupplung wird eingerückt oder schlupfend betrieben. Ist der Druck im Druckraum 61 größer als im Druckraum 60, wird die Kupplung ausgerückt. Die Reibringe 53, 54 können auch einteilig ausgebildet sein. Sie dienen der Übertragung der Axialkraft von dem Kolben auf die Lamelle, gleichzeitig dienen sie bei einem Drehzahlunterschied zwischen Lamelle und Kolben der verminderten Reibungsverluste oder verringertem Abrieb. Ebenfalls ist es vorteilhaft, wenn die Reibringe relativ dünn ausgebildet sind, damit ein guter Wärmeabfluß über den/die Reibring/e erfolgt.
Die 2 zeigt eine Teilansicht einer Kupplungsscheibe 12 und einer Lamelle 50. Zu erkennen ist die radial innen liegende Verzahnung, wie Innenverzahnung 70, des Flansches 22 zur Drehmomentübertragung an die Nabe 3. Die Seitenscheibe 21 steht mit den Verbindungselementen 23, wie Nieten, mit der gegenseitigen nicht dargestellten Seitenscheibe 20 in drehfester und axial fester Verbindung. Die Nieten 23 sind im wesentlichen gleichmäßig über den Umfang verteilt. In die Seitenscheibe 20 sind Federfenster 30 eingebracht, wie gestanzt, zur Aufnahme der Kraftspeicher 32, 33. Diese Kraftspeicher sind durch koaxial angeordnete Kraftspeicher unterschiedlichen Durchmessers ausgebildet und liegen mit ihren Endwindungen an den Fensterenden 30a, 30b in Umfangsrichtung betrachtet zur Drehmomentübertragung an.
Am radial äußeren Bereich der Kupplungsscheibe 12 ist ein kreisringförmiger Belagträger 25 mittels Verbindungselementen 24 mit zumindest einer der Seitenscheiben 20, 21 verbunden. Der Belagträger trägt auf beiden Seiten jeweils zumindest einen Reibbelag, der vorzugsweise Nuten zur Fluiddurchströmung und Kühlung aufweisen kann.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf die ältere Anmeldung DE 197 34 678 A1 , deren Inhalt ausdrücklich zum Offenbarungsinhalt der vorliegenden Anmeldung gehört.
Die Lamelle 50 weist eine Reibfläche auf, die mit einer Reibfläche eines Reibbelages 26b bei Beaufschlagung in Reibkontakt treten kann. Im radial äußeren Bereich der Lamelle 50 ist eine Verzahnung 52 vorhanden, die mit einer Innenverzahnung im Gehäusedeckel in Verzahnungseingriff steht. Durch den Verzahnungseingriff ist die Lamelle 50 mit dem Gehäuse drehfest aber axial bewegbar angeordnet.
Der Kraft- oder Drehmomentfluß bei eingerückter Kupplung erfolgt somit ausgehend von dem Gehäuse 13 des Drehmomentwandlers 1 auf die eine Reibfläche des Reibbelages 26a der Kupplungsscheibe und von dem Gehäuse 13 über die Verzahnung 51, 52 der Lamelle 50 über die Lamelle 50 auf die andere Reibfläche des anderen Reibbelages 26b der Kupplungsscheibe und von dort über die Seitenscheiben 20, 21 und über die Kraftspeicher 32, 33 auf den Flansch 22 und vom Flansch 22 über die Verzahnung 70, 71 auf die Nabe 3 und von der Nabe 3 auf die nicht dargestellte Getriebeeingangswelle. Der Kolben 11 dient nicht der Drehmomentübertragung zumal er verdrehbar gegenüber der Nabe 3 und dem Gehäuse 13 angeordnet ist.
Die Reihenfolge der Bauteile ist in axialer Richtung betrachtet wie folgt: Gehäuse 13 mit Gegenreibfläche, Reibbelag 26a mit Reibfläche, Belagträger 25, Reibbelag 26b mit Reibfläche, Lamelle 50 und Kolben 11.
Die in den Figuren dargestellten Drehmomentwandler bestehen im wesentlichen aus Blechteilen, die durch Verformung, wie beispielsweise durch Tiefziehen ausgestaltet oder ausgebildet werden können. Ebenso können die Teile, wie beispielsweise der Kolben, aus Aluminium hergestellt werden.
Der Drehmomentwandler mit Wandlerüberbrückungskupplung kann bei einer Verwendung einer geeigneten Ansteuerung mittels eines Steuersystems mit beispielsweise einer Computereinheit und ansteuerbaren Ventilen zur Druckbeaufschlagung von Druckräumen derart verwendet werden, daß die Wandlerüberbrückungskupplung in einem Betriebsbereich schlupfend angesteuert werden kann und in Abhängigkeit des jeweiligen Betriebspunktes geöffnet oder geschlossen betrieben wird.
Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvorschläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen offenbarte Merkmale zu beanspruchen.
In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
Die Gegenstände dieser Unteransprüche bilden jedoch auch selbständige Erfindungen, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.
Die Erfindung ist auch nicht auf das (die) Ausführungsbeispiel (e) der Beschreibung beschränkt. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten erfinderisch sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.

Claims

Hydrodynamischer Drehmomentwandler (1) mit einem in einem Gehäuse (13) aufgenommenen Turbinenrad und einer Wandlerüberbrückungskupplung (10), wobei die Wandlerüberbrückungskupplung (10) einen auf einer Nabe axial verlagerbaren Kolben (11) und eine mit der Nabe (3) drehfest angeordnete Kupplungsscheibe (12) mit radial außen liegenden Reibbelägen (26a, 26b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß axial zwischen dem radial äußeren Randbereich des auf der Nabe (3) frei verdrehbar aufgenommenen Kolbens (11) und den Reibbelägen (26a, 26b) der Kupplungsscheibe (12) eine mit dem Gehäuse (13) drehfest angeordnete axial bewegbare Lamelle (50) angeordnet ist.
Hydrodynamischer Drehmomentwandler (1), nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamelle (50) als im wesentlichen kreisringförmiges Element ausgebildet ist.
Hydrodynamischer Drehmomentwandler (1), nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamelle (50) mit dem Gehäuse (13) des Drehmomentwandlers (1) drehfest verbunden ist.
Hydrodynamischer Drehmomentwandler (1), nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamelle (50) an ihrem radial äußeren Randbereich eine Verzahnung (52) aufweist, die in eine im Gehäuse (13) des Drehmomentwandlers (1) eingearbeitete Innenverzahnung (51) eingreift.
Hydrodynamischer Drehmomentwandler (1), nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamelle (50) einen radial äußeren sich in radialer Richtung erstreckenden Bereich mit einer Verzahnung (52) aufweist, einen radial inneren sich in radialer Richtung erstreckenden Bereich aufweist und einen zwischen diesen Bereichen abgewinkelten sich in radialer Richtung und in axialer Richtung erstreckenden Bereich (50a) aufweist.
Hydrodynamischer Drehmomentwandler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der radial innere Randbereich der Lamelle (50) radial innerhalb eines radial inneren Randbereiches eines Reibbelages (26a, 26b) ist.
Hydrodynamischer Drehmomentwandler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der radial innere Randbereich der Lamelle (50) radial außerhalb eines Dämpfers der Kupplungsscheibe (12) liegt.
Hydrodynamischer Drehmomentwandler (1), nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsscheibe (12) einen Dämpfer aufweist, dessen Ausgangsteil (22) in einem radial inneren Raumbereich (22a) einen in axialer Richtung ausgedehnten und eine radial innen angeordnete Innenverzahnung (70) aufweisenden Abschnitt (22b) umfasst.
Hydrodynamischer Drehmomentwandler (1), nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenverzahnung (70) mit einer Außenverzahnung (71) der Nabe (3) in Verzahnungseingriff steht.
Hydrodynamischer Drehmomentwandler (1), nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kolben (11) in einem radial inneren Bereich an einem radial äußeren Bereich (3a) der Nabe (3) über eine Axiallager (90) axial abstützen kann.