DE19954604A1 - Hydraulischer Drehmomentwandler und Verfahren zur Steuerung eines hydraulischen Drehmomentwandlers - Google Patents

Abstract

Ein hydraulischer Drehmomentwandler (1'), der insbesondere für ein Kraftfahrzeug vorgesehen ist, weist ein Pumpenrad (2), ein Turbinenrad (3), ein Leitrad (4) und eine Überbrückungskupplung (13') auf, wobei die Überbrückungskupplung (13') passiv schließbar und aktiv trennbar ausgebildet ist. DOLLAR A Ein Verfahren zur Steuerung eines hydraulischen Drehmomentwandlers (1'), der mit einer Überbrückungskupplung (13') versehen ist, die zu Beginn eines Anfahrvorganges hydraulisch geöffnet wird, sieht vor, daß zur Beendigung des Anfahrvorganges der Hydraulikdruck verringert und die Überbrückungskupplung (13') mittels einer passiv wirksamen Anpreßvorrichtung (20') geschlossen wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Drehmomentwandler, der insbesondere für ein Kraftfahrzeug vorgesehen ist und mit einem Pumpenrad, einem Turbinenrad, einem Leitrad und einer Überbrückungskupplung versehen ist.

Desweiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines hydraulischen Drehmomentwandlers mit einer Überbrückungskupplung, die zu Beginn eines Anfahrvorganges hydraulisch geöffnet wird.

Hydraulische Drehmomentwandler sind seit längerem bekannt und werden bevorzugt in Kraftfahrzeugen mit Automatikgetrieben und automatisierten Schaltgetrieben als Anfahrkupplung verwendet.

Überbrückungskupplungen dienen in bestimmten Betriebssituationen zur Überbrückung hydraulischer Wandler und Kupplungen zur Vermeidung von Schlupf.

Beispielsweise wird in der DE 29 41 501 A1 eine Antriebsvorrichtung für Arbeitsmaschinen mit instationärer Betriebsweise, insbesondere für Kraftfahrzeuge, beschrieben, die ein Summiergetriebe aufweist, mittels dem Energie aus einem Schwungrad und über eine hydraulische Wandlergruppe aus einem Hydraulikspeicher zu einer von einer Kraftmaschine erzeugbaren und über einen hydrodynamischen Wandler übertragbaren Antriebsenergie addierbar ist, wobei der hydrodynamische Wandler mit einer Überbrückungskupplung versehen ist. Nähere Einzelheiten über den Aufbau und die Wirkungsweise der Überbrückungskupplung sind allerdings nicht angegeben.

Ebenso ist aus der DE 44 01 509 A1 ein stufenloses Getriebe mit Leistungsverzweigung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bekannt, bei dem es sich um ein hydrostatisch- mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe handelt, das zur Verbesserung des Getriebewirkungsgrades mit einer Einrichtung zur Überbrückung eines hydrostatischen Wandlers an einem oder mehreren Übersetzungsfestpunkten ausgerüstet ist. Auch hier wird der Aufbau und die Wirkungsweise der Überbrückungseinrichtung nicht näher beschrieben.

Weiterhin ist aus dem Kraftfahrtechnischen Taschenbuch, 20. Auflage, S. 460 ein gattungsbildender hydraulischer Drehmomentwandler mit einer Überbrückungskupplung angegeben, die einen auf einer Nabe des Turbinenrades axial verschiebbaren und mit einem Reibbelag versehenen Kolben aufweist. Der Betriebszustand der Überbrückungskupplung ist durch ein Umschalten der Ölzuführung steuerbar. Bei einer Ölzuführung in einen zwischen einem mit dem Pumpenrad verbundenen Wandlergehäuse und dem Kolben befindlichen Raum ist die Überbrückungskupplung geöffnet, während sie bei einer Ölzuführung in einen zwischen dem Turbinenrad und dem Kolben befindlichen Raum geschlossen ist.

Nachteilig an dieser Anordnung ist die Notwendigkeit, daß auch bei geschlossener Überbrückungskupplung, d. h. bei außer Funktion gesetztem hydraulischen Drehmomentwandler, die Förderung von Öl erforderlich ist, um die Überbrückungskupplung geschlossen zu halten. Dadurch ergibt sich ein Betrieb der zugeordneten Ölpumpe, der sich negativ auf den Gesamtwirkungsgrad des hydraulischen Drehmomentwandlers bzw. des betreffenden Getriebes auswirkt.

Es ergibt sich daher das Problem, den gattungsbildenden hydraulischen Drehmomentwandler derart weiterzubilden, daß mit einfachen und kostengünstigen Mitteln ein besserer Wirkungsgrad bei geschlossener Überbrückungskupplung erzielt wird. Desweiteren soll ein Verfahren zur Steuerung eines derartigen Drehmomentwandlers angegeben werden.

Das Problem wird erfindungsgemäß in Verbindung mit dem Oberbegriff von Anspruch 1 dadurch gelöst, daß die Überbrückungskupplung passiv schließbar und aktiv trennbar ausgebildet ist.

Passiv schließbar und aktiv trennbar bedeutet, daß zur Öffnung der Überbrückungskupplung Energie zur Erzeugung einer entsprechenden Stellkraft erforderlich ist, wogegen das Schließen der Überbrückungskupplung selbsttätig erfolgt, d. h. die Erzeugung und Zuführung von Energie zur Erzielung einer Schließkraft und zur Aufrechterhaltung des geschlossenen Zustandes kann abgesenkt oder ganz vermieden werden. Die entsprechende Ölpumpe kann daher bei geschlossener Überbrückungskupplung abgestellt bzw. drucklos geschaltet werden, wodurch der Gesamtwirkungsgrad des Antriebes verbessert wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Überbrückungskupplung mit dem Turbinenrad verbunden, weist einen Kolben mit einem Reibbelag auf, und ist mit einer Anpreßvorrichtung zur kraftschlüssigen Verbindung des Pumpenrades mit dem Turbinenrad versehen.

Die Anpreßvorrichtung kann dabei als separates Bauteil ausgebildet sein und mindestens ein Federelement zur Erzeugung einer Anpreßkraft aufweisen. Als Federelement kommt beispielsweise eine Schraubenfeder und eine Tellerfeder in Frage. In Abhängigkeit von der zu erzeugenden Anpreßkraft und dem zur Verfügung stehenden Bauraum können ein oder mehrere Federelemente, Schraubenfedern, Tellerfedern oder Kombinationen aus beiden Bauarten, in der Anpreßvorrichtung Verwendung finden.

Die Überbrückungskupplung kann zwischen einem mit dem Pumpenrad verbundenen Wandlergehäuse und dem Turbinenrad angeordnet sein, wobei die Anpreßvorrichtung dann zweckmäßigerweise zwischen dem Kolben und dem Turbinenrad angeordnet ist. Zur Abstützung der Anpreßkraft wird das Turbinenrad und dessen Lagerung entsprechend stabil ausgebildet.

Zur Dämpfung von motorseitigen Drehschwingungen im geschlossenen Zustand und des Schließvorganges selbst kann die Überbrückungskupplung mit einem Torsionsdämpfer versehen sein. In diesem Fall weist die Anpreßvorrichtung zur Entlastung der Federelemente vor Umfangskräften, die bei einer Relativdrehung zwischen dem Kolben und dem Turbinenrad auftreten, vorteilhaft einen Anlaufring auf. Der Anlaufring stützt die Federelemente in Umfangsrichtung ab und fängt Relativdrehungen zwischen dem Kolben und dem Turbinenrad durch Reibung auf.

Die Anpreßvorrichtung kann allerdings auch integraler Bestandteil der Überbrückungskupplung sein, z. B. indem der Kolben der Überbrückungskupplung zur Erzeugung einer Anpreßkraft als Tellerfeder ausgebildet ist. In diesem Fall vereinfacht sich der Aufbau der Überbrückungskupplung wesentlich und der Platzbedarf sinkt. Durch eine geringere Anzahl von Bauteilen ergibt sich eine Kosteneinsparung.

Ein weiteres Problem besteht darin, daß bei dem bekannten Verfahren zur Steuerung eines hydraulischen Drehmomentwandlers bei geschlossener Überbrückungskupplung der Wirkungsgrad des Antriebes relativ niedrig ist.

Das Problem wird erfindungsgemäß in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 10 dadurch gelöst, daß zur Beendigung des Anfahrvorganges der Hydraulikdruck verringert und die Überbrückungskupplung mittels einer passiv wirksamen Anpreßvorrichtung geschlossen wird.

Hierbei kann die Verringerung des Hydraulikdruckes beispielsweise ungeregelt oder nach einer vorgegebenen Funktion geregelt erfolgen. Im ersten Fall ergibt sich ohne besonderen Steuerungsaufwand ein einfacher Druckabbau, der ein schnelles Schließen der Überbrückungskupplung zur Folge hat. Im zweiten Fall eines geregelten Schließvorganges erfolgt der Druckabbau nach einer vorgegebenen Funktion, wodurch ein ruckfreies und somit komfortables Schließen der Überbrückungskupplung möglich ist.

Insgesamt ergibt sich der schon beschriebene Vorteil einer Energieeinsparung und eine Wirkungsgradverbesserung des Antriebes bei geschlossener Überbrückungskupplung.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise veranschaulicht sind.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Drehmomentwandler in einer ersten bevorzugten Ausführung,

Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Drehmomentwandler in einer zweiten bevorzugten Ausführung, und

Fig. 3 einen Drehmomentwandler nach dem Stand der Technik.

Wie in der Fig. 3 dargestellt ist, weist ein hydraulischer Drehmomentwandler 1 nach dem Stand der Technik ein Pumpenrad 2, ein Turbinenrad 3 und ein Leitrad 4 auf. Das Pumpenrad ist fest mit einem Wandlergehäuse 5 verbunden und steht auf einer Motorseite 6 über ein Mitnehmerscheibe mit Anlasserzahnkranz 7 mit einem nicht abgebildeten Antriebsmotor in Verbindung. Das Turbinenrad 3 ist über eine Turbinennabe 8 mit einer Turbinenwelle 9 verbunden, die gegenüber dem Wandlergehäuse 5 frei drehbar ist und auf einer Getriebeseite 10 mit einer Eingangswelle eines nicht abgebildeten Getriebes in Verbindung steht. Zwischen dem Pumpenrad 2 und dem Turbinenrad 3 ist das Leitrad 4 über einen Freilauf 11 auf einer mit dem Pumpenrad 2 bzw. dem Wandlergehäuse 5 fest verbundenen Hohlwelle 12 gelagert. Zwischen dem Turbinenrad 3 und dem Wandlergehäuse 5 ist eine Überbrückungskupplung 13 angeordnet, die einen Kolben 14 aufweist, der außen mit einem Reibbelag 15 versehen ist und begrenzt drehbar und axial verschiebbar auf der Turbinennabe 8 gelagert ist. Über einen Torsionsdämpfer 16, der in Umfangsrichtung wirksame Federn 17 aufweist und sowohl mit dem Turbinenrad 3 bzw. der Turbinennabe 8 als auch mit der Überbrückungskupplung 13 in Verbindung steht, ist letztere nur begrenzt drehbar gegenüber dem Turbinenrad 3.

Von einer Ölpumpe, die meist als Zahnradpumpe ausgebildet ist, wird Öl aus einem Behälter in einem Kreislauf in den hydraulischen Drehmomentwandler 1 und von dort über einen Ölkühler wieder zurück in den Behälter gefördert. In dem hydraulischen Drehmomentwandler 1 wird das Öl durch das drehende Pumpenrad 2 in Rotation versetzt und nimmt dabei das, Turbinenrad 3 mit. Durch Umlenkung des strömenden Öles durch die Schaufeln des Umlenkrades 4 kommt es bei größeren Drehzahlunterschieden zwischen Pumpen- und Turbinenrad 2, 3 zu einer Momentenerhöhung, die zu Beginn einer Anfahrt, d. h. bei ruhendem Turbinenrad, am größten ist und zumeist zwischen 2 und 2,5 liegt. Mit zunehmender Beschleunigung des Turbinenrades 3 und damit abnehmendem Drehzahlunterschied zwischen Pumpen- und Turbinenrad 2, 3 wird die Momentenüberhöhung reduziert und schließlich ganz abgebaut. Da jedoch immer ein gewisser Schlupf zwischen Pumpen- und Turbinenrad 2, 3 vorhanden ist, können das Pumpenrad 2 und das Turbinenrad 3 über die Überbrückungskupplung 13 mechanisch verbunden werden. Hierdurch kann insbesondere verhindert werden, daß der hydraulische Drehmomentwandler 1 bei hoher Drehmomentbelastung und niedrigen Drehzahlen, einem Zustand, der z. B. bei Fahrten in höheren Gängen vorkommt, in einen Bereich hohen Schlupfes und damit schlechten Wirkungsgrades gerät. Zur Schließung der Überbrückungskupplung 13 wird Öl in einen Raum 18 zwischen Turbinenrad 3 bzw. Pumpenrad 2 und der Überbrückungskupplung 13 gepumpt, wodurch der Kolben 14 axial in Richtung auf die Motorseite 6 verschoben wird und der Reibbelag 15 an das Wandlergehäuse 5 gepreßt wird. Damit ist dann eine kraftschlüssige mechanische Verbindung des Pumpenrades 2 mit dem Turbinenrad 3 hergestellt und somit ein direkter schlupffreier Durchtrieb gegeben. Der Torsionsdämpfer 16 dient dabei der Dämpfung von motorseitigen Drehschwingungen im geschlossenen Zustand und des Schließvorganges der Überbrückungskupplung 13. Zur Öffnung der Überbrückungskupplung 13 wird das Öl dagegen in einen Raum 19 zwischen dem Wandlergehäuse 5 und der Überbrückungskupplung 13 gepumpt, wodurch der Kolben 14 axial in Richtung auf die Getriebeseite 10 gedrückt wird und der Reibbelag 15 von dem Wandlergehäuse 5 abgehoben wird, wodurch der Reibkontakt aufgehoben ist.

Nachteilig an dieser bekannten Anordnung ist der Umstand, daß im geschlossenen Zustand der Überbrückungskupplung 13 weiterhin hydraulische Energie erforderlich ist, um diese geschlossen zu halten. Daraus ergibt sich insbesondere für besonders sparsam ausgelegte Kraftfahrzeuge, bei denen aus Komfortgründen auf den hydraulischen Drehmomentwandler nicht verzichtet werden kann, eine gravierende Wirkungsgradverschlechterung.

Dagegen ist in der Fig. 1 eine erfindungsgemäße Weiterbildung des gattungsbildenden Drehmomentwandlers 1 dargestellt. Der betreffende Drehmomentwandler 1' ist im wesentlichen identisch aufgebaut wie zuvor beschrieben. Lediglich die Überbrückungskupplung 13' ist derart modifiziert, daß sie passiv schließbar ist und somit im geschlossenen Zustand keine hydraulische Energie mehr benötigt wird. Hierzu weist die Überbrückungskupplung 13' eine Anpreßvorrichtung 20' auf, die zwischen dem Turbinenrad 3 und dem Kolben 14' angeordnet ist. Die Anpreßvorrichtung 20' ist mit einem an dem Turbinenrad 3 befestigten Lagerring 21' einem mit dem Kolben 14' in Kontakt befindlichen Anlaufring 22' und mehreren als Schraubenfedern ausgebildeten und zwischen den Ringen 21' und 22' angeordneten Federelementen 23' versehen. Der Anlaufring 22' dient zur Entlastung der Federelemente 23' vor Umfangskräften, die bei einer Relativdrehung zwischen dem Kolben 14' und dem Turbinenrad 3 auftreten. Durch die Anpreßvorrichtung 20' wird eine Anpreßkraft erzeugt, die sich einerseits an dem Turbinenrad 3 abstützt und andererseits den Kolben 14' mit seinem Reibbelag 15' axial in Richtung auf die Motorseite 6 drückt, so daß die Überbrückungskupplung 13' bei drucklosem Drehmomentwandler 1' automatisch geschlossen wird. Zum Lösen der Überbrückungskupplung 1' wird, wie zuvor schon beschrieben, Öl mit einem entsprechenden Druck in den Raum 19 zwischen dem Wandlergehäuse 5 und der Überbrückungskupplung 13' gepumpt. Somit ist der Drehmomentwandler 1' bei geschlossener Überbrückungskupplung 13' drucklos und die zugeordnete Ölpumpe kann abgestellt werden, was zu einer Wirkungsgradverbesserung des Antriebes führt.

Ein alternativer erfindungsgemäßer hydraulischer Drehmomentwandler 1" ist in Fig. 2 dargestellt. Hier ist die Anpreßvorrichtung 20" integraler Bestandteil des Kolbens 14", indem dieser als Tellerfeder 24" ausgebildet ist. Dadurch wird die entsprechende Anpreßkraft nicht wie zuvor gegen das Turbinenrad 3, sondern gegen die Turbinennabe 8 abgestützt, was aufgrund geringerer erforderlicher Steifigkeit Gewichtseinsparungen an dem Turbinenrad 3 ermöglicht. Aus Stabilitätsgründen wird im vorliegenden Fall auf einen Torsionsdämpfer verzichtet. Die Funktionsweise ist dieselbe wie sie schon zuvor anhand der Fig. 1 beschrieben wurde.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

hydraulischer Drehmomentwandler

1

' hydraulischer Drehmomentwandler

1

" hydraulischer Drehmomentwandler

2

Pumpenrad

3

Turbinenrad

4

Leitrad

5

Wandlergehäuse

6

Motorseite

7

Mitnehmerscheibe mit Anlasserzahnkranz

8

Turbinennabe

9

Turbinenweile

10

Getriebeseite

11

Freilauf

12

Hohlwelle

13

Überbrückungskupplung

13

' Überbrückungskupplung

13

" Überbrückungskupplung

14

Kolben

14

' Kolben

14

" Kolben

15

Reibbelag

15

' Reibbelag

15

" Reibbelag

16

Torsionsdämpfer

16

' Torsionsdämpfer

17

Federn

17

' Federn

18

Raum

19

Raum

20

' Anpreßvorrichtung

20

" Anpreßvorrichtung

21

' Lagerring

22

' Anlaufring

23

' Federelement

24

" Tellerfeder

Claims (12)

1. Hydraulischer Drehmomentwandler, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Pumpenrad (2), einem Turbinenrad (3), einem Leitrad (4) und einer Überbrückungskupplung (13', 13"), dadurch gekennzeichnet, daß die Überbrückungskupplung (13', 13") passiv schließbar und aktiv trennbar ausgebildet ist.

2. Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überbrückungskupplung (13', 13") mit dem Turbinenrad (3) verbunden ist, einen Kolben (14', 14") mit einem Reibbelag (15', 15") aufweist, und mit einer Anpreßvorrichtung (20', 20") zur kraftschlüssigen Verbindung des Pumpenrades (2) mit dem Turbinenrad (3) versehen ist.

3. Drehmomentwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpreßvorrichtung (20') als separates Bauteil ausgebildet ist und mindestens ein Federelement (23') zur Erzeugung einer Anpreßkraft aufweist.

4. Drehmomentwandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Federelement (23') als Schraubenfeder ausgebildet ist.

5. Drehmomentwandler nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Federelement (23') als Tellerfeder ausgebildet ist.

6. Drehmomentwandler nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Überbrückungskupplung (13') zwischen einem mit dem Pumpenrad (2) verbundenen Wandlergehäuse (5) und dem Turbinenrad (3) angeordnet ist, und daß die Anpreßvorrichtung (20') zwischen dem Kolben (14') und dem Turbinenrad (3) angeordnet ist.

7. Drehmomentwandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Überbrückungskupplung (13') mit einem Torsionsdämpfer (16') versehen ist, und daß die Anpreßvorrichtung (20') einen Anlaufring (22') zur Entlastung der Federelemente (23') aufweist.

8. Drehmomentwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpreßvorrichtung (20") integraler Bestandteil der Überbrückungskupplung (13") ist.

9. Drehmomentwandler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (14") der Überbrückungskupplung (13") zur Erzeugung einer Anpreßkraft als Tellerfeder (24") ausgebildet ist.

10. Verfahren zur Steuerung eines hydraulischen Drehmomentwandlers (1', 1") mit einer Überbrückungskupplung (13', 13"), die zu Beginn eines Anfahrvorganges hydraulisch geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beendigung des Anfahrvorganges der Hydraulikdruck verringert und die Überbrückungskupplung (13', 13") mittels einer passiv wirksamen Anpreßvorrichtung (20', 20") geschlossen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verringerung des Hydraulikdruckes ungeregelt erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verringerung des Hydraulikdruckes nach einer vorgegebenen Funktion geregelt erfolgt.