DE10104346A1

DE10104346A1 - Hydrodynamischer Drehmomentwandler

Info

Publication number: DE10104346A1
Application number: DE2001104346
Authority: DE
Inventors: Otwin Zirkl; Walter Fritz; Wolfgang Neitz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2001-02-01
Filing date: 2001-02-01
Publication date: 2002-08-08

Abstract

Der hydrodynamische Drehmomentwandler für Automatgetriebe von Fahrzeugen weist ein Turbinenrad, ein Pumpenrad, ein feststehendes Leitrad und eine Wandler-Überbrückungskupplung auf, mit einem in einem Kolbenraum verschiebbar gelagerten Kolben (1). Der Kolbenraum ist in einen Betätigungsraum (2) und in einen Verschieberaum (6) unterteilt. Der Kolben weist eine erste Axialfläche (16) auf, die dem Betätigungsraum (2) zugewandt ist, der über Kanäle (3, 4, 5) mit der hydraulischen Ansteuerung des Drehmomentwandlers verbunden ist, sowie eine zweite Axialfläche (17), die dem Verschieberaum (6) zugewandt ist, der über Kanäle (7, 8, 9) mit dem Getriebesumpf verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Drehmo mentwandler für Automatgetriebe von Fahrzeugen, mit einem Turbinenrad, mit einem Pumpenrad, mit einem feststehenden Leitrad und mit einer Wandler-Überbrückungskupplung, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Hydrodynamische Drehmomentwandler finden insbesondere aus Komfortgründen in Kraftfahrzeugen, insbesondere Perso nenkraftwagen breiten Einsatz. Um in Betriebsphasen, die keine Schaltungen eines mit dem Drehmomentwandler verbunde nen Getriebes erfordern, Energieverluste zu vermeiden, die durch Schlupf zwischen dem Pumpenrad und dem Turbinenrad bedingt sind, sind die Drehmomentwandler mit einer Über brückungskupplung versehen. Das in gewisser Weise als Kol ben wirkende Überbrückungsbauteil dieser Überbrückungskupp lung übernimmt in seinem an das Wandlergehäuse angepressten Zustand unmittelbar die Drehmomentübertragung zwischen dem Wandlergehäuse und der Abtriebswelle. Dabei wird die An preßfläche bzw. Reibfläche zwischen dem Überbrückungsbau teil und dem Wandlergehäuse durch die Hydraulikflüssig keitsströmung gekühlt, die durch Zwischenräume zwischen dem Wandlergehäuse und dem an das Wandlergehäuse angepressten Überbrückungsbauteil hindurch in dem Raum zwischen dem Überbrückungsbauteil und dem Wandlergehäuse und von dort in die Axialbohrung der Abtriebswelle strömt.

Wenn die Hydraulikflüssigkeitsströmung verlustarm in die Axialbohrung der Abtriebswelle abströmen kann, führt dies zu einem Druckaufbau in dem Ringraum, der die Anpreß kraft des Überbrückungsbauteils, das üblicherweise als Kolben ausgeführt ist, an das Wandlergehäuse mindert und da durch das von der Überbrückungskupplung übertragbare Drehmoment herabsetzt.

In der DE A 44 23 640 wird zur Vermeidung dieses Pro blems eine Strömungsführungseinrichtung vorgeschlagen, mit tels der die rückströmende Hydraulikflüssigkeit aus dem als Ringraum ausgebildeten Raum zwischen Kolben und Wandlerge häuse über einzelne Rohre oder Kanäle in die Axialbohrung zurückströmt. Dies ist mit einem erheblichen zusätzlichen Bauaufwand verbunden und erzeugt einen ungewollten Druck aufbau, da die dort verwendeten Bohrungen als Drosselstel len wirken.

Bei sogenannten Trilok-Drehmomentwandlern mit einer Wandler-Überbrückungskupplung ergibt sich der effektive Kupplungsdruck ganz allgemein als Differenz zwischen den Drücken auf beiden Seiten des Kupplungskolbens. Zur Steue rung des von der Wandler-Überbrückungskupplung übertragenen Drehmoments wird der Wert eines dieser beiden Drücke verän dert.

Bei den herkömmlichen hydrodynamischen Drehmomentwand lern ist einer dieser beiden Drücke der Wandler-Innendruck. Für diesen Wandler-Innendruck gelten einerseits durch die Funktionen des hydrodynamischen Drehmomentwandlers in sei ner Gesamtheit bestimmte Grenzwerte nach unten, insbesonde re zur Vermeidung von Kavitation, sowie nach oben, insbe sondere als Funktion der mechanischen Festigkeit der Pum penradschale. Andererseits ist der Wandler-Innendruck wäh rend des Betriebes Schwankungen unterworfen, die sich durch unterschiedliche Betriebszustände des Gesamtgetriebes ergeben, insbesondere durch Änderungen des Wandleröl- Volumenstroms.

Bei den herkömmlichen Bauarten der hydrodynamischen Wandler ist das von der Wandler-Überbrückungskupplung über tragbare Drehmoment somit über den Wandler-Innendruck zahl reichen Einflußgrößen ausgesetzt, die außerhalb der Wand ler-Überbrückungskupplung angesiedelt sind und die aufgrund der komplexen Funktionszusammenhänge des Gesamtgetriebes nur bedingt auf die Belange der Wandler- Überbrückungskupplung hin optimierbar sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen hy drodynamischen Drehmomentwandler zu schaffen, bei dem der effektive Kupplungsdruck und damit das übertragbare Drehmo ment unabhängig vom Wandler-Innendruck sind.

Ausgehend von einem hydrodynamischen Drehmomentwandler der eingangs näher genannten Art erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Patentan spruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Gemäß der Erfindung ist also vorgesehen, dass der in einem Kolbenraum verschiebbar gelagerte Kolben eine erste Axialfläche aufweist, die einem Betätigungsraum zugewandt ist, der über Kanäle mit der hydraulischen Ansteuerung des Drehmomentwandlers verbunden ist, dass der Kolben eine zweite Axialfläche aufweist, die einem Verschieberaum zuge ordnet ist, der über Kanäle mit dem Getriebesumpf verbunden ist, wobei die Flächeninhalte der beiden Axialflächen im wesentlichen gleich sind. Die vom Öldruck im Wandler- Innenraum beaufschlagten Axialflächen des Kolbens der Wand ler-Überbrückungskupplung sind derart ausgeglichen, dass vom Öldruck im Wandler-Innenraum keine resultierende Axial kraft auf den Kolben der Wandler-Überbrückungskupplung ein wirkt. Da ferner der Kolben der Wandler-Überbrückungskupp lung eine Axialfläche aufweist, die der vom Betätigungs druck der Wandler-Überbrückungskupplung beaufschlagten Axialfläche entgegengerichtet ist und die mit einem sta tisch drucklosen, aber unter Rotationsdruck stehenden Ölvo lumen beaufschlagt wird, kann die durch den Rotationsdruck anteil des Betätigungsdrucks der Wandler-Überbrückungskupp lung erzeugte Axialkraft auf den Kolben der Wandler-Über brückungskupplung durch eine betragsmäßig annähernd gleich große Gegenkraft ausgeglichen werden.

Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des hydrodyna mischen Drehmomentwandlers wird nicht nur der Vorteil er zielt, dass der effektive Kupplungsdruck und damit das übertragbare Drehmoment unabhängig vom Wandler-Innendruck sind, sondern auch der weitere Vorteil, dass der Rotations druck kompensiert wird, sodass der effektive Kupplungsdruck auch unabhängig von der Drehzahl des Wandlers ist.

Vorteilhafterweise wird das statisch drucklose Ölvolu men im Verschieberaum durch einen oder mehrere Drosselquer schnitte aus dem Wandler-Innenraum gespeist und steht über einen Ablaufkanal mit dem Getriebeölsumpf in Verbindung.

Das statisch drucklose Ölvolumen im Verschieberaum wird vorzugsweise über einen oder mehrere Drosselquer schnitte aus dem Kolbenraum der Wandler-Überbrückungskupp lung gespeist und steht über einen Ablaufkanal mit dem Ge triebeölsumpf in Verbindung.

Das statisch drucklose Ölvolumen im Verschieberaum wird vorteilhafterweise durch einen Zulaufkanal aus der Getriebe-Ölversorgung gespeist und steht über einen Ablauf kanal mit dem Getriebeölsumpf in Verbindung.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Drehmomentwandler mit seiner Wandler-Überbrückungskupplung über einen Ablaufkanal für die Durchströmung des Wandlers mit Öl und einen weiteren Kanal mit dem Getriebeölsumpf verbunden, wobei ein Teil des dem Wandler zugeführten Ölvo lumenstroms durch diesen weiteren Kanal in den Getriebeöl sumpf abläuft, wobei durch geeignete konstruktive Gestal tung das Lamellenpaket der Wandler-Überbrückungskupplung umströmt wird, bzw. Nuten in den Lamellen-Reibbelägen des Lamellenpaktes für die Wandler-Überbrückungskupplung durch strömt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 den Wandler mit Drosselöffnungen zum Wand ler-Innenraum;

Fig. 2 den Wandler mit Öffnung zum Betätigungsraum und

Fig. 3 den Wandler mit Zuführung über Kanäle.

In Fig. 1 ist schematisch ein Schnitt durch einen hydrodynamischen Drehmomentwandler dargestellt, der nach dem bekannten Trilok-Prinzip aufgebaut ist und der derart ausgestaltet ist, dass die eingangs näher beschriebenen Vorteile erzielt werden, d. h. dass der effektive Kupp lungsdruck und damit das übertragbare Drehmoment unabhän gig vom Wandler-Innendruck und unabhängig von der Dreh zahl des Wandlers ist.

Mit 1 ist der Kolben der Wandler-Überbrückungskupp lung bezeichnet, der an einer ersten Axialfläche 16 über den Raum 2 mit Drucköl beaufschlagt wird. Über die Kanä le 3, 4 und 5 ist der Raum 2 mit der hydraulischen Steue rung des Automatgetriebes verbunden. Der Raum 2 ist dabei der Betätigungsraum für den Kolben 1.

Der Kolben 1 weist zu einem Verschieberaum 6 hin eine zweite Axialfläche 17 auf. Der Verschieberaum 6 ist über Kanäle 7, 8 und 9 mit dem Ölsumpf des Automatgetriebes verbunden. Die den Verschieberaum 6 vom Wandler-Innenraum trennende Wand 20 ist nun mit mindestens einer Drossel bohrung 10 versehen.

Die Zuführung des Wandleröls erfolgt über einen Ka nal 11 und die Abführung des Wandleröls erfolgt über ei nen Kanal 12.

Die Kanäle 5, 9, 11 und 12 in der feststehenden Leit radhohlwelle 13 bilden die vier hydraulischen Anschlüsse des Wandlers.

Durch ein außerhalb des Wandlers im Kanal 12 angeord netes nicht dargestelltes Druckventil wird der Öldruck im Wandler-Innenraum auf einem für die Funktion des Wandlers erforderlichen Niveau gehalten.

Der Kolben 1 weist weiter zwei Axialflächen 18 und 19 auf, von denen die Axialfläche 19 dem Lamellenpaket 21 zu gewandt ist. Diese beiden Axialflächen 18, 19 werden vom Wandler-Innendruck beaufschlagt und sind ausgeglichen, so dass durch den Wandler-Innendruck keine resultierende Axialkraft auf den Kolben einwirkt.

Durch die im Betrieb vorhandene Druckdifferenz zwi schen dem Verschieberaum 6 und dem Wandler-Innenraum strömt über die Drosselbohrungen 10 kontinuierlich Wand leröl in den Verschieberaum 6. Von dort fließt es über die Kanäle 7, 8 und 9 in den Getriebeölsumpf 26 ab. So fern die Leitungsquerschnitte der Kanäle 7, 8 und 9 aus reichend groß bezüglich der Querschnitte der Drosselboh rungen 10 bemessen sind, baut sich hierbei kein stati scher Druck im Verschieberaum 6 auf.

Durch die Fliehkraftwirkung auf die Ölsäulen in den Kanälen 3 und 7 entstehen bei rotierendem Wandler dreh zahlabhängige Rotationsdrücke im Betätigungsraum 2 und im Verschieberaum 6. Durch entsprechende Bemessung der geometrischen Verhältnisse können die Werte der Rotati onsdrücke in den Räumen 2 und 6 annähernd gleich groß sein. Die von diesen Rotationsdrücken beaufschlagten axialen Ringflächen des Kolbens 1 sind ebenfalls gleich groß. Aus diesem Grund erzeugt die Fliehkraftwirkung bei rotierendem Wandler zwei annähernd gleich große entgegen gerichtete Axialkräfte auf den Kolben 1, die sich in ih rer Wirkung auf ihn aufheben.

Durch entsprechende konstruktive Gestaltung, d. h. Vorsehen von Öffnungen 14 und 15 kann ein Teil des durch die Drosselbohrungen 10 abfließenden Öl-Volumenstroms am Lamellenpaket der Wandler-Überbrückungskupplung entlang bzw. durch Nuten in den Lamellenreibbelägen durch das La mellenpaket hindurch geleitet werden. Dadurch kann die Wär meabfuhr aus dem Lamellenpaket an der Überbrückungskupplung verbessert werden.

Die Fig. 2 zeigt in der Wand 20 keine Drosselbohrung, sondern weist eine Drosselbohrung 22 im Kolben 1 auf, über die der Betätigungsraum 2 und der Verschieberaum 6 in Ver bindung treten können. Die sonstigen Einzelheiten entspre chen der Fig. 1.

In der Fig. 3 ist keine Drosselbohrung vorgesehen, sondern der Verschieberaum 6 kann aus der Getriebe-Ölver sorgung 23 über die Kanäle 7, 8, 9 gespeist werden. Dazu ist ein Ventil 24, das von einer Steuerung 25 gesteuert wird, an den Kanal 9 bzw. seine Fortsetzung angeschlossen. Das Ventil 24 verbindet den Kanal 9, und darüber den Ver schieberaum 6, entweder mit der Getriebe-Ölversorgung 23 oder mit dem Ölsumpf 26. Die sonstigen Einzelheiten ent sprechen der Fig. 1.

Bezugszeichen

1

Kolben

2

Betätigungsraum

3

Kanal

4

Kanal

5

Kanal

6

Verschieberaum

7

Kanal

8

Kanal

9

Kanal

10

Bohrung

11

Kanal

12

Kanal

13

Leitradhohlwelle

14

Öffnung

15

Öffnung

16

Axialfläche

17

Axialfläche

18

Axialfläche

19

Axialfläche

20

Wand

21

Lamellenpaket

22

Bohrung

23

Ölversorgung

24

Ventil

25

Steuerung

26

Ölsumpf

Claims

1. Hydrodynamischer Drehmomentwandler für Automatge triebe von Fahrzeugen, mit einem Turbinenrad, mit einem Pumpenrad, mit einem feststehenden Leitrad und mit einer Wandler-Überbrückungskupplung, die einen in einem Kolben raum verschiebbar gelagerten Kolben (1) aufweist, wobei der Kolbenraum in einem Betätigungsraum (2) und einen Verschie beraum (6) unterteilt ist, dadurch gekenn zeichnet, dass der Kolben (1) eine erste Axial fläche (16) aufweist, die dem Betätigungsraum (2) zugewandt ist, der über Kanäle (3, 4, 5) mit der hydraulischen An steuerung des Drehmomentwandlers verbunden ist, dass der Kolben (1) eine zweite Axialfläche (17) aufweist, die dem Verschieberaum (6) zugewandt ist, und daß zwei weitere Axialflächen 18, 19 am Kolben 1 angeordnet sind, die einan der gegenüberliegen und von ihrer Fläche mindestens annä hernd gleich groß sind und die vom Öldruck im Wandler- Innenraum beaufschlagt sind, so daß vom Öldruck im Wandler- Innenraum keine oder höchstens eine geringe resultierende Axialkraft auf den Kolben 1 erzeugt wird.

2. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Axialflächen (16, 17) entgegengesetzt zueinander angeordnet sind und die bei Beaufschlagung mit einem statisch drucklo sen jedoch unter Rotationsdruck stehenden Ölvolumen erzeug te Axialkraft auf den Kolben (1) durch eine betragsmäßig annähernd gleich große Gegenkraft ausgeglichen ist.

3. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Ansprü chen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschieberaum (6) über mindestens eine Drossel bohrung (10) mit dem Wandler-Innenraum in Verbindung steht.

4. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschieberaum (6) über mindestens eine Drosselbohrung (22) mit dem Betätigungsraum (2) in Verbindung steht.

5. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschieberaum (6) über einen Zulaufkanal (7, 8, 9) mit der Getriebeölversorgung in Verbindung steht.

6. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach einem der vorherstehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass ein Teil des dem Wandler zugeführ ten Ölvolumenstroms durch wenigstens einen weiteren Ka nal (14, 15) zum Lamellenpaket (21) der Wandler-Über brückungskupplung derart geführt wird, dass dieses entweder umströmt oder durch Nuten in den Reibbelägen des Lamellen paketes (21) durchströmt wird.