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Die Erfindung betrifft eine Überbrückungskupplung gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.
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Aus
1 der
DE 199 20 542 A1 ist eine Überbrückungskupplung für eine hydrodynamische Kupplungsanordnung bekannt, die einen Kolben sowie eine Lamelle aufweist, wobei die Lamelle über einen Torsionsschwingungsdämpfer mit einer als Abtrieb wirksamen Nabe in Drehverbindung steht. Die hydrodynamische Kupplungsanordnung verfügt über ein Kupplungsgehäuse, an dessen einem Antrieb zugewandter Seite ein Deckel vorgesehen ist, an welchem radial außen an der zum Antrieb weisenden Seite Halteelemente zur Anbindung des Kupplungsgehäuses an den Antrieb angeschweißt sind, während radial weiter innen am Deckel plastische Verformungen vorgesehen sind, die an der dem Kolben zugewandten Seite des Deckels als auf den Kolben zugerichtete Vorsprünge wirken und mit am Kolben vorgesehenen Ausnehmungen in Eingriff stehen, wobei diese Ausnehmungen durch plastische Verformungen am Kolben hergestellt sind. Die Vorsprünge am Deckel sichern durch ihren Eingriff in die Ausnehmungen eine drehfeste, aber axial verlagerbare Anbindung des Kolbens an das Kupplungsgehäuse, wobei der Kolben über einen Kolbenfuß an dem Kupplungsgehäuse geführt ist. Sobald zwischen dem Kolben und der Lamelle über Reibflächen eine Wirkverbindung hergestellt und damit die Überbrückungskupplung eingerückt ist, besteht unter Umgehung eines durch Pumpenrad, Turbinenrad und Leitrad gebildeten hydrodynamischen Kreises eine Antriebsverbindung zwischen dem Kupplungsgehäuse und der Nabe.
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Der Deckel des Kupplungsgehäuses ist durch die plastischen Verformungen einem erheblichen Umformungsgrad unterworfen. Hinzu kommt eine Versteifung des Deckels durch Anschweißung der Halteelemente sowie gegebenfalls eine Materialversprödung in diesem Bereich. Damit ist der Deckel einem beträchtlichen Fertigungsaufwand unterworfen, bei gleichzeitig ungünstigen Verformungseigenschaften.
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Eine vergleichbare Überbrückungskupplung in einer hydrodynamischen Kupplungsanordnung mit vergleichbarer Ausbildung und Führung des Kolbens ist aus der
DE 198 26 351 A1 bekannt. Zur Herstellung einer Drehverbindung zwischen einem Deckel des Kupplungsgehäuses und dem Kolben sind von der Seite eines Antriebes aus Vorsprünge in Richtung zum Kolben vorgesehen, die in entsprechende Ausnehmungen im Kolben eingreifen, wobei sowohl die Vorsprünge im Deckel als auch die Ausnehmungen im Kolben jeweils durch plastische Verformungen erzeugt sind. Des weiteren sind am Deckel Halteelemente zur Anbindung des Kupplungsgehäuses an dem Antrieb befestigt, wobei diese Halteelemente mit einem vor dem Kupplungsgehäuse angeordneten Torsionsschwingungsdämpfer zusammen wirken. Ein zweiter Torsionsschwingungsdämpfer ist innerhalb des Kupplungsgehäuses angeordnet, und zwar zwischen einem mit mehreren Lamellen ausgebildeten Lamellenpacket und einer als Abtrieb wirksamen Nabe.
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Die
US 2,858,675 A zeigt eine Überbrückungskupplung, bei welcher in einem Deckel des Kupplungsgehäuses einer hydrodynamischen Kupplungsanordnung zapfen eingepresst sind, die in Richtung zu einem Kolben der Überbrückungskupplung überstehen, und die in entsprechende Ausnehmungen des Kolbens eingreifen. Somit sind, ergänzend zu Deckel und Kolben, zusätzliche Bauteile vorgesehen, um eine Drehsicherung für den Kolben zu bilden.
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Durch die
US 4 177 885 A ist eine Überbrückungskupplung für eine zumindest mit einem Pumpenrad und einem Turbinenrad versehene hydrodynamische Kupplungsanordnung bekannt. Die Überbrückungskupplung weist einen Kolben auf, durch welchen eine Antriebsverbindung zwischen einem Antrieb, wie beispielsweise der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, und einem Abtrieb, wie einer Getriebeeingangswelle, herstellbar ist. Der Kolben verfügt über einen Kolbenfuß, der auf einer Turbinennabe des Turbinenrades zentriert ist und mittels einer Verzahnung drehfest an die Turbinennabe angebunden ist. In Achsrichtung lässt die Verzahnung dagegen eine Verlagerung des Kolbens gegenüber der Turbinennabe zu, sodass der Kolben in einer Einrückposition über Reibflächen eine Verbindung mit dem Deckel des Kupplungsgehäuses herstellen und in einer Ausrückposition diese Verbindung lösen kann. Die Bewegung des Kolbens in seine Einrückposition wird durch ein Vorspannelement in Form einer Axialfeder unterstützt, die axial zwischen der Turbinennabe und dem Kolben wirksam ist.
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Durch Ausbildung der Verzahnung zwischen dem Kolbenfuß und der Turbinennabe zur Drehsicherung des Kolbens entstehen Mehrkosten, insbesondere turbinennabenseitig, da es relativ aufwendig ist, in eine mit großem Querschnitt ausgebildete Turbinenabe eine Verzahnung einzubringen. Des Weiteren treten, da sich die Verzahnung am radial inneren Ende des Kolbens befindet, aufgrund des großen Abstandes zu den Reibflächen und damit zum Ort der Drehmomentübertragung hohe umfangsseitige Kräfte in den Zahnflanken auf, sodass vergleichsweise hohe Reibkräfte einer Axialverlagerung des Kolbens entgegenwirken, was wiederum negativen Einfluss auf dessen Regelbarkeit nimmt. Ein weiterer Nachteil des Bedarfs einer Verzahnung zwischen dem Kolbenfuß und einem Bauteil der hydrodynamischen Kupplungsanordnung – hier der Turbinennabe – liegt darin, dass sich der Einsatz einer dem Kolbenfuß zugeordneten Abdichtung zumindest im Erstreckungsbereich der Verzahnung als problematisch erweisen dürfte.
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Durch die
DE 195 81 383 T1 ist eine weitere Überbrückungskupplung an einer hydrodynamischen Kupplungsanordnung bekannt, bei welcher der Kolben gegenüber dem Deckel eines Kupplungsgehäuses axial verlagerbar angeordnet ist. Zur Drehsicherung ist der Kolben mittels Tangentialblattfedern am Deckel befestigt, wobei aufgrund der Tangentialblattfedern die Bauteileanzahl sowie der Fertigungsaufwand für die Drehanbindung des Kolbens erheblich ist. Als Vorteil dieser Ausführung verbleibt lediglich eine ebenflächige Ausbildung einer den Kolbenfuß aufnehmenden Gehäusenabe und damit eine problemlose Anordnung einer Abdichtung zwischen Kolbenfuß und Gehäusenabe.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überbrückungskupplung für eine hydrodynamische Kupplungsanordnung derart auszubilden, dass ein Kolben der Überbrückungskupplung bei geringst möglichem Aufwand gegenüber einem Bauteil der Kupplungsanordnung drehsicherbar ist, ohne dass an diesem Bauteil ungünstige Material- und/oder Verformungseigenschaften ausgelöst werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale gelöst.
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Durch Ausbildung des Kolbens und/oder des Deckels des Kupplungsgehäuses in radialem Abstand zum Kolbenfuß mit wenigstens einer Ausnehmung für einen entsprechenden, in die Ausnehmungen eingreifenden Vorsprung wird eine drehfeste Verbindung des Kolbens mit dem Deckel in geringem Radialabstand zur Reibfläche hergestellt. Dadurch sind bei zu übertragenden Drehmomenten die umfangsseitigen Belastungen, die zwischen Vorsprung und Ausnehmung wirken, auf ein Maß begrenzt, bei welchem einer Axialverlagerung des Kolbens nur geringe, zwischen Vorsprung und Ausnehmung auftretende Reibkräfte entgegenwirken. Eine vorzügliche axiale Verlagerbarkeit und damit auch Steuerbarkeit des Kolbens in Axialrichtung ist die Folge.
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Die Ausnehmung ist durch eine von der Seite des Kolbens aus am Deckel vorgenommene plastische Eindrückung gebildet, die an der vom Kolben abgewandten Seite des Deckels als nietartiges Element hervortritt. Ein solches nietartiges Element, im Wesentlichen in der Form eines über den Deckel des Kupplungsgehäuses überragenden Zapfens, ist zur Aufnahme eines Halteelementes am Kupplungsgehäuse nutzbar, wobei ein derartiges Halteelement üblicherweise zur Anbindung des Kupplungsgehäuses über eine Antriebsplatte mit dem Antrieb, wie beispielsweise der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, genutzt werden kann. Nach Aufsetzen des Halteelementes auf das nietartige Element ist das Letztgenannte mittels eines von der Seite eines Antriebs vorgenommenen Stauchvorganges derart verformbar, dass eine das Halteelement fest am Deckel des Kupplungsgehäuses aufnehmende Nietverbindung entsteht.
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Zurückkommend auf die dem Kolben zugewandte Seite des Deckels, steht aufgrund der erwähnten plastischen Eindrückung zur Herstellung des nietartigen Elementes bereits eine Ausnehmung zur Verfügung, sodass, was den Deckel betrifft, kein zusätzlicher Fertigungsvorgang erforderlich ist, um eine Drehanbindung des Kolbens zu realisieren. Lediglich am Kolben selbst muss zur Herstellung des Vorsprunges eine plastische Verformung ausgebildet werden, und zwar ausgehend von der dem Deckel abgewandten Seite des Kolbens. Sobald ein derart ausgebildeter Kolben im Kupplungsgehäuse in eine axiale Position verbracht ist, in welcher sein Vorsprung in die Ausnehmung des Deckels eingreift, besteht die gewünschte Drehanbindung des Kolbens in Umfangsrichtung. Sofern die vorerwähnte plastische Verformung am Kolben gleichzeitig mit dessen Tiefziehvorgang erledigt wird, fällt somit – ebenso wie bereits beim Deckel des Kupplungsgehäuses – kein zusätzlicher Fertigungsvorgang zur Herstellung dieser Drehanbindung an.
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Eine deutlich andere Ausgestaltung ergibt sich bei Ausbildung sowohl des Kolbens als auch des Deckels an ihren jeweils einander zugewandten Seiten mit jeweils einer Ausnehmung, wobei die am Deckel vorgenommene erste Ausnehmung durch eine plastische Eindrückung und die am Kolben vorgesehene zweite Ausnehmung durch eine plastische Verformung gebildet ist. In die beiden voneinander fortweisenden Ausnehmungen greift nun jeweils ein Vorsprung ein, der mit Vorzug als zylindrisches Element ausgebildet sein kann. Wie auch bei den zuvor behandelten Ausführungen muss der jeweilige Vorsprung auch hier in Axialverlagerungsrichtung des Kolbens derart bemessen sein, dass der Kolben auch bei maximaler Entfernung vom Deckel nicht aus den Wirkbereich des Vorsprunges in der jeweiligen Ausnehmung herausbewegt werden kann.
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Mit Vorzug werden in Umfangsrichtung eine Mehrzahl an Vorsprüngen und jeweils zugeordneter Ausnehmungen vorgesehen sein, wobei alle Vorsprünge und dementsprechend auch alle Ausnehmungen im Wesentlichen auf einem gleichen Radius um eine Drehachse des Kupplungsgehäuses ausgebildet sind. Um auch bei Ausbildung von Vorsprüngen, die jeweils in zwei zugeordnete Ausnehmungen eingreifen sollen, einen einfachen Fertigungsvorgang realisieren zu können, ist vorgesehen, die Vorsprünge mittels eines gemeinsamen Verbindungsringes miteinander zu verbinden. Ein derartiger Verbindungsring kann vorteilhafterweise aus einem anderen Werkstoff als die Vorsprünge bestehen, wobei die Letztgenannten bei Ausbildung aus Metall die benötigte Festigkeit mitbringen, während der Verbindungsring bei Herstellung aus Kunststoff nicht nur hinreichend leicht ist, sondern darüber hinaus auch durch Umspritzen der Vorsprünge mit denselben verbindbar ist.
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Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:
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1 Die obere Hälfte eines Längsschnittes durch eine hydrodynamische Kupplungsanordnung mit einer überbrückungskupplung, deren Kolben mittels einer formschlüssigen Verbindung einem Deckel eines Kupplungsgehäuses drehnachführbar ist
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2 eine Draufsicht auf die formschlüssige Verbindung gemäß einer Schnittlinie II-II in 1;
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3 wie 1, aber mit anderer konstruktiver Ausführung der formschlüssigen Verbindung;
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4 eine Herauszeichnung eines Segmentes der in 3 gezeigten formschlüssigen Verbindung gemäß der Schnittlinie IV-IV.
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Die in 1 gezeigte hydrodynamische Kupplungsanordnung 3 in Form eines Drehmomentwandlers weist ein Kupplungsgehäuse 5 auf, an welchem mittels einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung vorgesehener, nietartiger Elemente 4 Halteelemente 8 befestigt sind, die über eine Mehrzahl von Befestigungselementen 7, einem Kopplungselement 9, wie z. B. einer Flexplatte, und Befestigungselementen 10, mit einem Antrieb 11, beispielsweise der Kurbelwelle 13 einer Brennkraftmaschine, zur gemeinsamen Drehung gekoppelt werden können.
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Die Kupplungsanordnung 3 weist weiterhin. Im Bereich einer Drehachse 15 einen Lagerzapfen 17 auf, der an einem Deckel 19 des Kupplungsgehäuses 5 vorgesehen und in einer am Antrieb 11 vorgesehenen Zentrierführung 21 aufgenommen ist.
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Der Deckel 19 ist über eine Schweißnaht 23 mit einer Pumpenradschale 25 eines Pumpenrades 27 fest verbunden, das unter Bildung eines hydrodynamischen Kreises 30 mit einem Turbinenrad 29 sowie gegebenenfalls mit einem Leitrad 32 zusammenwirkt. Das Turbinenrad 29 verfügt über eine Turbinenradschale 31, die mittels einer Verschweißung 33 an einer Turbinennabe 35 befestig ist, die über eine Axiallagerung 38 an einem Freilauf 38 des Leitrades 32 in Anlage kommt. Die Turbinennabe 35 steht über eine Verzahnung 37 mit einer nicht gezeigten, radial innerhalb der Turbinennabe 35 angeordneten Getriebeeingangswelle 39 in Drehverbindung. Durch die Getriebeeingangswelle ist ein Übergangsraum 45 mit Kupplungsfluid versorgbar, der mittels Durchgangsöffnungen 49 in einer Kupplungsgehäusenabe 47 axial zwischen Deckel 19 und Turbinennabe 35 mit einer Druckkammer 50 verbunden ist, die axial zwischen dem Deckel 19 und einem Kolben 55 der Überbrückungskupplung 57 vorgesehen ist. Der Kolben 55 ist mit einem radial innen angeformten Kolbenfuß 56 an einer Aufnahme 58 der Turbinennabe 35 mittels einer Abdichtung 59 dichtend aufgenommen und kommt in seinem radial äußeren Bereich mit einer Reibfläche 60 an einem Reibbelag 63 einer Lamelle 61 zur Anlage, wobei diese Lamelle 61 sich mittels eines weiteren Reibbelages 63 an einer Reibfläche 64 des Deckels 19 abzustützen vermag. Die Lamelle 61 ist mit einer Verzahnung 71 einer Halterung des Turbinenrades 29 in drehfester Verbindung.
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Auf den Deckel 19 des Kupplungsgehäuses 5 zurück kommend, ist dieser im Wesentlichen im radial mittleren Bereich des Deckels 19 mit einer Ausnehmung 68 versehen, die durch eine von der Seite des Kolbens 55 aus am Deckel 19 vorgenommene plastische Eindrückung 70 gebildet ist, die an der vom Kolben 55 abgewandten Seite des Deckels 19 als das nietartige Element 4 zur Befestigung des Halteelementes 6 dient. In diese Ausnehmung 68 greift ein Vorsprung 72 am Kolben 55 ein, der, im Wesentlichen im radial mittleren Bereich des Kolbens 55 ausgebildet, über die dem Deckel 19 zugewandte Seite des Kolbens 55 hinaus ragt und durch eine an der Gegenseite des Kolbens 55 aus Richtung des Turbinenrades 29 vorgenommene, plastische Verformung 74 gebildet ist. Der Vorsprung 72 greift, wie 2 deutlicher zeigen soll, in die Ausnehmung 68 ein und bildet somit zusammen mit der Ausnehmung 68 eine formschlüssige Verbindung 76 zur Herstellung einer Drehanbindung 78 des Kolbens 55 an den Deckel 19.
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Voraussetzung für diese Funktion der Drehanbindung 78 ist allerdings, dass der Vorsprung 72 mit einer Ausdehnung in Richtung zur Ausnehmung 68 ausgebildet ist, bei welcher er auch bei maximaler Entfernung des Kolbens 55 vom Deckel 19, bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel also in Ausrückposition des Kolbens 55, nicht aus der zugeordneten Ausnehmung 68 heraus bewegt werden kann. Um dies sicher zu stellen, ist am Aufnehmer 58 für den Kolbenfuß 56 ein Axialanschlag 80 vorgesehen, durch welchen der Axialabstand des Kolbens 55 vom Deckel 19 begrenzt ist. Andererseits ist die Ausdehnung des Vorsprunges 72 in Richtung zur Ausnehmung 68 so fest zu legen, dass der Kolben 55 bei maximaler Annäherung an den Deckel 19, bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel also in Einrückposition des Kolbens 55, nicht an den Ausnehmungsboden 82 anschlagen kann, damit der Einrückvorgang des Kolbens 55 nicht aufgrund eines vorzeitigen Kontaktes des Vorsprunges 72 mit dem Ausnehmungsboden 82 behindert oder sogar unterbunden wird. Aus diesem Grund ist der Vorsprung 72 derart bemessen, dass in Einrückposition des Kolbens 55 ein Axialspalt 84 zwischen dem deckelseitigen freien Ende des Vorsprunges 72 und dem Ausnehmungsboden 82 verbleibt.
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In 3 schließlich ist der Vorsprung 72 als eigenständiges Bauteil realisiert, des sowohl in eine erste Ausnehmung 68a im Deckel 19 als auch in eine zweite Ausnehmung 68b im Kolben 55 eingreift. Die erste Ausnehmung 68a wird durch eine von der Seite des Kolbens 55 ausgehende, am Deckel 19 vorgenommene plastische Eindrückung 70 gebildet, während die zweite Ausnehmung 68b durch eine von der Seite des Deckels 19 ausgehende, am Kolben 55 vorgesehene plastische Verformung 74 gebildet ist.
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Wie bei der Ausführung gemäß 1 gilt auch der Ausführung nach 3, dass bei Ausbildung von Deckel 19 und Kolben 55 jeweils mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen 68a, 68b sowie von Vorsprüngen 72 entlang des Umfanges sowohl die Vorsprünge 72 als auch die Ausnehmungen 68a, 68b jeweils auf gleichem Radius um die Drehachse 15 des Kupplungsgehäuses 5 und im Wesentlichen mit gleichen Umfangsabständen zueinander angeordnet sind.
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Um auch bei einer Mehrzahl an Vorsprüngen 72 eine vereinfachte Montage im Kupplungsgehäuse 5 erzielen zu können, ist vorgesehen, die einzelnen Vorsprünge 72 durch einen Verbindungsring 88 untereinander zu verbinden. In 4 ist beispielhaft ein Winkelsegment eines derartigen Verbindungsringes 88 mit zwei Vorsprüngen 72 dargestellt. Diese bestehen zugunsten hoher Festigkeit bei der Übertragung von Drehmomenten aus Metall, während der Verbindungsring 88, sobald die Vorsprünge 72 in die Ausnehmungen 68a, 68b eingelegt sind, seine Funktion verloren hat und daher aus einem weniger festen Werkstoff bestehen kann als die Vorsprünge 72. Der Verbindungsring 88 besteht daher mit Vorzug aus einem Kunststoff, der den besonderen Vorteil bietet, die einzelnen Vorsprünge 72 durch umspritzen miteinander zu verbinden.
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Bezugszeichenliste
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- 3
- hydrodyn. Kupplungsanordnung
- 4
- nietartiges Element
- 5
- Kupplungsgehäuse
- 6
- Halteelement
- 7
- Befestigungselemente
- 9
- Kopplungselement
- 10
- Befestigungselemente
- 11
- Antrieb
- 13
- Kurbelwelle
- 15
- Drehachse
- 17
- Lagerzapfen
- 19
- Deckel
- 21
- Zentrierführung
- 23
- Schweißnaht
- 25
- Pumpenradschale
- 27
- Pumpenrad
- 29
- Turbinenrad
- 30
- hydrod. Kreis
- 31
- Turbinenradschale
- 32
- Leitrad
- 33
- Vernietung
- 35
- Turbinenradnabe
- 36
- Axiallagerung
- 37
- Verzahnung
- 41
- Abdichtung
- 43
- Mittenbohrung
- 45
- Übergangsraum
- 47
- Gehäusenabe
- 49
- Durchgangsöffnungen
- 50
- Druckkammer
- 51
- Durchdrückungsnietungen
- 52
- Verbindung
- 53
- Kolbenträger
- 55
- Kolben
- 56
- Kolbenfuß
- 57
- Überbrückungskupplung
- 58
- Aufnehmer
- 59
- Abdichtung
- 60
- Reibfläche
- 61
- Lamelle
- 62
- Reibflächen
- 63
- Reibbelag
- 64
- Reibfläche
- 65
- Halterung
- 66
- Verzahnung
- 68, 68a, 68b
- Ausnehmung
- 70
- plastische Eindrückung
- 72
- Vorsprung
- 74
- plastische Verformung
- 76
- formschlüssige Verbindung
- 78
- Drehanbindung
- 80
- Axialanschlag
- 82
- Ausnehmungsboden
- 84
- Axialspalt
- 88
- Verbindungsring
