DE102005012243A1

DE102005012243A1 - Hydrodynamische Kopplungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102005012243A1
Application number: DE200510012243
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dr.-Ing. Ackermann; Michael Heuler
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2005-03-15
Filing date: 2005-03-15
Publication date: 2006-09-21

Abstract

Eine hydrodynamische Kopplungsvorrichtung weist zumindest ein mit einem Antrieb über ein Kupplungsgehäuse verbundenes Pumpenrad und ein mit einem Abtrieb verbundenes Turbinenrad zur Bildung eines hydrodynamischen Kreises, eine Überbrückungskupplung mit wenigstens einem Kolben und zumindest einer zwischen diesem und einer benachbarten Abstützung wirksamen Reibfläche zur Verbindung des Antriebs mit dem Abtrieb unter Umgehung des hydrodynamischen Kreises auf. Ein Druckkreis in Form eines Zwei-Leitungs-Systems ist mit einer ersten Druckmittelleitung zur Versorgung des hydrodynamischen Kreises mit Kupplungsfluid und mit einer zweiten Druckmittelleitung zur Versorgung eines dem Kolben zugeordneten Druckraumes mit Kupplungsfluid versehen. Die Überbrückungskupplung ist vom hydrodynamischen Kreis umschlossen, dem wenigstens eine einen Austausch von Kupplungsfluid mit dem Druckraum zumindest reduzierende Abdichtung sowie wenigstens eine einen definierten Austausch von Kupplungsfluid mit dem Druckraum gewährende Drosselstelle zugeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Kopplungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Durch die DE 44 23 640 A1 ist eine hydrodynamische Kopplungsvorrichtung, als hydrodynamischer Drehmomentwandler ausgebildet, bekannt, deren Kupplungsgehäuse in üblicher Weise mit einem Antrieb, wie beispielsweise einer Brennkraftmaschine, in Drehverbindung gebracht wird und ein Pumpenrad umfasst, das mit einem Turbinenrad und einem Leitrad einen hydrodynamischen Kreis bildet. Während das Turbinenrad mit einem Abtrieb, wie beispielsweise einer Getriebeeingangswelle, drehfest verbunden ist, ist das Leitrad über einen Freilauf auf einer Stützwelle angeordnet, die radial zwischen einer Pumpenradnabe und der Getriebeeingangswelle vorgesehen ist. Darüber hinaus weist die hydrodynamische Kopplungsvorrichtung auch eine Überbrückungskupplung mit einem Kolben auf, der drehfest, aber axial verlagerbar mit dem Kupplungsgehäuse verbunden ist.

Die hydrodynamische Kopplungsvorrichtung ist als Zwei-Leitungs-System ausgebildet, wodurch sich folgende Druck- bzw. Strömungsverhältnisse ausbilden:
An einen ersten Strömungsweg, der Durchflusskanäle radial zwischen der Pumpenradnabe und der Stützwelle einerseits und radial zwischen der Stützwelle und der Getriebeeingangswelle andererseits aufweist, ist eine erste Druckmittelleitung angeschlossen, die durch bedseits des Freilaufes des Leitrades angeordnete, mit Durchflußkanälen für Kupplungsfluid versehene Druckscheiben zur Versorgung des hydrodynamischen Kreises gebildet wird. Bedingt durch einen Überdruck im hydrodynamischen Kreis wird der Kolben in Richtung zu einem benachbarten Gehäusedeckel des Kupplungsgehäuses beaufschlagt und erfährt dadurch eine Drehmitnahme mit dem Kupplungsgehäuse über Reibflächen. Umgekehrt wird diese Drehmitnahme an der Reibfläche gelöst, wenn über eine zweite Druckmittelleitung ein dem Kolben zugeordneter, axial zwischen demselben und dem Gehäusedeckel vorgesehener Druckraum mit Überdruck gegenüber dem hydrodynamischen Kreis beaufschlagt wird und der Kolben dadurch eine Axialverlagerung in Richtung zum hydrodynamischen Kreis erfährt. Die zweite Druckmittelleitung ist an einen zweiten Strömungsweg angeschlossen, der über eine Mittenbohrung der Getriebeeingangswelle führt. Beide Strömungswege sind jeweils an einen Fluidmittelvorrat angeschlossen.

Wesentliches Prinzip eines derartigen Zwei-Leitungs-Systems, aber auch wesentlicher Nachteil ist die Anordnung der Überbrückungskupplung als Trennstelle zwischen dem hydrodynamischen Kreis und dem Druckraum. Bei geöffneter Überbrückungskupplung besteht demnach eine einen Druckausgleich zumindest in diesem radialen Erstreckungsbereich zulassende Verbindung zwischen hydrodynamischem Kreis und Druckraum, während bei geschlossener Überbrückungskupplung sich im hydrodynamischen Kreis auch in unmittelbarer Nachbarschaft zur Überbrückungskupplung problemlos ein Druckniveau ausbilden kann, das sich erheblich von demjenigen im Druckraum unterscheiden kann. Hieran ändert auch eine eventuell in der Überbrückungskupplung vorgesehene Nutung nichts, da diese, gemessen an der Gesamtversorgung von hydrodynamischen Kreis und Druckraum mit Kupplungsfluid, stets nur einen sehr geringen Leckagestrom passieren lässt, und somit nicht geeignet ist, einen spürbaren Einfluss auf die Druckbedingungen in den beiden Druckräumen zu nehmen.

Diese Situation wirkt sich insbesondere bei Schubbetrieb, also bei gegenüber dem Antrieb höheren Drehzahlen am Abtrieb, nachteilig aus, sobald zugunsten der Nutzung einer eventuellen Bremswirkung des Antriebs, zur Reduzierung oder Vermeidung eines länger andauernden, wirkungsgradverschlechternden Schlupfes oder zur Verhinderung eines ungebremsten Hochlaufs des Antriebs bei plötzlichem Übergang von Schubbetrieb auf Zugbetrieb die Überbrückungskupplung geschlossen werden soll. Hierbei tritt folgender unangenehmer Effekt auf:
Aufgrund der Befüllung der hydrodynamischen Koppplungsvorrichtung mit Kupplungsfluid drängt dieses fliehkraftbedingt nach radial außen, wobei im Drehzentrum der Kopplungsvorrichtung idealerweise vom Druckzustand „Null" auszugehen ist, mit zunehmendem Abstand von diesem Drehzentrum dagegen monoton ansteigende Druckwerte vorliegen, die im radialen Erstreckungsbereich der üblicherweise radial weit außen angeordneten Überbrückungskupplung näherungsweise ein Maximum erreichen. Der Anstieg dieser Druckwerte bei Schubbetrieb ist im hydrodynamischen Kreis größer als im Druckraum, da das Kupplungsfluid im Druckraum im wesentlichen mit der antriebsseitigen Drehzahl des Kupplungsgehäuses rotiert, im hydrodynamischen Kreis dagegen mit der höheren abtriebsseitigen Drehzahl des Turbinenrades. Bei Berücksichtigung der Randbedingung, dass bei geöffneter Überbrückungskupplung innerhalb deren radialen Erstreckungsbereichs angeglichene Druckzustände im hydrodynamischen Kreis und im Druckraum auftreten, wirken sich die unterschiedlichen Druckanstiegsverläufe beidseits des Kolbens dadurch aus, dass der Druckanstiegsverlauf im Druckraum – ausgehend vom Radialbereich der Überbrückungskupplung und nach radial innen führend – einer geringeren Druckabnahme unterworfen ist als der Druckanstiegsverlauf an der Gegenseite des Kolbens, also im hydrodynamischen Kreis. Die Folge hiervon ist, dass im Druckraum radial innerhalb der Überbrückungskupplung ein Überdruck gegenüber dem hydrodynamischen Kreis besteht, durch welchen der Kolben stabil in Ausrückposition gehalten ist. Wird unter diesen Bedingungen ein Einregelvorgang zum Schließen der Überbrückungskupplung eingeleitet, so muss im hydrodynamischen Kreis ein Überdruck aufgebaut werden, der den Druck im Druckraum deutlich übersteigt. Dadurch verzögert sich das Schließen der Überbrückungskupplung erheblich.

Sobald bei Erreichen des notwendigen hohen Überdruckes im hydrodynamischen Kreis der Kolben der Überbrückungskupplung in Richtung zu seiner Einrückposition bewegt wird, verengt sich die Verbindung zwischen hydrodynamischem Kreis und Druckraum, und wirkt demnach zunehmend als Drossel, die auf der Seite des Druckraumes für einen Druckabfall gegenüber dem hydrodynamischen Kreis und damit letztendlich für einen Vorzeichenwechsel der auf den Kolben einwirkenden Axialkraft sorgt. Obwohl somit der Kolben nun selbsttätig in seine Einrückposition verlagert würde, wirkt ab jetzt der bei zuvor stillstehendem Kolben noch wirkungslose, im hydrodynamischen Kreis angelegte hohe Überdruck schlagartig im Sinne einer die Einrückbewegung des Kolbens unterstützenden hohen Axialkraft mit, so dass der Kolben auf dem letzten Abschnitt seines Einrückweges über eine sehr hohe Einrückgeschwindigkeit verfügt, und dadurch sehr hart an dem axial benachbarten antriebsseitigen Bauteil des Kupplungsgehäuses, wie beispielsweise einem Gehäusedeckel, in Wirkverbindung tritt. Hierdurch wird innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne für einen Abbau der zuvor zwischen Antrieb und Abtrieb bestehenden Differenzdrehzahl gesorgt. Dieser Vorgang wird in einem sich bei Schubbetrieb bewegenden Fahrzeug als unangenehm harter Momentenschlag empfunden, und ist zum einen nachteilig für das Komfortempfinden der Passagiere des Fahrzeugs, zum anderen aber auch lebensdauerverkürzend für die Kopplungsvorrichtung selbst.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrodynamische Kopplungsvorrichtung mit einer Überbrückungskupplung derart auszubilden, dass die letztgenannte auch bei Schubbetrieb im wesentlichen ohne das Auftreten eines Momentenschlages geschlossen werden kann.

Diese Aufgabe wird durch eine hydrodynamische Kopplungseinrichtung gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Durch Anordnung einer Druckausgleichs-Vorrichtung zwischen dem hydrodynamischen Kreis und der Druckkammer wird dafür gesorgt, dass in Ausrückposition des Kolbens und damit bei geöffneter Überbrückungskupplung eine Druckanpassung zwischen dem hydrodynamischen Kreis und dem Druckraum besteht. Dies funktioniert wie folgt:
Es werden sich jeweils zwischen der Drehachse und dem radialen Erstreckungsbereich der Überbrückungskupplung sowohl im hydrodynamischen Kreis als auch im Druckraum Druckanstiegsverläufe mit im wesentlichen monotoner Anstiegscharakteristik ausbilden, von denen derjenige im hydrodynamischen Kreis bei Schub aufgrund des mit der abtriebsseitig höheren Drehzahl umlaufenden Turbinenrades über einen stärkeren Anstiegsverlauf verfügt als derjenige im Druckraum auf der Gegenseite des Kolbens. Aufgrund der Verbindung von hydrodynamischem Kreis und Druckraum im radialen Erstreckungsbereich der Überbrückungskupplung ergibt sich dort bei geöffneter Überbrückungskupplung ein Druckausgleich, so dass radial innerhalb der Überbrückungskupplung wegen des im Druckraum gegenüber dem hydrodynamischen Kreis geringeren Anstiegsverlaufs des Druckes ein Überdruck bildet, der einem Einrücken des Kolbens und damit einem Schließen der Überbrückungskupplung entgegen wirken würde. Die Ausbildung dieses Überdruckes im Druckraum wird allerdings durch die Druckausgleichsvorrichtung weitgehend vermieden, und zwar hauptsächlich in demjenigen Radialbereich des Druckraums, in welchem dieser über einen wesentlichen Drucküberschuß gegenüber dem hydrodynamischen Kreis verfügen würde, nämlich im radial inneren Bereich des Druckraums, und damit des Kolbens. Dies erklärt sich dadurch, dass die Druckdifferenz zwischen Druckraum und hydrodynamischem Kreis, beginnend vom radialen Erstreckungsbereich der Überbrückungskupplung und damit vom Bereich des Druckausgleiches, mit zunehmendem Abstand von diesem Bereich und damit nach radial innen immer weiter zunimmt. Verständlicherweise ist demnach in einem Radialbereich, in welchem die Druckdifferenz relativ groß ist, die Wirkung der Druckausgleichs-Vorrichtung besonders hoch.

Bedingt durch die Druckausgleichs-Vorrichtung werden die durch die beiden Druckanstiegsverläufe in hydrodynamischem Kreis und Druckraum bedingten Anstiegscharakteristiken der beiden Druckverläufe in erheblichem Maß aneinander angepasst. Der Kolben wird dadurch bei Einleitung eines Einrückvorganges, insbesondere bei Schubbetrieb, also bei höheren Drehzahlen am Abtrieb, wie beispielsweise am Turninenrad, gegenüber geringeren Drehzahlen am Antrieb, wie beispielsweise am Kupplungsgehäuse, insbesondere hierbei am antriebsseitigen Gehäusedeckel, von der Seite des hydrodynamischen Kreises aus mit einem geringen Überdruck in Richtung zum Druckraum zu beaufschlagen sein.

Die Druckausgleichs-Vorrichtung ist derart wirksam, dass der Druckangleich zwischen hydrodynamischem Kreis und Druckraum aufgehoben ist, sobald sich im hydrodynamischen Kreis ein Überdruck gegenüber dem Druckraum ausgebildet hat. Damit steht zum Einrücken des Kolbens und damit zum Schließen der Überbrückungskupplung an der dem hydrodynamischen Kreis zugewandten Seite des Kolbens der volle Druck an, so dass die Einrückbewegung des Kolbens mit maximaler Druckunterstützung aus dem hydrodynamischen Kreis und, in Einrückposition des Kolbens, die Übertragung beträchtlicher vom Antrieb gelieferter Drehmomente erfolgen kann. Dennoch sei daran erinnert, dass der Absolutbetrag dieses Drucküberschusses im hydrodynamischen Kreises aufgrund der vorangegangenen Druckanpassung zwischen hydrodynamischem Kreis und Druckraum lediglich eine begrenzte Größenordnung annehmen muss, so dass harte Momentenstöße beim Erreichen der Einrückposition vermeidbar sind. Insofern ist das Komfortempfinden für Passagiere eines Fahrzeuges, das mit einer derartigen Kopplungsvorrichtung versehen ist, hoch. Gleichzeitig sind aufgrund des verzögerungsarmen Einrückens des Kolbens leistungsmindernde und/oder wirkungsgradverschlechternde Betriebsphasen der hydrodynamischen Kopplungsvorrichtung auch bei Schubbetrieb weitgehend vermeidbar. Selbstverständlich wird bei einer zügigen Reaktion beim Schließen der Überbrückungskupplung auch bei einem unvermittelten Übergang aus dem Schubbetrieb in einen Zugbetrieb ein wegen des Fehlens abtriebsseitiger Last nahezu trägheitsfreies Hochdrehen des Antriebs vermieden.

Zum Öffnen der Überbrückungskupplung und damit zum Überführen des Kolbens in dessen Ausrückposition muss lediglich der Volumenstrom des Kupplungsfluids wieder in den Druckraum eingeleitet werden. Da während dieser Versorgung des Druckraums mit Kupplungsfluid das Kupplungsgehäuse üblicherweise eine Rotationsbewegung um seine Drehachse ausführt, wird die Bewegung des Druckmittels im Druckraum nach radial außen aufgrund der anliegenden Fliehkraft unterstützt. Dadurch kann ein gegebenes Ausrückerfordernis des Kolbens sehr rasch umgesetzt werden. Überdies werden sich hierbei die geringen Abmessungen des Druckraumes axial zwischen der ersten Wandung und dem Kolben vorteilhaft auswirken. Erst dann, wenn wieder ein vorbestimmter Überdruck im Druckraum gegenüber dem hydrodynamischen Kreis eingetreten ist, wird die Druckausgleichs-Vorrichtung erneut zugunsten einer Druckanpassung den Strömungsdurchfluß freigeben.

Mit Vorzug ist die Druckausgleichs-Vorrichtung als Rückschlagventil, insbesondere hierbei Pilzventil ausgebildet, wobei das letztgenannte mit einem an die zweite Wandung der Druckkammer anpreßbaren Verschlußdeckel ausgebildet sein kann, sowie mit einem Schaft, der in einer Aufnahmeöffnung der zweiten Wandung verliergesichert, aber axial verlagerbar aufgenommen ist und ebenso wie der Verschlussdeckel aus Kunststoff bestehen kann. Durch den Verschlußdeckel sind Durchflußöffnungen eines Strömungsdurchflusses in Abhängigkeit von der jeweils anliegenden Druckdifferenz beidseits des Verschlußdeckels freigebbar oder verschließbar.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand einer Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigt:
1 die obere Hälfte eines Längsschnittes durch einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit Überbrückungskupplung in Zwei-Leitungs-Ausführung;
2 ein Rückschlagventil in vergrößerter Herauszeichnung.
In 1 ist eine hydrodynamische Kopplungsvorrichtung 1 in Form eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers dargestellt, der um eine Drehachse 3 Rotationsbewegungen auszuführen vermag. Der hydrodynamische Drehmomentwandler verfügt über ein Kupplungsgehäuse 5, das an seiner einem Antrieb 2, wie beispielsweise einer Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle 6, zugewandten Seite einen Gehäusedeckel 7 aufweist, der fest mit einer Pumpenradschale 9 verbunden ist. Diese geht im radial inneren Bereich in eine Pumpenradnabe 11 über.
Zurückkommend auf den Gehäusedeckel 7, weist dieser im radial inneren Bereich eine einen Lagerzapfen 13 tragende Zapfennabe 12 auf, wobei der Lagerzapfen 13 in einer Ausnehmung 4 der Kurbelwelle 6 zur antriebsseitigen Zentrierung des Kupplungsgehäuses 5 aufgenommen ist. Weiterhin verfügt der Gehäusedeckel 7 über eine Befestigungsaufnahme 15, die über eine Flexplatte 8 zur Befestigung des Kupplungsgehäuses 5 an der Kurbelwelle 6 dient, und zwar mittels Befestigungselementen 14, vorzugsweise in Form von Schrauben. Die Flexplatte 8 ihrerseits ist über Befestigungselemente 10, ebenfalls vorzugsweise in Form von Schrauben, an der Kurbelwelle 6 befestigt.
Die bereits erwähnte Pumpenradschale 9 bildet zusammen mit Pumpenradschaufeln 16 ein Pumpenrad 17, das mit einem eine Turbinenradschale 21 sowie Turbinenradschaufeln 22 aufweisenden Turbinenrad 19 sowie mit einem Leitrad 23 zusammenwirkt. Das letztgenannte verfügt über an einer Leitradnabe 26 vorgesehene Leitradschaufeln 28 und bildet gemeinsam mit dem Pumpenrad 17 und dem Turbinenrad 19 einen hydrodynamischen Kreis 24, der einen Innentorus 25 umschließt.
Das Leitrad 23 ist über seine Leitradnabe 26 auf einem Außenkörper 106 eines Freilaufes 27 angeordnet, der über einen Wälzelemententeil 108 auf einem Innenkörper 110 angeordnet ist. Der Außenkörper 106 zentriert über eine antriebsseitige Druckscheibe 112 sowie über eine abtriebsseitige Druckscheibe 114 den Innenkörper 110, und stützt sich antriebsseitig über die antriebsseitige Druckscheibe 112, eine antriebsseitige Axiallagerung 29, eine Turbinenradnabe 33 und eine Lagerung 44 an der Zapfennabe 12 axial ab, abtriebsseitig dagegen über die abtriebsseitige Druckscheibe 114 und eine abtriebsseitige Axiallagerung 35 an der Pumpenradnabe 11.
Das Leitrad 23 steht über den Innenkörper 110 seines Freilaufes 27 in drehfester, aber axial relativ verschiebbarer Verzahnung 32 mit einer Stützwelle 30, die unter Belassung eines im Wesentlichen ringförmigen, radial äußeren Durchflußkanals 41 radial innerhalb der Pumpenradnabe 11 angeordnet ist. Die als Hohlwelle ausgebildete Stützwelle 30 ihrerseits umschließt unter Belassung eines im Wesentlichen ringförmigen, radial inneren Durchflußkanals 42 eine als Abtrieb 43 wirksame Getriebeeingangswelle 36, die mit einer Mittenbohrung 37 zum Durchgang von Kupplungsfluid versehen ist. Während die beiden Durchflußkanäle 41, 42 als erster Strömungsweg 130 vorgesehen sind, dient die Mittenbohrung 37 als zweiter Strömungsweg 132. Die Getriebeeingangswelle 36 nimmt über eine Verzahnung 34 die bereits erwähnte Turbinenradnabe 33 drehfest, aber axial verschiebbar auf und ist durch eine Dichtung 50 gegenüber der Zapfennabe 12 abgedichtet. Die Turbinenradnabe 33 ist mittels Durchgangsnieten 49 sowohl mit einem Turbinenradfuß 31 des Turbinenrades 19 als auch mit einem Außenlamellenträger 92 einer Überbrückungskupplung 56 drehfest verbunden.
Die bereits erwähnten Durchflußkanäle 41, 42 führen über als erste Druckmittelleitung 60 dienende Druchlässe 38, 39 der Druckscheiben 112, 114 in den hydrodynamischen Kreis 24. Die Mittenbohrung 37 führt dagegen zu einem Übergangsraum 40, von dem aus zumindest ein in der Zapfennabe 12 mit einer Radialkomponente verlaufender Kanal 136 ausgeht, der als zweite Druckmittelleitung 62 dient. Diese mündet in einen Druckraum 55 axial zwischen dem Gehäusedeckel 7 und einem Kolben 54 der Überbrückungskupplung 56, so dass der Gehäusedeckel 7 als erste Wandung 142 des Druckraumes 55 und der Kolben 54 mit seiner dem Druckraum 55 zugewandten Seite 139 als zweite Wandung 144 für den Druckraum 55 vorgesehen ist. Die vom Druckraum 55 abgewandte Seite 140 des Kolbens 54 grenzt an den hydrodynamischen Kreis 24.
Im radial inneren Bereich 77 des Kolbens 54 kann dieser über eine Axialfederung 58 in Form von Tangentialblattfedern mittels nicht gezeigter Nietverbindungen an einer Drehsicherung 76 aufgenommen sein, die an der Zapfennabe 12 des Kupplungsgehäuses 5 befestigt ist, und, ebenfalls im radial inneren Bereich 77 des Kolbens 54, über eine Mehrzahl von Durchlässen 154 in Umfangsrichtung verfügt.
Innerhalb des Druckraumes 55 ist, im wesentlichen im radial mittleren Erstreckungsbereich des Kolbens 54, ein Innenlamellenträger 86 am Gehäusedeckel 7 befestigt ist, beispielsweise durch Verschweißung. Im Wesentlichen parallel zum Innenlamellenträger 86 verläuft eine Umformung im Kolben 54, die sich in Richtung zum hydrodynamischen Kreis 24 erstreckt.
Der Kolben 54 kann im radial inneren Bereich 77 seiner radialen Erstreckung mit einer Druckausgleichs-Vorrichtung 150 in Form eines Rückschlagventils 116 ausgebildet sein, auf dessen konstruktive Ausführung, Wirkungsweise und Funktion an anderer Stelle ausführlich eingegangen wird.
Entsprechend der Beaufschlagung der ersten Druckmittelleitung 60 oder der zweiten Druckmittelleitung 62 und damit in Abhängigkeit von den Druckverhältnissen im hydrodynamischen Kreis 24 sowie im Druckraum 55 ist der Kolben 54 in Axialrichtung zwischen zwei unterschiedlichen Grenzstellungen, nämlich seiner Einrückposition und seiner Ausrückposition bewegbar, auf die nachfolgend noch eingegangen wird. Der Kolben 54 ist mittels eines auf der Zapfennabe 12 gelagerten Kolbenfußes 52 axial verschiebbar, wobei eine in der Zapfennabe 12 eingelassene Kolbendichtung 63 ihre Abdichtfunktion gegenüber dem Kolbenfuß 52 wahrnimmt.
Axial zwischen dem Gehäusedeckel 7 und dem Kolben 54 ist, im radial äußeren Bereich des letztgenannten, eine mit dem Innenlamellenträger 86 mittels einer Verzahnung 88 drehfeste radial innere Lamelle 65 angeordnet, an der zu beiden Seiten radial äußere Lamellen 66 vorgesehen sind, die über jeweils eine Verzahnung 90 drehfest an dem Außenlamellenträger 92 aufgenommen sind. Die radial äußeren Lamellen 66 verfügen jeweils über beidseitige Reibbeläge 68, wobei durch die beiden jeweils der radial inneren Lamelle 65 zugewandten Reibbeläge 68 in Verbindung mit je einer an der radial inneren Lamelle 65 vorgesehenen Reibzone je ein Reibbereich 69 bereitgestellt wird, während durch einen der beiden von der radial inneren Lamelle 65 abgewandten Reibbeläge 68 ein Reibbereich 69 mit einer Reibzone am Gehäusedeckel 7 und durch den anderen dieser beiden Reibbeläge 68 ein Reibbereich 69 mit einer Reibzone am Kolben 54 gebildet wird.
Die einzelnen Reibbereiche 69 werden aktiviert, sobald die Reibbeläge 68 mit der jeweils zugeordneten Reibzone in Wirkverbindung treten, was durch eine Bewegung des Kolbens 54 in seine Einrückposition und damit dem Schließen der Überbrückungskupplung 56 geschieht. Das Einrücken des Kolbens 54 ist beendet, wenn der Kolben 54 die größtmögliche Axialannäherung innerhalb seines axialen Bewegungsbereichs an den Gehäusedeckel 7 erfahren hat. Für den Einrückvorgang wird im hydrodynamischen Kreis 24 ein höherer Druck als im Druckraum 55 aufgebaut.
Umgekehrt werden die einzelnen Reibbereiche 69 deaktiviert, sobald die Wirkverbindung der Reibbeläge 68 mit der jeweils zugeordneten Reibzone aufgehoben wird, was durch Ausrücken des Kolbens 54 und damit der Überbrückungskupplung 56 erfolgt. Das Ausrücken des Kolbens 54 ist beendet, wenn der Kolben 54 die größtmögliche Axialentfernung innerhalb seines axialen Bewegungsbereichs weg vom Gehäusedeckel 7 erfahren hat. Für den Ausrückvorgang wird im Druckraum 55 ein höherer Druck als im hydrodynamischen Kreis 24 erzeugt.
Das Ein- oder Ausrücken des Kolbens 54 der Überbrückungskupplung 56 wird wie folgt vorgenommen:
Die bereits erwähnten Durchflußkanäle 41, 42 radial zwischen der Pumpenradnabe 11 und der Stützwelle 30 einerseits und zwischen der letztgenannten und der Getriebeeingangswelle 36 andererseits dient über die ersten Druckmittelleitungen 60 zur Versorgung des hydrodynamischen Kreises 24 über die Durchlässe 38, 39 der Druckscheiben 112, 114 mit Kupplungsfluid, während die Mittenbohrung 37 in der Getriebeeingangswelle 36 über den Übergangraum 40 und die zweiten Druckmittelleitungen 62 zur Versorgung des Druckraumes 55 mit Kupplungsfluid dient. Zur Gewährleistung der jeweils korrekten Versorgung ist ein in 1 eingezeichneter Druckkreis 97 notwendig, der über eine Druckquelle 93 verfügt, deren Antrieb in üblicher Weise durch einen Antriebsnocken 94 an der Pumpenradnabe 11 erfolgt, während deren Saugseite S mit einem Fluidmittelvorrat 95 und deren Druckseite D entweder mit den Durchflußkanälen 41, 42 verbunden werden kann, oder aber mit der Mittenbohrung 37. Die jeweilige Versorgung der Durchflußkanäle 41, 42 oder der Mittenbohrung 37 mit Kupplungsfluid erfolgt entsprechend den Vorgaben einer Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung, nachfolgend kurz als Steuervorrichtung 100 bezeichnet, die sowohl mit einer im Druckkreis 97 enthaltenen Umschaltvorrichtung 96 in Form eines Umschaltventils 98 als auch mit der Druckquelle 93 in Wirkverbindung steht. Mit Vorzug ist hierbei das Umschaltventil 98 als 4/2-Wegeventil ausgebildet, mit Betätigung durch Elektromagnete 102, 104, die entsprechend der Ansteuerung durch die Steuervorrichtung 100 für eine zugeordnete Auslenkung der Umschaltvorrichtung 96 sorgen.
Zum Einrücken des Kolbens 54 in die in 1 gezeigte Position ist die Umschaltvorrichtung 96 durch mittels der Steuervorrichtung 100 vorgenommener Ansteuerung des Elektromagneten 102 derart beaufschlagt, dass dieser das Umschaltventil 98 aus der in 1 eingezeichneten Position in eine zweite Position verschoben hat, in welcher die Druckseite D der Druckquelle 93 mit den Durchflußkanälen 41, 42 verbunden ist. Dort nimmt folglich der Druck zu, während er gleichzeitig in der Mittenbohrung 37 der Getriebeeingangswelle 36, die nun über das Umschaltventil 98 mit dem Fluidmittelvorrat 95 verbunden ist, absinkt.
Das über die Durchflußkanäle 41, 42 eingeströmte Kupplungsfluid gelangt über die erste Druckmittelleitung 60 in den hydrodynamischen Kreis 24 und beaufschlagt dort den Kolben 54 in Richtung zum Druckraum 55, dessen Entleerung über die zweite Druckmittelleitung 62 erfolgt. Aufgrund des sich dadurch aufbauenden Überdruckes im hydrodynamischen Kreis 24 gegenüber dem Druckraum 55 wird der Kolben 54 an seiner abtriebsseitigen Kolbenwand 140 belastet, wodurch eine Verlagerungsbewegung des Kolbens 54 in Richtung zum Gehäusedeckel 7 ausgelöst wird.
Um den Kolben 54 auszurücken, wird die Umschaltvorrichtung 96 durch mittels der Steuervorrichtung 100 vorgenommener Ansteuerung des Elektromagneten 104 derart beaufschlagt, dass dieser das Umschaltventil 98 in die in 1 eingezeichnete Position bewegt, in welcher die Druckseite D der Druckquelle 93 mit der Mittenbohrung 37 der Getriebeeingangswelle 36 verbunden ist. Dort nimmt folglich der Druck zu, während er gleichzeitig in den Durchflußkanälen 41, 42, die nun über das Umschaltventil 98 mit dem Fluidmittelvorrat 95 verbunden sind, absinkt.
Aufgrund dieser Druck- und Anschlußsituation wird Kupplungsfluid vom Fluidmittelvorrat 95 über die Mittenbohrung 37 der Getriebeeingangswelle 36 und die zweite Druckmittelleitung 62 in den Druckraum 55 geleitet. Unterstützt durch die Rotation des Kupplungsgehäuses 5 um die Drehachse 3 drängt das Kupplungsfluid dort nach radial außen. Der Druckraum 55 wird wegen seiner kompakten Abmessungen rasch befüllt, so dass sich sehr zügig ein Überdruck gegenüber dem hydrodynamischen Kreis 24 aufbaut.
Soll bei ausgerücktem Kolben 54 jeweils eine Druckangleichung des Druckraumes 55 an den hydrodynamischen Kreis 24 erfolgen, besteht die Möglichkeit, im Kolben 54 das bereits erwähnte, als Druckausgleichs-Vorrichtung 150 dienende Rückschlagventil 116 einzusetzen. Dieses kann gemäß 2 als pilzförmiges Kunststoffteil ausgebildet sein mit einem Verschlußdeckel 118 und einem daran angeformten, im Wesentlichen zylinderförmigen Schaft 120, der eine Aufnahmeöffnung 122 des Kolbens 54 axial durchdringt und in dieser Aufnahmeöffnung 122 mittels einer Verliersicherung 121 derart gehalten ist, dass er zwar axial verlagerbar, gleichzeitig aber gegenüber dem Kolben 54 unlösbar gehalten ist. Dicht benachbart der Aufnahmeöffnung 122 für den Schaft 120 ist der Kolben 54 von Durchflußöffnungen 124 durchdrungen, die gemeinsam als Strömungsdurchfluß 152 wirksam sind, und über welche der Verschlußdeckel 118 bei einem Überdruck im Druckraum 55 gegenüber dem hydrodynamischen Kreis 24 von der Seite des Druckraumes 55 aus beaufschlagbar ist. Dadurch wird über die Durchflußöffnungen 124 ein Abhub des Verschlußdeckels 118 von der betreffenden Seite des Kolbens 54 ausgelöst, und damit eine druckangleichende Verbindung zwischen Druckraum 55 und hydrodynamischem Kreis 24 geschaffen.
Die Druckausgleichsvorrichtung 150 wirkt sich bei Schubbetrieb der hydrodynamischen Kopplungsvorrichtung 1 vorteilhaft aus, und zwar dann, wenn der Kolben 54 zum Schließen der Überbrückungskupplung aus seiner Ausrückposition in seine Einrückposition bewegt werden soll. Schubbetrieb liegt dann vor, wenn die abtriebsseitige Drehzahl der Kopplungsvorrichtung 1, beispielsweise am Turbinenrad 19, höher liegt als die antriebsseitige Drehzahl der Kopplungsvorrichtung 1, beispielsweise am Kupplungsgehäuse 5 und damit am Gehäusedeckel 7. Die Druckausgleichs-Vorrichtung 150 wirkt sich dann wie folgt aus:
Solange die Überbrückungskupplung 56 geöffnet und der Kolben 54 in seiner Ausrückposition verharren soll, wird die Druckkammer 55 mit einem Überdruck gegenüber dem hydrodynamischen Kreis 24 betrieben. Soll die Überbrückungskupplung 56 nun geschlossen werden, insbesondere bei Schubbetrieb, wird nach Ausgabe entsprechender Signale durch die Steuervorrichtung 100 der Druckkreis 97 zugunsten einer Versorgung des hydrodynamischen Kreises 24 umgeschaltet. Hierbei erfolgt kurzzeitig weder für den hydrodynamischen Kreis 24 noch für den Druckraum 55 eine Druckversorgung. Diese Phase ist nachfolgend kurz als "drucklose Phase" bezeichnet. In dieser Phase wirkt sich bei Schubbetrieb die höhere Drehzahl des Turbinenrades 19 gegenüber dem Kupplungsgehäuse 5 und damit insbesondere gegenüber dem Gehäusedeckel 7 dadurch aus, dass das Kupplungsfluid turbinenradseitig des Kolbens 54 einem höheren Fliehkraftgradienten unterworfen ist als das Kupplungsfluid an der Gegenseite des Kolbens 54, also im Druckraum 55. Aufgrund der Verbindung von hydrodynamischem Kreis 24 und Druckraum 55 im radialen Erstreckungsbereich der Überbrückungskupplung 56, insbesondere hierbei im radialen Erstreckungsbereich der Lamellen 65, 66, findet in diesem radialen Erstreckungsbereich ein Druckausgleich statt, so dass der hydrodynamische Kreis 24 insbesondere in seinem dem Kolben 54 benachbarten Bereich in Richtung zur Drehachse 3 einem stärkeren Druckabfall unterworfen ist als dies im Druckraum 55 radial zwischen den Lamellen 65, 66 und der Drehachse 3 der Fall ist. Infolge dessen entsteht im Druckraum 55 mit zunehmendem Radialabstand gegenüber den Lamellen 65, 66 ein immer größerer Überdruck gegenüber dem hydrodynamischen Kreis 24, der ein Verharren des Kolbens 54 in seiner Ausrückposition begünstigt. Aufgrund des Überdruckes im Druckraum 55 wird nun die Druckausgleichs-Vorrichtung 150 wirksam, indem das Rückschlagventil 116 öffnet und damit den Strömungsdurchfluss 152 freigibt, so dass radial innerhalb der Lamellen 65, 66 eine Druckanpassung zwischen Druckraum 55 und hydrodynamischem Kreis 24 erfolgen kann. Hierdurch sinkt das Druckgefälle zwischen Druckraum 55 und hydrodynamischem Kreis 24 erheblich ab, so dass dann, wenn die drucklose Phase abgeschlossen ist und die aktive Versorgung des hydrodynamischen Kreises 24 mit zusätzlichem Kupplungsfluid zur Steigerung des Druckes beginnt, bereits ein moderater Druckanstieg im hydrodynamischen Kreis 24 genügt, um den im Druckraum 55 vorherrschenden Druck zu übertreffen. Daraufhin beginnt der Kolben 54, sich aus seiner Ausrückposition in Richtung zur Einrückposition zu verlagern, und es wird das Rückschlagventil 116 der Druckausgleichsvorrichtung 150 in seine in 1 eingezeichnete Schließstellung bewegt, in welcher es den Strömungsdurchfluss 152 abdichtet. Dadurch ist die Druckanpassung zwischen Druckraum 55 und hydrodynamischem Kreis 24 im radial inneren Bereich des Kolbens 54 aufgehoben, so dass der im hydrodynamischen Kreis 24 anliegende Druck uneingeschränkt zunächst zum vollständigen Einrücken des Kolbens 54 und anschließend zur Übertragung hoher Drehmomente geeignet ist, die vom Antrieb 2 nach Übertragung auf das Kupplungsgehäuse 5 und damit auf den Gehäusedeckel 7 durch die Überbrückungskupplung 56 und den Außenlamellenträger 92 zum Abtrieb 43 übertragen werden sollen.
Sobald die Überbrückungskupplung 56 wieder geöffnet werden soll, wird durch entsprechende Umsteuerung des Druckkreises 97 entspechend einer Signalvorgabe der Steuervorrichtung 100 der Druckraum 55 wieder druckversorgt, was zur Folge hat, dass das Rückschlagventil 116 zur Freigabe des Strömungsdurchflusses 152 wieder öffnet, sobald sich im Druckraum 55 der hierfür benötigte Überdruck gegenüber dem hydrodynamischen Kreis 24 erneut eingestellt hat.

1: hydrodyn. Kopplungsvorrichtung
2: Antrieb
3: Drehachse
4: Ausnehmung
5: Kupplungsgehäuse
6: Kurbelwelle
7: Gehäusedeckel
8: Flexplatte
9: Pumpenradschale
10: Befestigungselemente
11: Pumpenradnabe
12: Zapfennabe
13: Lagerzapfen
14: Befestigungselemente
15: Befestigungsaufnahme
16: Pumpenradschaufeln
17: Pumpenrad
19: Turbinenrad
21: Turbinenradschale
22: Turbinenradschaufeln
23: Leitrad
24: hydrodynamischer Kreis
25: Innentorus
26: Leitradnabe
27: Freilauf
28: Leitradschaufeln
29: antriebsseitige Axiallagerung
30: Stützwelle
31: Turbinenradfuss
32: Verzahnung
33: Turbinenradnabe
34: Verzahnung
35: abtriebsseitige Axiallagerung
36: Getriebeeingangswelle
37: Mittenbohrung
38: Durchlaß
39: Durchlaß
40: Übergangsraum
41: Durchflußkanal
42: Durchflußkanal
43: Abtrieb
44: Lagerung
49: Durchgangsniete
50: Dichtung
52: Kolbenfuß
54: Kolben
55: Druckraum
56: Überbrückungskupplung
58: Axialfederung
60: erste Druckmittelleitung
61: Kupplungsraum
62: zweite Druckmittelleitung
63: Kolbendichtung
65: Lamelle
66: Lamelle
68: Reibbelag
69: Reibbereich
76: Drehsicherung
77: radial innerer Bereich
86: Innenlamellenträger
88: Verzahnung
90: Verzahnung
92: Außenlamellenträger
93: Druckquelle
94: Antriebsnocke
95: Fluidmittelvorrat
96: Umschaltvorrichtung
97: Druckkreis
98: Umschaltventil
100: Steuervorrichtung
102: Elektromagnet
104: Elektromagnet
106: Außenkörper
108: Wälzelemententeil
110: Innenkörper
112: antriebsseitige Druckscheibe
114: abtriebsseitige Druckscheibe
116: Rückschlagventil
118: Verschlußdeckel
120: Schaft
121: Verliersicherung
122: Aufnahmeöffnung
124: Durchflußöffnung
130: erster Strömungsweg
132: zweiter Strömungsweg
136: Kanal
139: Seite des Kolbens
140: Seite des Kolbens
142: erste Wandung des Druckraums
144: zweite Wandung des Druckraums
150: Druckausgleichs-Vorrichtung
152: Strömungsdurchfluß
154. Durchlass

Claims

Hydrodynamische Kopplungsvorrichtung, aufweisend zumindest ein mit einem Antrieb über ein Kupplungsgehäuse verbundenes Pumpenrad und ein mit einem Abtrieb verbundenes Turbinenrad zur Bildung eines hydrodynamischen Kreises, eine Überbrückungskupplung mit wenigstens einem zwischen einer Ausrückposition und einer Einrückposition wechselbaren Kolben und zumindest einer zwischen diesem und einer benachbarten Abstützung wirksamen Reibfläche zur Verbindung des Antriebs mit dem Abtrieb, wobei die Überbrückungskupplung in Ausrückposition des Kolbens die Nutzung des hydrodynamischen Kreises zur Übertragung des zumindest überwiegenden Anteils von Drehmoment zwischen Antrieb und Abtrieb erlaubt, während sie in Einrückposition des Kolbens eine Umgehung des hydrodynamischen Kreises bei der Übertragung des Drehmomentes bewirkt, und einem Druckkreis in Form eines Zwei-Leitungs-Systems mit einer ersten Druckmittelleitung zur Versorgung des hydrodynamischen Kreises mit Kupplungsfluid und mit einer zweiten Druckmittelleitung zur Versorgung eines dem Kolben zugeordneten Druckraumes mit Kupplungsfluid, wobei der Druckraum bei Stellung des Kolbens in Einrückposition im radialen Erstreckungsbereich der wenigstens einen Reibfläche zumindest im wesentlichen gegenüber dem hydrodynamischen Kreis abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum (55) radial innerhalb der Reibfläche (69) über eine Druckausgleichs-Vorrichtung (150) gegenüber dem hydrodynamischen Kreis (24) verfügt, die bei Überdruck im Druckraum (55) gegenüber dem hydrodynamischen Kreis (24) einen Druckabbau durch Öffnung des Druckraum (55) gegenüber dem hydrodynamischen Kreis (24) auslöst.
Hydrodynamische Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 1 mit einem Druckraum, der axial antriebsseitig durch eine dem Kupplungsgehäuse zugeordnete erste Wandung und axial andererseits durch eine zweite Wandung begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wandung (144) zur Aufnahme der Druckausgleichs-Vorrichtung (150) dient.
Hydrodynamische Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichs-Vorrichtung (150) im radial inneren Bereich der zweiten Wandung (144) vorgesehen ist.
Hydrodynamische Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wandung (144) durch den Kolben (54) der Überbrückungskupplung (56) gebildet ist.
Hydrodynamische Kopplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichs-Vorrichtung (150) ein Rückschlagventil (116) aufweist, das in einer Aufnahmeöffnung (122) einer zwischen dem Druckraum (55) und dem hydrodynamischen Kreis (24) angeordneten Wandung (144) aufgenommen ist.
Hydrodynamische Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (116) bei einem Überdruck im Druckraum (55) einen Strömungsdurchfluß (152) freigibt, der bei einem Überdruck im hydrodynamischen Kreis (24) verschlossen ist.
Hydrodynamische Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (116) über einen in einer Aufnahmeöffnung (122) der zweiten Wandung (144) vorgesehenen Schaft (120) axial verlagerbar positioniert ist, und der Strömungsdurchfluß (152) über zumindest eine in der zweiten Wandung (144) ausgebildete Durchflußöffnung (124) verfügt, die durch einen Verschlußdeckel (118) in Schließposition überdeckt, in Öffnungsposition dagegen freigegeben ist.
Hydrodynamische Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (116) aus einem druckbelastbaren und thermisch belastbaren Kunststoff besteht.
Hydrodynamische Kopplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einem Kolben der Überbrückungskupplung, der mit einer an einem Bauteil des Kupplungsgehäuses befestigten Drehsicherung drehfest, aber axial elastisch aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehsicherung (76) zumindest im radialen Erstreckungsbereich des Rückschlagventils (116) über Durchlässe (154) für das das Rückschlagventil (116) durchströmende Kupplungsfluid verfügt.