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Die
Erfindung betrifft eine hydrodynamische Kopplungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand einer Zeichnung ausführlich erläutert. Es
zeigt:
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1 die
obere Hälfte
eines Längsschnittes durch
einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit Überbrückungskupplung in Zwei-Leitungs-Ausführung;
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2 ein
Rückschlagventil
in vergrößerter Herauszeichnung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
-