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Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Drehmomentwandler ohne Lager, insbesondere einen Drehmomentwandler, der keine entsprechenden Lager zwischen dem Stator und dem Laufrad und dem Turbinengehäuse aufweist. Der Drehmomentwandler ohne Lager verwendet genutete Flächen auf dem Stator, um das Laufrad und das Turbinengehäuse miteinander einzukuppeln und entsprechende Flüssigkeitsschichten zu erzeugen, um die Reibung zwischen dem Stator und dem Laufrad und dem Turbinengehäuse zu verringern. Der Drehmomentwandler ohne Lager beinhaltet auch eine Anordnung einer Turbinenkupplung und einen Spalt zwischen dem Stator und dem Turbinengehäuse, um Druckkräfte auf den Stator zu verringern.
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Aus der
DE 10 2013 202 661 A1 ist ein Drehmomentwandler bekannt, der ein Laufrad mit einer Vielzahl von Laufradschaufeln und eine Schale mit einer radialen Wand, die außerhalb der Schaufeln angeordnet ist, enthält. Der Wandler beinhaltet auch einen Deckel, der an der Laufradschale befestigt ist, um ein Gehäuse zu bilden, und eine Turbine. Die Turbine weist eine Vielzahl von Turbinenschaufeln und eine Schale mit einer radial außerhalb der Turbinenschaufeln angeordneten radialen Wand auf. Die radiale Wand der Turbine ist so angeordnet, dass sie durch Reibung eine Verbindung zu der radialen Wand der Laufradschale herstellt. Die Turbinenschale können eingeprägte Schlitze enthalten, und die Turbinenschaufeln weisen in die Schlitze gesteckte Zungen auf. Die Turbinenschaufeln können durch Hartlöten an der Turbinenschale befestigt sein.
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Die
DE 197 36 874 A1 zeigt ein Leitrad für einen hydrodynamischen Drehmomentwandler, das mittels eines Spritzgießvorganges bei axial gezogenen Gießwerkzeugen hergestellt ist und eine Leitradnabe aufweist, die Leitradschaufeln trägt. Das Leitrad ist derart hergestellt, dass zur Spritzgießbefüllung der Gießwerkzeuge ein thermoplastischer Werkstoff Verwendung findet und die Leitradschaufeln relativ zueinander derart auf der Leitradnabe positioniert sind, dass der Strömungsaustritt jeder Leitradschaufel in Umfangsrichtung mit nur einem spaltbreiten Versatz zum Strömungseintritt der jeweils nachfolgenden Leitradschaufel angeordnet ist.
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Gemäß hierin veranschaulichten Aspekten wird ein Drehmomentwandler bereitgestellt, der beinhaltet: eine Rotationsachse; einen Deckel, der zum Aufnehmen eines Drehmoments von einem Motor angeordnet ist; ein Laufrad mit mindestens einer ersten Schaufel und einem Laufradgehäuse, das drehfest mit dem Deckel verbunden ist und einen ersten Teil radial außerhalb der mindestens einen ersten Schaufel beinhaltet; eine Turbine mit mindestens einer zweiten Schaufel und einem Turbinengehäuse, das einen zweiten Teil radial außerhalb der mindestens einen zweiten Schaufel beinhaltet; eine Turbinenkupplung, die den ersten und den zweiten Teil beinhaltet; und einen metallischen Stator, der aus einem einzigen Stück eines Materials gebildet ist und mindestens eine dritte Schaufel und einen Körperteil beinhaltet. Der Körperteil beinhaltet: ein radial äußerstes Ende, mit dem die mindestens eine dritte Schaufel drehfest verbunden ist; ein radial innerstes Ende; und einen ersten Vorsprung, der sich von dem Körperteil in eine erste axiale Richtung zum Laufradgehäuse hin erstreckt und eine erste sich radial erstreckende Fläche beinhaltet; einen ersten radialen Außenumfang und einen ersten radialen Innenumfang, die die sich radial erstreckende Fläche umschließen; eine erste Nut in der ersten sich radial erstreckenden Fläche, die ein erstes zum Außenumfang hin offenes Ende beinhaltet und sich radial nach innen und in einer Umfangsrichtung erstreckt; und eine zweite Nut in der ersten sich radial erstreckenden Fläche, die ein zweites zum Innenumfang hin offenes Ende beinhaltet und sich radial nach außen und in einer Umfangsrichtung erstreckt. In einem Antriebsmodus für den Drehmomentwandler: ist der erste Teil gegenüber dem zweiten Teil drehbar; ist der Deckel so angeordnet, dass er ein Drehmoment an das Laufradgehäuse überträgt; bildet die erste sich radial erstreckende Fläche ein Segment des Körperteils, das in der ersten axialen Richtung dem Laufradgehäuse am nahesten ist; und ist der Drehmomentwandler frei von einer ersten Komponente, die axial zwischen dem Stator und dem Laufradgehäuse, radial zwischen dem innersten und dem äußersten Ende des Körpers angeordnet ist und in Kontakt mit dem Stator und dem Laufradgehäuse steht.
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Gemäß hierin veranschaulichten Aspekten wird ein Drehmomentwandler bereitgestellt, der beinhaltet: eine Rotationsachse; einen Deckel, der zum Aufnehmen eines Drehmoments von einem Motor angeordnet ist; ein Laufrad mit mindestens einer ersten Schaufel und ein Laufradgehäuse, das drehfest mit dem Deckel verbunden ist und einen ersten Teil radial außerhalb der mindestens einen Schaufel beinhaltet; eine Laufradnabe, die drehfest mit einem radial inneren Teil des Laufradgehäuses verbunden ist; eine Turbine mit mindestens einer zweiten Schaufel und einem Turbinengehäuse, das einen zweiten Teil radial außerhalb der mindestens einen zweiten Schaufel beinhaltet; eine Turbinenkupplung, die den ersten und den zweiten Teil beinhaltet; und einen Stator, der aus nur einem einzigen Stück eines Materials gebildet ist und mindestens eine dritte Schaufel und einen Vorsprung beinhaltet, der sich in einer ersten axialen Richtung erstreckt und eine radial angeordnete ringförmige Fläche beinhaltet. In einem Antriebsmodus des Drehmomentwandlers: ist der Deckel so angeordnet, dass er ein Drehmoment an das Laufradgehäuse überträgt; sind der erste Teil und der zweite Teil gegeneinander drehbar; bildet die radial angeordnete ringförmige Fläche eine Gesamtheit eines Teils des Stators, der in einer ersten axialen Richtung vom Stator zum Turbinengehäuse hin dem Turbinengehäuse am nahesten ist; und steht die radial angeordnete ringförmige Fläche nicht in Kontakt mit dem Turbinengehäuse. In einem Freilaufmodus des Drehmomentwandlers: ist die Laufradnabe so angeordnet, dass sie ein Drehmoment an das Laufradgehäuse überträgt; sind der erste Teil und der zweite Teil gegeneinander drehbar; und steht zumindest ein Teil der radial angeordneten ringförmigen Fläche in Kontakt mit dem Turbinengehäuse oder ist durch eine Flüssigkeitsschicht, die in Kontakt mit der radial angeordneten ringförmigen Fläche und dem Turbinengehäuse steht, von dem Turbinengehäuse getrennt.
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Gemäß hierin veranschaulichten Aspekten wird ein Drehmomentwandler bereitgestellt, der beinhaltet: eine Rotationsachse; einen Deckel, der zum Aufnehmen eines Drehmoments von einem Motor angeordnet ist; ein Laufrad mit mindestens einer ersten Schaufel und einem Laufradgehäuse, das drehfest mit dem Deckel verbunden ist und einen ersten Teil radial außerhalb der mindestens einen ersten Schaufel beinhaltet; eine Turbine mit mindestens einer zweiten Schaufel und einem Turbinengehäuse, das einen zweiten Teil radial außerhalb der mindestens einen zweiten Schaufel beinhaltet; eine Drehmomentwandlerkupplung, die den ersten und den zweiten Teil beinhaltet; und einen metallischen Stator, der aus nur einem einzigen Stück eines Materials gebildet ist. Der Stator beinhaltet: einen Körperteil, der ein radial äußerstes Ende beinhaltet, mit dem die mindestens eine dritte Schaufel drehfest verbunden ist; ein radial innerstes Ende; und einen ersten Vorsprung, der sich von dem Körperteil in einer ersten axialen Richtung zum Laufradgehäuse hin erstreckt und eine sich radial erstreckende Fläche beinhaltet; einen ersten radial äußeren Umfang und einen ersten radial inneren Umfang, die die sich radial erstreckende Fläche umschließen; eine erste Nut in der ersten sich radial erstreckenden Fläche, die ein erstes Ende beinhaltet, das zum Außenumfang hin offen ist und sich radial nach innen und in einer Umfangsrichtung erstreckt; eine zweite Nut in der ersten sich radial erstreckenden Fläche, die ein zweites Ende beinhaltet, das zum Innenumfang hin offen ist und sich radial nach au-ßen und in einer Umfangsrichtung erstreckt. In einem Antriebsmodus des Drehmomentwandlers: ist der Deckel so angeordnet, dass er ein Drehmoment an das Laufradgehäuse überträgt; ist der erste Teil gegenüber dem zweiten Teil drehbar; und steht mindestens ein Teil der ersten sich radial erstreckenden Fläche in Kontakt mit dem Laufradgehäuse oder ist von dem Laufradgehäuse durch eine Flüssigkeitsschicht getrennt, die in Kontakt mit der ersten radial angeordneten Fläche und dem Laufradgehäuse steht.
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Verschiedene Ausführungsformen werden lediglich anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden schematischen Zeichnungen offenbart, in denen Bezugszeichen jeweils entsprechende Teile bezeichnen, wobei:
- 1A eine perspektivische Ansicht eines Zylinderkoordinatensystems ist, das die in der vorliegenden Erfindung verwendeten räumlichen Begriffe veranschaulicht;
- 1 B eine perspektivische Ansicht eines Objekts in dem Zylinderkoordinatensystem von 1A ist, die die in der vorliegenden Erfindung verwendeten räumlichen Begriffe veranschaulicht;
- 2 eine Teilquerschnittsansicht eines Drehmomentwandlers ohne Lager mit einem Reihenschwingungsdämpfer in einem Überbrückungsmodus ist;
- 3A bis 3G Einzelheiten von Nuten in dem in 2 gezeigten Stator sind;
- 4 eine Einzelheit des Ausschnitts 4 in 2 ist, der einen Flüssigkeitsfilm zeigt;
- 5 eine Teilquerschnittsansicht des Drehmomentwandlers ohne Lager von 2 in einem Leerlaufmodus ist;
- 6 eine Teilquerschnittsansicht des Drehmomentwandlers ohne Lager von 2 mit einer Dichtung am Stator ist; und
- 7 eine Teilquerschnittsansicht des Drehmomentwandlers ohne Lager von 2 mit einem einstufigen Dämpfer ist.
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Von vornherein sollte einsichtig sein, dass gleiche Bezugsnummern in verschiedenen Zeichnungsansichten identische oder funktionell ähnliche Strukturelemente der Offenbarung bezeichnen. Es sollte klar sein, dass die beanspruchte Offenbarung nicht auf die offenbarten Aspekte beschränkt ist.
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Außerdem ist klar, dass diese Offenbarung nicht auf die einzelnen beschriebenen Verfahren, Materialien und Modifikationen beschränkt ist und insofern natürlich variieren kann. Es ist auch klar, dass die hierin verwendeten Begriffe nur zum Beschreiben einzelner Aspekte dienen und nicht den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung einschränken sollen.
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Sofern nicht anderweitig definiert, weisen alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe dieselbe Bedeutung auf, wie sie dem Fachmann geläufig sind, an den sich diese Offenbarung richtet. Es sollte klar sein, dass zum Umsetzen oder Testen der Offenbarung beliebige Verfahren, Einheiten oder Materialien verwendet werden können, die den hierin beschriebenen ähnlich oder gleichwertig sind.
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1A ist eine perspektivische Ansicht eines Zylinderkoordinatensystems 80, das die in der vorliegenden Anmeldung verwendeten räumlichen Begriffe veranschaulicht. Die vorliegende Erfindung wird zumindest teilweise in Verbindung mit einem Zylinderkoordinatensystem beschrieben. Das System 80 weist eine Längsachse 81 auf, die als Bezugspunkt für die folgenden räumlichen und Richtungsbegriffe dient. Die Begriffe „axial“, „radial“ und „Umfangs-“ beziehen sich auf eine Ausrichtung parallel zur Achse 81, zum Radius 82 (der senkrecht zur Achse 81 ist), beziehungsweise zum Umfang 83. Die Begriffe „axial“, „radial“ und „Umfangs-“ beziehen sich auch auf eine Ausrichtung parallel zu entsprechenden Ebenen. Zur Verdeutlichung der Lage der verschiedenen Ebenen dienen die Objekte 84, 85 und 86. Die Fläche 87 des Objekts 84 bildet eine axiale Ebene. Das heißt, die Achse 81 bildet eine Linie entlang der Fläche. Die Fläche 88 des Objekts 85 bildet eine radiale Ebene. Das heißt, der Radius 82 bildet eine Linie entlang der Fläche. Die Fläche 89 des Objekts 86 bildet eine Umfangsfläche. Das heißt, der Umfang 83 bildet eine Linie entlang der Fläche. Ein weiteres Beispiel besagt, dass eine axiale Bewegung oder Lage parallel zur Achse 81, eine radiale Bewegung oder Lage parallel zum Radius 82 und eine Umfangsbewegung oder -lage parallel zum Umfang 83 verläuft. Eine Drehung erfolgt in Bezug auf die Achse 81.
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Die Begriffe „axial“, „radial“ und „Umfangs-“ beziehen sich auf eine Ausrichtung parallel zur Achse 81, zum Radius 82 beziehungsweise zum Umfang 83. Die Begriffe „axial“, „radial“ und „Umfangs-“ beziehen sich auch auf eine Ausrichtung parallel zu entsprechenden Ebenen.
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1B ist eine perspektivische Ansicht eines Objekts 90 in dem Zylinderkoordinatensystem 80 von 1A, das die in der vorliegenden Anmeldung verwendeten räumlichen Begriffe veranschaulicht. Das zylindrische Objekt 90 ist für ein zylindrisches Objekt in einem Zylinderkoordinatensystem repräsentativ und soll die vorliegende Erfindung in keiner Weise einschränken. Das Objekt 90 beinhaltet eine axiale Fläche 91, eine radiale Fläche 92 und eine Umfangsfläche 93. Die Fläche 91 ist Teil einer axialen Ebene, die Fläche 92 ist Teil einer radialen Ebene und die Fläche 93 ist eine Umfangsfläche.
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2 ist eine Teilquerschnittsansicht eines Drehmomentwandlers ohne Lager 100 mit einem Reihenschwingungsdämpfer in einem Überbrückungsmodus. Der Drehmomentwandler 100 beinhaltet: eine Rotationsachse AR; einen Deckel 102, der zum Aufnehmen eines Drehmoments von einem (nicht gezeigten) Motor angeordnet ist; ein Laufrad 104; eine Turbine 106; einen Stator 108 und eine Turbinen- oder Drehmomentwandlerkupplung 110. Das Laufrad 104 beinhaltet mindestens eine Schaufel 112 und ein Laufradgehäuse 114, das drehfest mit dem Deckel verbunden ist und einen Teil 114A radial außerhalb der Schaufel 112 beinhaltet. Die Turbine 106 beinhaltet mindestens eine Schaufel 116 und ein Turbinengehäuse 118, das einen Teil 118A radial außerhalb der Schaufel 116 beinhaltet. Die Turbinenkupplung beinhaltet Teile 114A und 118A der Gehäuse 114 beziehungsweise 118. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet die Kupplung 110 ein Reibungsmaterial 120, das radial zwischen den Teilen 114A und 118A angeordnet ist.
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Die 3A bis 3G stellen Einzelheiten von Nuten in dem in 2 gezeigten Stator dar. Die folgende Beschreibung ist in Verbindung mit den 2 bis 3G zu sehen. Der Stator 108 ist aus einem einzigen Stück eines metallischen Materials gebildet und beinhaltet mindestens eine Schaufel 122 und einen Körperteil 124. Der Körperteil 124 beinhaltet: ein radial äußerstes Ende 124A, mit dem die Schaufel 122 drehfest verbunden ist; ein radial innerstes Ende 124B; und einen Vorsprung 126, der sich vom Körperteil in der axialen Richtung AD1 zum Laufradgehäuse hin erstreckt. Der Vorsprung 126 beinhaltet: eine sich radial erstreckende Fläche 128 (die im Wesentlichen senkrecht zur Achse AR ist); einen radialen Außenumfang OC1 und einen radialen Innenumfang IC1, die die Fläche 128 zum Beispiel in der radialen Richtung RD umschließen; mindestens eine Nut 130 in der Fläche 128; und mindestens eine Nut 132 in der Fläche 128. Jede Nut 130 enthält ein Ende 130A, das zum Außenumfang OC1 hin offen ist und sich radial nach innen (zur Achse AR hin) und in der Umfangsrichtung CD erstreckt. Jede Nut 132 enthält ein Ende 132A, das zum Innenumfang IC1 hin offen ist und sich radial nach außen (von der Achse AR weg) und in der Umfangsrichtung CD erstreckt.
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4 stellt detailliert die Fläche 4 in 2 dar, die einen Flüssigkeitsfilm zeigt. Die folgende Beschreibung ist in Verbindung mit den 2 bis 4 zu sehen. Im Antriebsmodus von 2 überträgt der Deckel 102 ein Drehmoment an das Laufradgehäuse 114, während die Kupplung 110 offen ist, das heißt, der Teil 114A ist in Bezug auf den Teil 118A drehbar. Infolge der Drehmomentübertragung und der Rotation des Laufrades und der Turbine wird der Stator mit einer Kraft F1 durch eine Flüssigkeit in Richtung AD1 verschoben, die entlang des Strömungspfades FP1 zwischen der Turbine und dem Laufrad fließt, und die Fläche 128 bildet den Abschnitt des Körperteils 124, der in der Richtung AD1 dem Laufradgehäuse am nahesten ist. Im Folgenden wird näher beschrieben, dass sich die Fläche 128 zum Beispiel in Kontakt mit dem Laufradgehäuse 114 befinden oder nur durch einen Film oder eine Schicht 134 der Flüssigkeit in dem Drehmomentwandler von dem Laufradgehäuse getrennt sein kann. Während der anfänglichen Rotation kann zwischen der Fläche 128 und dem Laufradgehäuse ein Kontakt bestehen, während der Film gebildet wird. Ferner ist es möglich, dass Unebenheiten in der Fläche des Laufradgehäuses oder in der Fläche 128 Anlass zu lokalen Kontaktflächen geben können.
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Somit beinhaltet der Drehmomentwandler 100 keinerlei Komponente wie beispielsweise ein aus einem festen Werkstoff hergestelltes Lager, das axial zwischen dem Stator und dem Laufradgehäuse angeordnet ist; das radial zwischen den Enden 124A und 124B des Körpers angeordnet ist und in Kontakt mit dem Stator und dem Laufradgehäuse steht. Der Ausdruck „aus einem festen Werkstoff hergestellt“ ist so zu verstehen, dass die Flüssigkeit als Komponente des Drehmomentwandlers angesehen wird.
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Im Antriebsmodus wird durch das Wechselwirken der Flüssigkeit mit den Nuten 130 und 132 ein Spalt SP zwischen der Fläche 128 und dem Laufradgehäuse gebildet. Zum Beispiel sind die Nuten 130 und 132 so angeordnet, dass sie mit der Flüssigkeit gefüllt werden, und mindestens ein Teil des Spaltes ist so angeordnet, dass er mit dem Film 134 gefüllt wird. Somit wirkt der Film zum Beispiel als Kissen zum Verringern der Reibung zwischen dem Stator und dem Laufradgehäuse und erfüllt die Funktion eines Lagers. Im Antriebsmodus ist das Laufradgehäuse so angeordnet, dass es in der Umfangsrichtung CD rotiert, damit die Flüssigkeit vom Ende 130A durch die Nut 130 und vom Ende 132A durch die Nut 132A fließt. Dann verlässt die Flüssigkeit die Nuten 130 und 132 oder fließt aus ihnen heraus und bildet den Film 134.
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Im Antriebsmodus wird die Kraft F1 von der Fläche 128 durch den Kontakt zwischen der Fläche 128 und dem Laufradgehäuse und/oder durch den Film 134 an das Laufradgehäuse übertragen.
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5 ist eine Teilquerschnittsansicht des Drehmomentwandlers 100 im Leerlaufmodus. Die 3A bis 3G sind auf die folgende Erörterung anwendbar. Der Drehmomentwandler 100 beinhaltet eine Laufradnabe 140, die drehfest mit dem radial inneren Teil 114B des Laufradgehäuses verbunden ist. Im Leerlaufmodus überträgt die Nabe 140 ein Drehmoment an das Gehäuse 114, und der Teil 114A ist in Bezug auf den Teil 118A drehbar, das heißt, die Kupplung 110 ist offen. Der Stator 108 beinhaltet einen Vorsprung 142, der sich vom Körperteil in der axialen Richtung AD2, die der Richtung AD1 entgegengesetzt ist, zum Turbinengehäuse hin erstreckt. Der Vorsprung 142 beinhaltet: eine sich radial erstreckende Fläche 144 (die im Wesentlichen senkrecht zur Achse AR ist); einen radial äußeren Umfang OC2 und einen radial inneren Umfang IC2, die die Fläche 144 zum Beispiel in der radialen Richtung RD umschließen; mindestens eine Nut 130 in der Fläche 144; und mindestens eine Nut 132 in der Fläche 144. Jede Nut 130 beinhaltet ein Ende 130A, das zum Außenumfang OC2 hin offen ist und sich radial nach innen (zur Achse AR hin) und in der Umfangsrichtung CD erstreckt. Jede Nut 132 beinhaltet ein Ende 132A, das zum Innenumfang IC2 hin offen ist und sich radial nach außen (zur Achse AR hin) und in der Umfangsrichtung CD erstreckt.
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Die Beschreibung der Grenzfläche von Gehäuse 114, Fläche 128 und Film 134 ist auch auf das Gehäuse 118 und die Fläche 144 anwendbar. Im Leerlaufmodus des Drehmomentwandlers ist die Laufradnabe so angeordnet, dass sie ein Drehmoment an das Laufradgehäuse überträgt. Infolge der Übertragung des Drehmoments und der Rotation des Laufrades und der Turbine wird der Stator mit einer Kraft F2 durch die Flüssigkeit, die entlang des Strömungspfades FP2 zwischen der Turbine und dem Laufrad zirkuliert, in Richtung AD2 verschoben, und die Fläche 144 bildet den Abschnitt des Körperteils 124, der in der Richtung AD2 dem Turbinengehäuse am nahesten ist. Im Folgenden wird näher beschrieben, dass zum Beispiel die Fläche 144 in Kontakt mit dem Turbinengehäuse 118 steht oder nur durch den Film 134 der Flüssigkeit in dem Drehmomentwandler von dem Turbinengehäuse getrennt ist. Der Film 134 steht in Kontakt mit der Fläche 144 und dem Turbinengehäuse. Während der anfänglichen Rotation kann zwischen der Fläche 144 und dem Turbinengehäuse ein Kontakt bestehen, während der Film gebildet wird. Ferner ist es möglich, dass aufgrund von Unebenheiten in der Fläche des Turbinengehäuses oder in der Fläche 144 zu lokalen Kontaktflächen kommen kann. Die Erörterung von 4 ist auch auf die Fläche 144, das Gehäuse 118 und den Film 134 anwendbar.
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Somit beinhaltet der Drehmomentwandler 100 keinerlei Komponente wie beispielsweise ein aus einem festen Werkstoff hergestelltes Lager, das axial zwischen dem Stator und dem Turbinengehäuse angeordnet ist; das radial zwischen den Enden 124A und 124B des Körpers angeordnet ist und in Kontakt mit dem Stator und dem Turbinengehäuse steht.
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Im Leerlaufmodus wird durch das Zusammenwirken der Flüssigkeit mit den Nuten 130 und 132 ein Spalt SP zwischen der Fläche 144 und dem Turbinengehäuse gebildet. Zum Beispiel sind die Nuten 130 und 132 so angeordnet, dass sie mit der Flüssigkeit gefüllt werden, und zumindest ein Teil des Spaltes ist so angeordnet, dass er mit dem Film 134 gefüllt wird. Somit wirkt der Film zum Beispiel als Kissen zum Verringern der Reibung zwischen dem Stator und dem Turbinengehäuse und erfüllt die Funktion eines Lagers. Im Leerlaufmodus ist das Laufradgehäuse so angeordnet, dass es in der Umfangsrichtung CD rotiert, damit die Flüssigkeit vom Ende 130A durch die Nut 130 und vom Ende 132A durch die Nut 132A fließt. Dann verlässt die Flüssigkeit die Nuten 130 und 132 oder fließt aus ihnen heraus und bildet den Film 134. Im Leerlaufmodus wird die Kraft F2 von durch den Kontakt zwischen der Fläche 144 und dem Turbinengehäuse und/oder durch den Film 134 von der Fläche 144 an das Turbinengehäuse übertragen.
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Durch den Drehmomentwandler 100 werden durch Anordnen des Spaltes 138 und des Spaltes 146 auch die Druckkräfte auf die Fläche 144 und das Laufradgehäuse auf einen Mindestwert verringert, die entstehen, wenn die Kupplung 110 offen ist, zum Beispiel zwischen einer Kombination der Teile 114A und 118A und dem Material 120. Die Breite des Spaltes 146 ist zur Veranschaulichung übertrieben groß dargestellt worden. Um die Kupplung 110 in einem Überbrückungsmodus zu schließen, wird der Druck in der Kammer 136 erhöht, um die Turbine 106 mit einer Kraft F3 in Richtung AD1 zu verschieben. Sobald die Teile 114A und 118A zu einer im Wesentlichen drehfesten Verbindung zusammengebracht werden, wird die Kraft F3 von dem Teil 118A an den Teil 114A übertragen. Der Spalt 138 ist so bemessen, dass es nicht zum Kontakt zwischen der Fläche 144 und der Turbinennabe kommt, wenn der Spalt 146 beim Einrücken der Kupplung 110 geschlossen wird, wodurch eine mögliche axiale Deformation des Turbinengehäuses durch die Kraft F3 berücksichtigt wird. Somit bleibt der Stator im Überbrückungsmodus von der Kraft F3 getrennt, und die Kraft F2 im Leerlaufmodus ist die einzige Kraft, die auf die Fläche 144 einwirkt.
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Wiederum unter Bezugnahme auf die 3A bis 3G werden weitere Einzelheiten zu den Nuten 130 und 132 bereitgestellt. Gemäß einer in den 3A, 3B und 3G gezeigten beispielhaften Ausführungsform beinhaltet die Nut 130 ein Ende 130B, das dem Ende 130A gegenüberliegt, und die Nut 132 beinhaltet ein Ende 132B, das dem Ende 132A gegenüberliegt und mit dem Ende 130A verbunden ist. Wenn die Flüssigkeit durch die Nuten 130 und 132 in die Richtung CD und in die entsprechenden radialen Richtungen fließt, treffen die entsprechenden Flüssigkeitsströme am Verbindungspunkt der Enden 130B und 132B zusammen. Da ein Weiterfließen an diesem Punkt nicht mehr möglich ist, wird die Flüssigkeit axial nach außen zur Fläche 128 oder 144 gedrückt, um den Film 134 zu bilden. Durch den hydrostatischen Druck der Flüssigkeit in den Nuten und den entstandenen Film wird der Spalt SP erzeugt, der die Flächen 128 und 144 von dem Laufradgehäuse beziehungsweise von dem Turbinengehäuse trennt. Gemäß einer in 3A gezeigten beispielhaften Ausführungsform wird an dem Verbindungspunkt der Enden 130B und 132B eine Kammer 148 gebildet. Die Kammer 148 erhöht das Volumen der aus den Nuten 130 und 132 fließenden Flüssigkeit, um den Film 134 zu bilden.
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In einer in den 3A, 3B, 3D und 3G gezeigten beispielhaften Ausführungsform gibt es eine Linie L1, die senkrecht zur Rotationsachse AR und durch die Enden 130A und 132A verläuft. In einer in den 3C, 3E und 3F gezeigten beispielhaften Ausführungsform gibt es keine Linie, die senkrecht zur Rotationsachse AR und durch die Enden 130A und 132A verläuft. Zum Beispiel überlappen die zur Achse AR senkrechten Linien L2 und L3 sich nicht an den Enden 130A und 132A. Gemäß einer in den 3C bis 3G gezeigten beispielhaften Ausführungsform beinhaltet die Nut 130 ein Ende 130B, das dem Ende 130A gegenüberliegt, und die Nut 132 beinhaltet ein Ende 132B, das dem Ende 132A gegenüberliegt. Die Enden 130B und 132B enden zwischen OC1/2 und IC1/2 und sind durch den Teil 128A oder den Teil 144A der radial angeordneten Flächen 128 beziehungsweise 144 voneinander getrennt. Wenn die Flüssigkeit durch die Nuten 130 und 132 in die Richtung CD und die entsprechenden radialen Richtungen fließt, treffen die entsprechenden Flüssigkeitsströme auf die Enden 130B und 132B. Da an diesem Punkt kein Weiterfließen möglich ist, muss die Flüssigkeit axial nach außen zur Fläche 128 oder 144 fließen, um den Film 134 zu bilden. Durch den hydrostatischen Druck der Flüssigkeit in den Nuten und durch den Film werden die Flächen 128 oder 144 vom Laufradgehäuse beziehungsweise vom Turbinengehäuse getrennt.
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Gemäß einer in den 3C, 3E, 3F und 3G gezeigten beispielhaften Ausführungsform beinhaltet die Nut 130 ein Ende 130B, das dem Ende 130A gegenüberliegt, und die Nut 132 beinhaltet ein Ende 132B, das dem Ende 132A gegenüberliegt. Die Enden 130B und 132B enden zwischen OC1/2 und IC1/2 und sind vom Teil 128A oder vom Teil 144A der radial angeordneten Flächen 128 beziehungsweise 144 getrennt. Ausgehend vom Ende 130B als Startpunkt liegt das Ende 132B weiter in Richtung CD. Es sollte klar sein, dass die vorhergehende Anordnung/Reihenfolge umgekehrt werden kann. Durch Staffeln der Enden 130B und 132B auf dem Umfang können die Punkte, an denen die Flüssigkeit auf die Flächen 128 und 144 ausläuft, gestaffelt werden, sodass ein gleichmäßigerer und homogenerer Film 134 erzeugt wird.
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Gemäß einer in den 3A, 3B und 3D gezeigten beispielhaften Ausführungsform beinhaltet die Nut 130 ein Ende 130B, das dem Ende 130A gegenüberliegt, und die Nut 132 beinhaltet ein Ende 132B, das dem Ende 132A gegenüberliegt. Die Enden 130B und 132B enden zwischen OC1/2 und IC1/2. Die zu der Achse AR senkrechte Linie L4 verläuft durch die Enden 130B und 132B.
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Gemäß einer in den 3C und 3F gezeigten beispielhaften Ausführungsform nimmt die Breite W der Öffnungen 130A und 132A in Bezug auf die Umfangsrichtung CD in dem Maße zu, wie sich die Nuten 130 und 132 in der Umfangsrichtung CD erstrecken. Durch den großen Wert der Breite W an dem jeweiligen Umfang wird der Flüssigkeitsstrom in die Nuten 130 und 132 verstärkt.
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Die Nuten 130 und 132 können aus Aluminiumguss, geschmiedetem Stahl oder geprägtem Stahl gebildet werden. Die Nuten verringern die Reibung durch Bildung eines Flüssigkeitsfilms 134 auf den Flächen 128 und 144. Der Flüssigkeitsfilm wird durch die Pumpwirkung der Nuten stabilisiert. Eine in der Richtung CD rotierende Fläche gleitet über die Nuten hinweg und erzeugt Scherkräfte in der Flüssigkeit, die die Flüssigkeit in die Nuten ziehen. An den Enden 130B und 132B enden die entsprechenden Ströme durch die Nuten 130 und 132 oder treffen aufeinander und bewirken, dass die Flüssigkeit über die Flächen 128 und 144 ausläuft. Durch die Form der Nuten 130 und 132 wird der Film 134 bei hohen Temperaturen und hohen Relativdrehzahlen zwischen den Flächen 128 und 144 beziehungsweise zwischen dem Laufradgehäuse 114 und dem Turbinengehäuse 118 stabilisiert.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform befinden sich zumindest entsprechende Teile des Vorsprungs 126 und der Fläche 128 radial außerhalb einer Freilaufkupplung 150 für den Stator. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform befinden sich der gesamte Vorsprung 142 und die gesamte Fläche 144 radial außerhalb der Freilaufkupplung 150 für den Stator.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet der Drehmomentwandler 100 einen Reihendämpfer 152 mit einem Abtriebsflansch 154, der drehfest mit einer Abtriebsnabe 156 verbunden ist. Die Nabe 156 ist so angeordnet, dass sie drehfest mit der Antriebsnabe 158 des Getriebes verbunden ist.
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6 ist eine Teilquerschnittsansicht des Drehmomentwandlers ohne Lager 100 mit einer Dichtung 160 am Stator. Die Erörterung für 2 ist bis auf die folgende Ausnahme auf 6 anwendbar. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet der Drehmomentwandler 100 eine Dichtung 160 und einen Dichtungskörper 124 gegen die Welle 158, um die während des Antriebsmodus auf den Teil 114A einwirkende Kraft F3 durch Beschleunigen des Abstroms RF durch den Spalt 146 zu verringern. Der Abstrom RF bewirkt ein Abheben des Laufrades und erzeugt einen Flüssigkeitsfilm auf dem Teil 114A. Um beim Schließen der Kupplung 110 dem Abfluss keine Hindernisse entgegenzusetzen, enthält die Dichtung 160 (nicht gezeigte) Kanäle, um einen Durchfluss durch die Dichtung zu ermöglichen.
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7 ist eine Teilquerschnittsansicht des Drehmomentwandlers ohne Lager 100 mit einem einstufigen Dämpfer. Die Erörterung für 2 ist bis auf die folgende Ausnahme auf 7 anwendbar. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet der Drehmomentwandler 100 einen einstufigen Schwingungsdämpfer 162. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet der Drehmomentwandler 100 eine Druckscheibe 164 aus Kunststoff.
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Im Folgenden werden weitere Einzelheiten zum Drehmomentwandler 100 bereitgestellt. 2 zeigt, dass die Turbine 106 im Antriebsmodus in die Richtung AD1 gedrückt wird. Von Vorteil ist, dass die Kraft F3 durch die Teile 118A und 114A nicht an den Stator 108, sondern an das Laufrad 104 übertragen wird. Wenn die Kupplung 110 ausgerückt oder offen ist wie beispielsweise im Antriebsmodus, bewirkt die Strömung zwischen den Teilen 118A und 114A einen Flüssigkeitsfilm zwischen den Teilen 118A und 114A, der die Reibung verringert. Von Vorteil ist, dass die über die Fläche 128 an das Laufrad übertragene Kraft F1 geringer ist, sodass ein Wälzlager mit einer Fläche 128 verschoben werden kann, die Nuten 130 und 132 aufweist. Das heißt, die Fläche 128, die Nuten 130 und 132 und der Film 134 reichen aus, um Verschleiß vorzubeugen.
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Wenn die Kupplung 110 eingerückt oder geschlossen ist, weisen die Turbine und das Laufrad dieselbe Drehzahl auf, und auf den Teil 118A wirkt keine axiale Last ein. Der Stator rotiert ebenfalls zusammen mit der Turbine und dem Laufrad, und auf ihn wirkt keine Druckkraft ein.
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Im Leerlauf wird die Turbine in die Richtung AD2 gedrückt, und die zugehörige Druckkraft wird zum Beispiel durch den Dämpfer 152 oder den Dämpfer 162 und die Druckplatte 164 an den Deckel 102 übertragen. Im Leerlaufmodus wirkt die Kraft F2 in der Richtung AD2 zum Turbinengehäuse hin auf den Stator ein, sodass die Fläche 144 in Kontakt mit dem Turbinengehäuse gelangt. Die Kraft F2 ist so schwach, dass die Fläche 144, die Nuten 130 und 132 und der Film 134 ausreichen, um dem Verschleiß auf der Fläche 144 und dem Turbinengehäuse vorzubeugen. Der Spalt 138 ist so geformt, dass es im Antriebsmodus und im Überbrückungsmodus nicht zum Kontakt zwischen dem Turbinengehäuse und der Fläche 144 kommen kann.
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Typische Drehmomentwandlerstapel führen über die Statorbaugruppe. Die Konfiguration des Drehmomentwandlers 100 führt hingegen direkt von der Turbine zum Laufrad, sodass der Spalt 146 mit einer engeren Toleranz eingestellt werden kann, wodurch ein höherer Wirkungsgrad erreicht wird. Außerdem sind die auf den Stator einwirkenden Kräfte F1 und F2 geringer.
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Um im Leerlauf ein besseres Einkuppeln zu erreichen, kann der Teil 118A durch den Dämpfer 152 oder 162 vorgespannt werden. Durch das Vorspannen verschwindet das axiale Spiel, und das Einkuppeln verläuft sanfter.
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Wie oben erwähnt sind Statoren aus Phenolharz, die in direktem Kontakt mit dem Turbinengehäuse und/oder dem Laufradgehäuse stehen, von unerwünscht häufigen Ausfällen betroffen. Bekannte Statorkörper aus Metall wären von übermäßig hoher Reibung und hohem Verschleiß sowie einem geringeren Wirkungsgrad betroffen, wenn sie direkt mit dem Laufradgehäuse oder dem Turbinengehäuse eingekuppelt würden. Die Nuten 130 und 132 in der Fläche 128 und/oder der Fläche 144 bieten den Vorteil, dass der Stator 108 aus Metall ohne Wälzlager, Buchsen oder zusätzliche Komponenten zwischen dem Stator und den Gehäusen 114 und/oder 118 funktioniert. Durch den Verzicht auf Lager in dem Drehmomentwandler 100 werden die Kosten, die Komplexität, die Anzahl der Bauteile und die axialen Abmessungen auf vorteilhafte Weise verringert.