DE102015215903A1

DE102015215903A1 - Fliehkraftpendel und hydrodynamischer Drehmomentwandler mit Fliehkraftpendel

Info

Publication number: DE102015215903A1
Application number: DE102015215903.5A
Authority: DE
Inventors: Stephan Maienschein
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-08-20
Filing date: 2015-08-20
Publication date: 2017-02-23
Also published as: CN106468337A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fliehkraftpendel (4) und einen hydrodynamischen Drehmomentwandler (1) mit einem um die Getriebeeingangswelle (6) angeordneten Gehäuse (14), einem in das Gehäuse (14) integrierten Pumpenrad (3), wobei das Gehäuse (14) ein gegenüber diesem verdrehbar angeordnetes Turbinenrad (10), eine zwischen Pumpenrad (3) und Turbinenrad (10) wirksam angeordnete Wandlerüberbrückungskupplung (9), gegebenenfalls einen Drehschwingungsdämpfer (13) und ein Fliehkraftpendel (4) aufnimmt. Zur Verbesserung der Wirkung des Fliehkraftpendels (4) sind Wälzflächen der Pendelelemente (29) und der Pendellaufbahnen (35) des Pendelelementträgers (30) nicht parallel ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fliehkraftpendel und einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit einem um die Getriebeeingangswelle angeordneten Gehäuse, einem in das Gehäuse integrierten Pumpenrad, wobei das Gehäuse ein gegenüber diesem verdrehbar angeordnetes Turbinenrad, eine zwischen Pumpenrad und Turbinenrad wirksam angeordnete Wandlerüberbrückungskupplung und ein Fliehkraftpendel aufnimmt.
Fliehkraftpendel sind aus Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen hinreichend bekannt. Hierbei ist um eine Drehachse beispielsweise einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, einer Getriebeeingangswelle eines Getriebes oder dergleichen ein Trägerteil verdrehbar aufgenommen. An dem Trägerteil sind über den Umfang verteilt Pendelmassen angeordnet, die in einer Ebene senkrecht zu der Drehachse gegenüber dem Trägerteil pendelnd an dem Trägerteil aufgehängt sind. Durch diese pendelnde Aufhängung bilden die Pendelmassen im Fliehkraftfeld des drehenden Trägerteils einen drehzahladaptiven Drehschwingungstilger, indem die Pendelmassen durch entsprechende Auslenkung dem Antriebsstrang während Drehmomentspitzen Energie entziehen und bei Drehmomentminima zuführen.
Beispielsweise können – wie aus der WO 2014/082629 A1 bekannt – axial zwischen zwei Seitenteilen, die das Trägerteil bilden, über den Umfang verteilt Pendelmassen angeordnet sein. Alternativ können – wie aus der DE 10 2012 221 949 A1 bekannt – Pendelmassenteile beidseitig des Trägerteils angeordnet sein. Axial gegenüber liegende Pendelmassenteile sind dabei mittels Verbindungsmitteln miteinander zu Pendelmassen verbunden, wobei die Verbindungsmittel entsprechend ausgesparte Ausnehmungen des Trägerteils durchgreifen.
Ein Fliehkraftpendel kann – wie beispielsweise anhand der oben genannten Druckschriften WO2014/082629 A1 , DE 10 2012 221 949 A1 offenbart – an einem Einmassenschwungrad, beispielsweise einem aus Blech hergestellten Einmassenschwungrad vorgesehen sein. Wie beispielsweise aus den Druckschriften WO2014/023303 A1 und DE 10 2013 201 981 A1 bekannt, können ein oder mehrere Fliehkraftpendel an einem Drehschwingungsdämpfer, entsprechend der Druckschrift WO2014/114 280 A1 an einer Kupplungsscheibe, entsprechend der Druckschrift EP 2 600 030 A1 an einem hydrodynamischen Drehmomentwandler, an einem Gehäuse einer Reibungskupplung oder an ähnlichen Stellen des Antriebsstrangs vorgesehen sein.
Desweiteren sind hydrodynamische Drehmomentwandler aus Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen bekannt und sind vorzugsweise zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe angeordnet. Dabei wird zum Anfahren des Kraftfahrzeuges bevorzugt die Wandlerfunktion des Drehmomentwandlers mit Drehmomentüberhöhung genutzt, indem das Drehmoment vom Gehäuse, das mittels der Kurbelwelle von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, über das Pumpenrad geleitet wird. Das Pumpenrad treibt dabei ein Turbinenrad an, welches das Drehmoment über ein Ausgangsteil unter Abstützung an einem Leitrad zur Momentenerhöhung auf eine Getriebeeingangswelle des Getriebes überträgt. Bei höheren Drehzahlen wird eine zwischen Pumpenrad und Turbinenrad wirksam angeordnete Wandlerüberbrückungskupplung geschlossen, so dass das Drehmoment unter Überbrückung der Wandlerkomponenten direkt vom Gehäuse über das Ausgangsteil auf die Getriebeeingangswelle übertragen wird und somit der sich verschlechternde Wirkungsgrad der Wandlerkomponenten bei höheren Drehzahlen eliminiert wird.
Die verwendeten Brennkraftmaschinen, beispielsweise 4-Zylinder-Diesel-Motoren, weisen hohe Drehungleichförmigkeiten auf, so dass in dem Gehäuse des Drehmomentwandlers ein oder mehrere Drehschwingungsdämpfer vorgesehen sind, die je nach deren Anordnung bei offener und/oder geschlossener Wandlerüberbrückungskupplung zwischen dem Gehäuse und dem Ausgangsteil beziehungsweise zwischen Turbinenrad und dem Ausgangsteil des Drehmomentwandlers wirksam sind. Dabei ist unter einem Drehschwingungsdämpfer in bekannter Weise eine Anordnung mit einem Eingangs- und einem Ausgangsteil zu verstehen, die entgegen der Wirkung einer Federeinrichtung begrenzt gegeneinander verdrehbar sind. Derartige Drehschwingungsdämpfer können mehrere Dämpferstufen enthalten, die zueinander seriell und/oder parallel angeordnet sind.
Zur verbesserten Schwingungsisolation der Drehschwingungen der Brennkraftmaschine ist weiterhin die Verwendung von Fliehkraftpendeln im Gehäuse des Drehmomentwandlers bekannt, die in Verbindung mit Drehschwingungsdämpfern wirksam im Gehäuse integriert sind. Beispielsweise ist aus der WO 2010/043194 A1 ein hydrodynamischer Drehmomentwandler mit mehreren, in offenem und geschlossenem Zustand der Wandlerüberbrückungskupplung wirksamen Dämpferanordnungen und einem Fliehkraftpendel bekannt, wobei das Fliehkraftpendel direkt mit dem Turbinenrad verbunden ist. Aus der DE 198 04 227 A1 ist ein Drehmomentwandler mit an einem der Wandlerüberbrückungskupplung zugeordneten Drehschwingungsdämpfer angeordneten Ausgleichsmassen bekannt, die auf Pendellaufbahnen abrollen.
Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Fliehkraftpendels und eines Drehmomentwandlers mit einem Fliehkraftpendel.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die von diesem abhängigen beziehungsweise nebengeordneten Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstands des Anspruchs 1 wieder.
Das vorgeschlagene Fliehkraftpendel enthält einen um eine Drehachse angeordneten Pendelelementträger und über den Umfang verteilt an diesem angeordnete Pendelelemente. Der Pendelelementträger kann aus einem einzigen als Pendelflansch ausgebildeten Scheibenteil ausgebildet sein, welcher beidseitig über den Umfang verteilt angeordnete Pendelelemente aufnimmt. Axial gegenüberliegende Pendelelemente können fest miteinander verbunden sein. Der Pendelelementträger kann aus zwei oder mehreren Scheibenteilen gebildet sein, wobei jeweils zwei Scheibenteile axial zwischen sich Pendelabschnitte aufweisen, zwischen denen axial und über den Umfang verteilt Pendelelemente aufgenommen sind.
Die Pendelelemente können als Pendelrollen ausgebildet sein, welche eine Pendellaufbahn aufweisen, mit der sie an dem Pendelelementträger abwälzen und damit monofilar ausgebildete Pendelbewegungen gegenüber dem Pendelelementträger ausführen. Die Pendelelemente können als bifilar an dem Pendelelementträger aufgehängte Pendelmassen ausgebildet sein, wobei die Pendelmassen mittels zweier in Umfangsrichtung beabstandeter Pendellager an dem Pendelelementträger aufgehängt sind. Die Pendellager sind als komplementär zueinander ausgebildete Pendellaufbahnen der Pendelmassen und des Pendelelementträgers ausgebildet, auf denen ein zwischen den Pendellaufbahnen eines Pendellagers angeordneter Wälzkörper, beispielsweise eine Pendelrolle abwälzt.
Die Pendelelemente können beispielsweise als Scheiben aus Blech gebildet sein und rund, elliptisch, in Tropfenform oder ähnlicher Form ausgebildet sein. Die Pendelelemente sind verliergesichert an dem Pendelelementträger aufgenommen. Unter Fliehkrafteinwirkung des um die Drehachse drehenden Pendelelementträgers bilden die Pendelelemente mittels einer Wälzfläche mit einer Wälzfläche einer Pendellaufbahn des Pendelelementträgers einen Wälzkontakt. Beispielsweise kann der Pendelelementträger zweiteilig aus Scheibenteilen wie Seitenteilen aus Blech gebildet sein, wobei die Pendelelemente axial zwischen diesen in einzelnen Pendelräumen getrennt voneinander aufgenommen sein können. Hierbei enthält beispielsweise ein Scheibenteil die Pendellaufbahnen, indem beispielsweise dessen Außenumfang entsprechend ausgestanzt und umgeformt ist. Das andere Scheibenteil wird an dieses angelegt und dient der axialen Sicherung der Pendelelemente. Radial innerhalb der Pendelelemente kann eines der Scheibenteile, beispielsweise das Scheibenteil mit den Rollenbahnen einen axialen Kragen zur radialen Begrenzung der Pendelräume aufweisen. Beide Scheibenteile sind miteinander fest verbunden, beispielsweise vernietet oder verschweißt. Eines oder beide Scheibenteile sind drehangetrieben, beispielsweise von einer Kurbel- oder Getriebeeingangswelle oder in ein Aggregat, beispielsweise eingangs- und/oder ausgangsseitig in eine Kupplungsscheibe, einen Drehmomentwandler, eine Reibungskupplung, eine Doppelkupplung, eine Elektromaschine oder dergleichen integriert
Die Wälzfläche der Pendelelemente beziehungsweise der Pendelrollen eines Pendellagers weist dabei gegenüber der Wälzfläche der Pendellaufbahn einen über den Umfang aus einer zumindest einer Linienberührung gebildeten Wälzkontakt auf. Dies bedeutet, dass die Wälzflächen in axiale Richtung zueinander nicht parallel ausgebildet sind. Beispielsweise kann die Wälzfläche der Pendelelemente beziehungsweise der Pendelrollen ballig ausgebildet sein.
Das Fliehkraftpendel kann aus einem Pendelelementträger mit gegenüber diesem im Fliehkraftfeld pendelfähig ausgebildeten Pendelmassen gebildet sein. Unter Fliehkrafteinwirkung verlagern sich Pendelelemente gegen die Pendellaufbahnen und verlagern sich dort zur Tilgung von Drehschwingungen. Über der Drehachse des Pendelelementträgers befindliche Pendelelemente sind in bevorzugter Weise bei zu geringer Fliehkraft gegen eine radiale Verlagerung nach radial innen geschützt. Hierzu können entsprechende Anschläge, beispielsweise weiche Anschlagpuffer, Federelemente oder dergleichen vorgesehen sein.
Das Fliehkraftpendel ist auf zumindest eine vorgegebene Schwingungsordnung, beispielsweise eine Hauptschwingungsordnung der Brennkraftmaschine abgestimmt. Ist in der Brennkraftmaschine eine Zylinderabschaltung vorgesehen, kann das Fliehkraftpendel auf mehrere Schwingungsordnungen, nämlich auf die Schwingungsordnung der vollen Zylinderanzahl und auf die Schwingungsordnungen der Brennkraftmaschine mit den übrigen betriebenen Zylindern abgestimmt sein. Dies kann beispielsweise durch unterschiedliche Massen der Pendelelemente beziehungsweise Pendelmassen, unterschiedliche Laufbahnen beziehungsweise Pendellaufbahnen und/oder dergleichen vorgesehen werden.
Zur nicht parallelen Ausbildung der Wälzflächen kann zumindest eine der Wälzflächen konkav oder konvex ausgebildet sein. Beispielsweise bei einer konvexen Ausbildung einer Wälzfläche und einer ebenen oder konkaven Ausbildung der anderen Wälzfläche können je nach Radius der Wälzflächen Einlinien- oder Zweilinienkontakte ausgebildet sein. Bevorzugt wird bei einer Symmetrieachse der Pendelelemente parallel zu deren Seitenflächen ein Zweilinienkontakt mit demselben Abstand zur Symmetrielinie ausgebildet. Beispielsweise kann in einer vorteilhaften Ausführungsform mit einer konkaven Wälzfläche, beispielsweise einer konkaven Wälzfläche des Pendelelementträgers und einer konvexen Wälzfläche, beispielsweise einer konvexen Wälzfläche der Pendelelemente bei größerem Radius der konkaven Wälzfläche gegenüber der konvexen Wälzfläche ein Einlinienkontakt in bevorzugter Weise an der Symmetrielinie eingestellt sein.
Eine oder beide Wälzflächen können entlang ihrer axialen Erstreckung ein Maximum und/oder Minimum aufweisen. Beispielsweise können die Pendelelemente eine axial mittig eingezogene Wälzfläche aufweisen. Hierdurch kann an den stirnseitigen Enden der Pendelelemente ein Zweilinienkontakt gegenüber einer planen oder konvex ausgebildeten Wälzfläche der Pendellaufbahn ausgebildet sein. Alternativ kann die Wälzfläche der Pendellaufbahn im Bereich des Einzugs der Wälzfläche der Pendelelemente eine radiale Erweiterung nach innen aufweisen, so dass das Pendelelement an dieser Erweiterung axial geführt sein kann. Eine derartige radiale Erweiterung nach innen kann beispielsweise mittels einer umlaufenden, eine ringförmige Ausformung der Wälzfläche erzeugenden Anprägung der Pendellaufbahn vorgesehen sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung des Fliehkraftpendels kann zumindest eine der Wälzflächen zumindest im Kontaktbereich zur anderen Wälzfläche gehärtet, insbesondere randschichtgehärtet sein.
Alternativ oder zusätzlich kann zumindest eine der Wälzflächen zumindest im Kontaktbereich zur anderen Wälzfläche beschichtet sein. Eine Beschichtung kann beispielsweise aus diamantähnlichem Kohlenstoff (DLC) gebildet sein.
Mit anderen Worten weisen die Pendelelemente einen nicht parallelen Laufkontakt in axialer Richtung gegenüber den Rollenlaufbahnen auf. Vorzugsweise ist mindestens ein Kontaktpartner-Pendelelement oder Führung zumindest abschnittsweise konvex oder konkav ausgebildet. Dabei ist im Kontaktbereich zwischen Pendelelement und Pendellaufbahn bevorzugt der Radius der Pendelelemente kleiner als der Radius der Pendellaufbahn. Der Radius nimmt beispielsweise Werte größer 5 mm, vorzugsweise größer 50 mm und insbesondere größer 150 mm an.
Vorteil des nicht parallelen Kontaktbereichs ist beispielsweise die generelle Reduzierung von Kontaktspannungen sowie die Vermeidung von kippbedingten Kantenträgern. Reduzierte Spannungen können genutzt werden, um die maximal zulässige Masse der Pendelelemente und somit die Wirkung des Fliehkraftpendels zu erhöhen. Ein einziger umlaufender Kontaktpunkt der Wälzfläche des Pendelelements liegt vorzugsweise auf der Symmetrielinie der Rolle in halbem Abstand der Materialstärke der Pendelfläche.
Bei zwei oder mehreren voneinander in axiale Richtung beabstandeten, umlaufenden Kontaktpunkten der Pendelelemente gegenüber der Pendellaufbahn liegen die Kontaktpunkte bevorzugt gleichabständig zur Symmetrieachse der Rolle.
Zumindest eine Wälzfläche des Pendelelements und/oder Pendellaufbahn wie Führungsbahn kann oberflächen- oder wärmebehandelt sein. Hierbei kann zumindest ein Kontaktpartner zumindest im Kontaktbereich zu dem anderen Kontaktpartner oberflächen- oder wärmebehandelt sein.
Beispielsweise kann mittels eines Härteverfahrens eine Härte, insbesondere eine Randschichthärte beispielsweise nach Vickers von zumindest 550 HV1 in einer Tiefe von der Oberfläche von zumindest 0,1 mm, vorzugsweise 0,3 mm und insbesondere 0,5 mm eingestellt sein. Weiterhin kann eine Härte, insbesondere eine Randschichthärte an der Oberfläche des Kontaktbereichs von zumindest 600 HV3, vorzugsweise 750 HV3 und insbesondere 850 HV3 eingestellt sein. Eine Streuung der Oberflächenhärte ist dabei innerhalb des umlaufenden Kontaktbereiches bevorzugt kleiner 200 HV3, vorzugsweise kleiner 150 HV3 und insbesondere kleiner 100 HV3 eingestellt, so dass besonders hohe Festigkeiten und ein geringer Verschleiß erzielt werden können.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Verbindungsschicht im Randbereich durch zusätzliche chemische Elemente gegenüber dem Grundmaterial des Pendelelements oder eine Erhöhung eines Anteils dieser chemischen Elemente um mehr als 20% vorzugsweise mehr als 50% vorgesehen sein. Derartige chemische Elemente können beispielsweise Stickstoff, Kohlenstoff und Übergangsmetalle sein.
Der vorgeschlagene hydrodynamische Drehmomentwandler ist um eine Drehachse zwischen einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine und einer Getriebeeingangswelle eines Getriebes wirksam angeordnet. Der Drehmomentwandler kann ein Gehäuse, beispielsweise ein torusförmiges Gehäuse aufweisen, welches um eine Getriebeeingangswelle angeordnet ist. Das Gehäuse kann auf einem beispielsweise in Form eines Rohrabschnitts ausgebildeten Leitradstutzen gelagert und gegenüber diesem nach außen abgedichtet sein. Das Gehäuse kann von der Kurbelwelle drehangetrieben ausgebildet sein, wobei in das Gehäuse ein Pumpenrad integriert sein kann.
Hierzu können an eine vorgeformte Wandlerschale Lamellen aufgenommen, beispielsweise in das Gehäuse eingehängt und dicht verlötet sein.
Über ein in dem Gehäuse vorgehaltenes hydraulisches Fluid, beispielsweise ATF wird von dem Pumpenrad ein Turbinenrad angetrieben. Das Turbinenrad ist drehschlüssig mit der Getriebeeingangswelle verbunden. Insoweit dient das Pumpenrad als Eingangsteil und das Turbinenrad als Ausgangsteil des Drehmomentwandlers. Zwischen Pumpenrad und Turbinenrad kann ein Leitrad mittels eines Freilaufs gehäusefest beispielsweise am Leitradstutzen aufgenommen sein.
Zur Überbrückung der hydrodynamischen Kopplung zwischen Pumpenrad und dem Turbinenrad ist eine zwischen Pumpenrad und Turbinenrad wirksam angeordnete Wandlerüberbrückungskupplung vorgesehen, welche im geschlossenen Zustand den Drehmomentfluss reibschlüssig vom Gehäuse auf die Getriebeeingangswelle überträgt, im geöffneten Zustand die hydrodynamische Kopplung zwischen Pumpenrad und Turbinenrad schaltet und im schlupfenden Zustand das Drehmoment in ein über die Wandlerüberbrückungskupplung übertragenes Teilmoment und ein über die hydrodynamische Kopplung übertragenes Teilmoment aufteilt. Die Wandlerüberbrückungskupplung wird bevorzugt durch Änderungen der Flüsse oder Drücke des im Gehäuse vorgehaltenen Fluids bewirkt. Die Flüsse des Fluids werden von außen mittels entsprechender Steuereinrichtungen gesteuert und können über Öffnungen beispielsweise in der Getriebeeingangswelle, Spalten zwischen Getriebeeingangswelle und Leitradstutzen und/oder dergleichen zu- und abgeführt werden. Die Wandlerüberbrückungskupplung kann eine zwischen Gehäuse und Turbinenrad angeordnete Lamellenkupplung sein.
Die Wandlerüberbrückungskupplung kann eine zwischen Gehäuse und Turbinenrad angeordnete Reibungskupplung, beispielsweise eine Lamellenkupplung sein oder aus einem einzigen, mit einer Gegenreibfläche einen Reibschluss bildenden Reibbelag gebildet sein. Die Wandlerüberbrückungskupplung kann einen axial verlagerbaren Kolben mit einer Reibfläche enthalten, der mit einer Gegenreibfläche einen Reibschluss bilden kann. Hierbei kann der Kolben drehfest mit der Turbine verbunden sein und mit einer am Gehäuse angeordneten Gegenreibfläche einen Reibschluss bilden Alternativ kann der Kolben drehfest mit dem Turbinenrad verbunden sein und mit einer Gegenreibfläche des Turbinenrads einen Reibschluss bilden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Wandlerüberbrückungskupplung zwischen Außenumfängen des Pumpenrads und des Turbinenrads angeordnet. Hierdurch können zusätzliche Bauteile, beispielsweise Lamellen der Wandlerüberbrückungskupplung, Kolben und dergleichen eingespart werden. Desweiteren steht durch Wegfall dieser Bauteile zusätzlicher axialer Bauraum zur Verfügung, so dass der Drehmomentwandler axial besonders schmal ausgebildet werden kann. Das Turbinenrad der auf diese Weise ausgebildeten Wandlerüberbrückungskupplung ist so steif ausgebildet, dass die an der Wandlerüberbrückungskupplung am Reibschluss radial außerhalb der Lamellen des Turbinenrads auftretenden Kräfte übertragen werden können. Die Betätigung der Wandlerüberbrückungskupplung erfolgt in bevorzugter Weise, indem an beiden Seiten der Turbinenschale unterschiedliche Fluidströme oder Differenzdrücke eingestellt werden. Das Turbinenrad kann auf der Getriebeeingangswelle verdrehbar und axial begrenzt verlagerbar gelagert sein. Beispielsweise kann die Lagerung mittels einer Buchse vorgesehen sein, die die Getriebeeingangswelle gegenüber dem Turbinenrad abdichtet, so dass zwischen Turbinenrad und Pumpenrad einerseits und dem übrigen Volumen des Gehäuses andererseits unterschiedliche Fluidströme oder Flussrichtungen oder Druckdifferenzen zur Steuerung der Wandlerüberbrückungskupplung eingestellt werden können.
Der Drehmomentwandler enthält weiterhin ein Fliehkraftpendel und optional einen Drehschwingungsdämpfer. Zur verbesserten Schwingungsisolation von Drehschwingungen, einem verbesserten Schutz des Fliehkraftpendels, zur verbesserten Raumausnutzung und dergleichen ist das Fliehkraftpendel zwischen Turbinenrad und Getriebeeingangswelle angeordnet. Der Drehschwingungsdämpfer kann zwischen Turbinenrad und Getriebeeingangswelle beziehungsweise zwischen Turbinenrad und Fliehkraftpendel wirksam angeordnet sein. Dies bedeutet, dass das Fliehkraftpendel sowohl dem Turbinenrad als auch der Wandlerüberbrückungskupplung nachgeschaltet ist. Weiterhin ist gegebenenfalls das Fliehkraftpendel dem Drehschwingungsdämpfer nachgeschaltet. Dies bedeutet, dass ein Träger von Pendelmassen oder Pendelelementen mit dem Ausgangsteil des Drehschwingungsdämpfers verbunden oder aus diesem gebildet sein kann oder der Träger direkt oder mittels einer Nabe mit der Getriebeeingangswelle drehschlüssig verbunden ist. Das Turbinenrad kann dabei mittels seiner Masse schwingungstilgend wirken. Desweiteren wirkt der gegebenenfalls eingesetzte Drehschwingungsdämpfer bezüglich Drehschwingungen dämpfend, so dass das Fliehkraftpendel auf verbleibende Restschwingungen ausgelegt werden kann. Dies ist insbesondere deswegen von Vorteil, weil Drehschwingungsspitzen, die zu Anschlägen und hohen Belastungen des Fliehkraftpendels führen können vermieden beziehungsweise zumindest verringert werden können. Desweiteren kann von Vorteil sein, dass das an dieser Stelle wirksam angeordnete Fliehkraftpendel speziell auf die verbleibenden Restschwingungen ausgelegt werden kann.
Insbesondere bei einer Ausbildung der Wandlerüberbrückungskupplung mit radial außen in das Turbinenrad und das Pumpenrad integrierten Reibflächen können Pendelmassen beziehungsweise Pendelelemente des Fliehkraftpendels auf radialer Höhe der Wandlerüberbrückungskupplung angeordnet sein. Hierdurch kann beispielsweise durch axiale Überschneidung des Fliehkraftpendels und des Wandlertorus axialer Bauraum eingespart werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Drehmomentwandlers kann der Pendelelementträger auf einer Nabe aufgenommen, beispielsweise mit dieser vernietet sein. Die Nabe ist mit der Getriebeeingangswelle drehschlüssig verbunden und weist hierzu beispielsweise ein Innenprofil wie Innenverzahnung auf, welche mit einem Außenprofil wie Außenverzahnung der Getriebeeingangswelle einen Drehschluss bildet.
Entgegen der Wirkungsrichtung des Drehmomentwandlers vom Eingangsteil zum Ausgangsteil mit dem Turbinenrad nachgeschalteten Fliehkraftpendel kann dieses axial zwischen einer der Kurbelwelle zugewandten Wandung des Gehäuses und dem Turbinenrad, also in geometrischer Anordnung zwischen Eingangsteil und Turbinenrad, angeordnet sein. Die Nabe des Fliehkraftpendels kann dabei mit einem endseitigen Abschnitt der Getriebeeingangswelle einen Drehschluss bilden und damit das Ausgangsteil des Drehmomentwandlers bilden.
Der Pendelelementträger des als Rollenpendel ausgebildeten Fliehkraftpendels kann einteilig ausgebildet sein. Hierzu weisen die Pendelelemente die Pendellaufbahnen beidseitig radial übergreifende Abschnitte auf, so dass diese gegenüber dem Pendelelementträger axial geführt sind. Derartige Pendelelemente werden in die Pendellaufbahnen bildende Ausschnitte des Pendelelementträgers von radial innen eingehängt. Eine Verliersicherung kann eine Verlagerung nach radial innen ausschließen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Pendelelementträger mehrteilig ausgebildet. Beispielsweise kann dieser aus einem die Pendelelemente axial führenden ersten Scheibenteil und einem zweiten, die Pendellaufbahnen aufweisenden Scheibenteil gebildet sein. Die beiden Scheibenteile können dabei radial innerhalb der Pendelelemente nach deren Einbringung in einen von den Scheibenteilen gebildeten Arbeitsraum miteinander verbunden beispielsweise vernietet sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das erste der beiden miteinander verbundenen Scheibenteile mit der Nabe verbunden.
Der in Wirkrichtung zwischen Turbinenrad und Fliehkraftpendel angeordnete Drehschwingungsdämpfer weist ein Eingangsteil auf, welches mit dem Turbinenrad verbunden, beispielsweise vernietet ist. Der Nietkreis dieser Vernietung ist bevorzugt radial innerhalb der Lamellen des Turbinenrads vorgesehen. Das Eingangsteil kann aus einem ringförmigen Blechteil gestanzt und geformt sein. Hierbei können die Elemente der Federeinrichtung, beispielsweise kurze Schraubendruck- oder Bogenfedern, radial außen umgreifend an dem Blechteil vorgesehen sein. Das Ausgangsteil des Drehschwingungsdämpfers kann mit dem Pendelelementträger direkt oder mit der Nabe verbunden sein. In vorteilhafter Weise können der Pendelelementträger und das Ausgangsteil des Drehschwingungsdämpfers gemeinsam mit der Nabe verbunden, beispielsweise vernietet sein.
Der hydrodynamische Drehmomentwandler mit Wandlerüberbrückungskupplung, Fliehkraftpendel und Drehschwingungsdämpfer kann als separate Baueinheit ausgebildet sein, der während der Montage des Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs beziehungsweise auf die Getriebeeingangswelle aufgefädelt wird. beziehungsweise auf die Getriebeeingangswelle aufgefädelt wird.
Die Erfindung wird anhand des in den 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:
1 den oberen Teil eines um eine Drehachse angeordneten Drehmomentwandlers,
2 eine Teilansicht des Fliehkraftpendels der 1,
3 ein Detail des Fliehkraftpendels der 1 mit ballig ausgebildetem Pendelelement im Schnitt,
4 ein Detail eines gegenüber dem Fliehkraftpendel der 1 bis 3 abgeänderten Fliehkraftpendels,
5 ein Detail eines gegenüber den Fliehkraftpendeln der 1 bis 4 abgeänderten Fliehkraftpendels
und
6 ein Pendelelement des Fliehkraftpendels der 1 bis 3 im Teilschnitt.
Die 1 zeigt den oberen Teil des um die Drehachse d der Getriebeeingangswelle 6 verdrehbar angeordneten Drehmomentwandlers 1. Das Gehäuse 14 nimmt das Pumpenrad 3, das Turbinenrad 10, die Wandlerüberbrückungskupplung 9, das Fliehkraftpendel 4 und den Drehschwingungsdämpfer 13 auf und ist zu Herstellung der hydrodynamischen Kopplung des Pumpenrads 3 mit dem Turbinenrad 10 während des Betriebs zumindest teilweise mit hydraulischem Fluid befüllt.
Das Gehäuse 14 ist mittels der Befestigungsmittel 15 mittels einer Flexplate oder dergleichen drehfest und axial elastisch mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbunden. Das Pumpenrad 3 ist in das Gehäuse 14 integriert. Das Gehäuse 14 ist aus der Wandlerschale 16 und der Wandung 17 mit dem axialen Ansatz 18 gebildet, welche radial außen dicht miteinander verbunden, beispielsweise verschweißt sind.
Die Wandlerüberbrückungskupplung 9 ist in das Turbinenrad 10 und das Pumpenrad 3 integriert. Hierzu ist das Turbinenrad 10 radial erweitert und weist den Kupplungsflansch 19 auf. An dem Übergang zwischen dem mit dem axialen Ansatz 18 verschweißten Ansatz 21 der Wandlerschale 16 und dem Pumpenrad 3 ist der Ringabschnitt 20 vorgesehen. An dem Kupplungsflansch 19 und/oder an dem Ringabschnitt 20 ist der Reibbelag 22, beispielweise ein Papierbelag vorgesehen, der den Reibeingriff mit der Gegenreibfläche der Wandlerüberbrückungskupplung 9 bildet. Die Wandlerüberbrückungskupplung 9 wird mittels eines Fluidstroms zwischen der zwischen Turbinenrad 10 und Pumpenrad 3 eingeschlossenen Kammer 23 einerseits und der von dieser mittels der Buchse 24 zwischen Getriebeeingangswelle 6 und Turbinenrad 10 abgetrennten Kammer 25 betätigt, wobei der Fluidstrom über den Spalt 26 und die Hohlbohrung 27 der Getriebeeingangswelle 6 zugeführt beziehungsweise abgeführt wird. Der Fluidstrom durchströmt die Kammern 23, 25 mit unterschiedlichen Anströmgeschwindigkeiten des Turbinenrads 10, so dass dieses einen Auftrieb erhält und geöffnet wird. Der Fluidstrom wird insbesondere bei geöffneter und schlupfender Wandlerüberbrückungskupplung 9 aufrechterhalten. In besonders vorteilhafter Weise sind in dem Reibbelag 22 und/oder in dessen Gegenreibfläche Nuten wie Kühlnuten vorgesehen, die auch bei geschlossener Wandlerüberbrückungskupplung 9 einen vorgegebenen Fluidstrom aufrechterhalten und damit die Wandlerüberbrückungskupplung 9 im Bereich des Reibeingriffs kühlen.
Das Fliehkraftpendel 4 ist in der Kammer 25 axial zwischen der Wandung 17 und dem Turbinenrad 10 angeordnet und nimmt im Wesentlichen den radial zur Verfügung stehenden Raum bis zum Innenumfang des axialen Ansatzes 18 ein. Das Fliehkraftpendel 4 dient als Ausgangsteil des Drehmomentwandlers 1 und weist über den Umfang verteilte Pendelelemente 29 und den Pendelelementträger 30 auf. Der Pendelelementträger 30 ist aus den beiden Scheibenteilen 31, 32 gebildet, die radial innerhalb mittels der Niete 33 miteinander verbunden sind. Der radial außerhalb der Niete 33 gebildete Trägerabschnitt 34 nimmt die über den Umfang verteilt angeordneten Pendelelemente 29 jeweils verliergesichert auf. Das Scheibenteil 32 weist radial außen für jedes Pendelelement 29 eine Pendellaufbahn 35 auf, auf der sich der Außenumfang das Pendelelement 29 unter Fliehkraftwirkung abstützt und bei auftretenden Drehschwingungen abwälzt. Abhängig von der beispielsweise in Umfangsrichtung bogenförmigen Ausbildung der Pendellaufbahnen 35 wird das Pendelelement 29 dabei entgegen der Fliehkraft auf einen kleineren Durchmesser verlagert, so dass unter Umwandlung und Zwischenspeicherung der kinetischen Energie einer Drehmomentspitze in potentielle Energie der Verlauf des Drehmoments geglättet wird. Das Scheibenteil 31 dient der axialen Sicherung der im Wesentlichen auf radialer Höhe der Wandlerüberbrückungskupplung 9 angeordneten Pendelelemente 29. Die Pendelelemente 29 sind im Kontaktbereich zu den Pendellaufbahnen ballig ausgebildet. Zwischen den Scheibenteilen 31, 32 ist radial außen der Spalt 36 vorgesehen, um beispielsweise die dynamische Fluidführung an den Pendelelemente 29 zu verbessern.
Die Nabe 5 ist mit dem stirnseitigen Endbereich der Getriebeeingangswelle 6 drehschlüssig verbunden wie verzahnt und nimmt das Fliehkraftpendel 4 auf. Hierzu ist das Scheibenteil 31 an dem radial erweiterten Nabenflansch 38 der Nabe 5 mittels derselben Niete 36 aufgenommen wie das Ausgangsteil 37 des optionalen Drehschwingungsdämpfers 13. Das Ausgangsteil 37 des Drehschwingungsdämpfers 13 und das mit dem Turbinenrad 10 mittels der Niete 40 verbundene Eingangsteil 39 sind entgegen der Wirkung der über den Umfang verteilt angeordneten Federelemente 41 wie beispielsweise Schraubendruckfedern gegeneinander relativ um die Drehachse d verdrehbar, so dass der Drehschwingungsdämpfer 13 verbleibende Drehschwingungen, die nach der hydraulischen Kopplung zwischen Pumpenrad 3 und Turbinenrad 10 sowie durch die Tilgerfunktion der Masse des Turbinenrads noch verbleiben, dämpft. Das nachgeschaltete Fliehkraftpendel 4 tilgt wiederum die nach dem Drehschwingungsdämpfer 13 noch verbleibenden Drehschwingungen.
Der Drehschwingungsdämpfer 13 ist radial im Bereich des Einzugs 42 des Turbinenrads 10 zwischen dessen Lagerung auf der Getriebeeingangswelle 6 und dessen Bauch mit der maximalen axialen Erweiterung der Lamellen 43 platzsparend aufgenommen. Das Eingangsteil 39 ist dabei außerhalb des Durchmessers der Federelemente 41 um diese zumindest deren Außendurchmesser übergreifend gelegt, so dass diese radial abgestützt und axial verliersicher in dem Eingangsteil 39 aufgenommen sind.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass zwischen Pumpenrad 3 und Turbinenrad 10 zur Drehmomenterhöhung bei Drehzahldifferenzen das Leitrad 46 angeordnet ist, welches mittels des Freilaufs 47 an dem Leitradstutzen 48 aufgenommen ist.
Die 2 zeigt eine Teilansicht des Fliehkraftpendels 4 der 1 bei abgenommenem Scheibenteil 31 mit Sicht auf die Pendelelemente 29 und das Scheibenteil 32 des Pendelelementträgers 30. An den Außenumfang des Scheibenteils 32 ist der axiale Ansatz 43 angeformt, an dessen Innenumfang die Pendellaufbahnen 35 für die Pendelelemente 29 ausgebildet sind. Die Form der Pendellaufbahnen 35 in Umfangsrichtung gibt die Pendelbewegung der Pendelelemente 29 im Fliehkraftfeld unter dem Einfluss von Drehmomentschwingungen vor. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Pendelelemente 29 kreisrund ausgebildet. Diese können auch andere Formen, beispielsweise elliptische Formen, Tropfenform und dergleichen ausbilden. Durch die Form der Pendellaufbahnen 35, Pendelelemente 29, deren Masse und dergleichen werden eine oder mehrere Schwingungsordnungen eingestellt. Durch den axial erweiterten Kragen 44 am Innenumfang des Scheibenteils 32 werden die Pendelelemente 29 – entgegen der skizzenhaften Darstellung – jeweils in den Bereichen ihrer Pendellaufbahnen 35 gehalten. In axiale Richtung sind die einen Wälzkontakt ausbildenden Pendellaufbahnen 35 und die Oberflächen der Pendelelemente 29 mit nicht parallel zueinander angeordneten Wälzflächen 50, 51 versehen, so dass über den Umfang anstatt einer flächigen Berührung ein oder mehrere Linienkontakte ausgebildet sind.
Hierzu zeigt die 3 einen Teilschnitt durch das Fliehkraftpendel 4 mit einer Pendelelement 29 mit der konvexen Wälzfläche 50 und den axialen Ansatz 44 des Pendelelementträgers 30 mit der konkaven Wälzfläche 51. Hierbei weist die Wälzfläche 50 den Radius R₁ und die Wälzfläche 51 den Radius R₂ auf wobei R₂ > R₁ ist. Das Pendelelement 29 weist die Materialstärke b auf. Durch die Ausbildung des Mittelpunkts des Radius R₁ auf die Hälfte der Materialstärke b/2 liegt der einzige Linienkontakt K zwischen den beiden Wälzflächen ebenfalls bei b/2.
In dem im Teilschnitt entsprechend 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der 4 weist das Fliehkraftpendel 4a ein Pendelelement 29a mit einer konkaven Wälzfläche 50a mit dem Radius R₃ auf. Der axiale Ansatz 44a des Pendelelementträgers 30a weist die nach radial innen gerichtete radiale Anprägung 52a auf, so dass die Wälzfläche 51a in zwei konkave Teile mit jeweils einem Radius R₄ ausgebildet ist.
Hierbei bildet die Anprägung 52a mit der Wälzfläche 50a einen einzigen Linienkontakt K₁.
Das Ausführungsbeispiel des Fliehkraftpendels 4b der 5 zeigt in dem den 3 und 4 entsprechenden Teilschnitt das Pendelelement 29b und den Pendelelementträger 30b mit dem axialen Ansatz 44b. Die Wälzfläche 51b des axialen Ansatzes 44b ist hier plan, das heißt, in axiale Richtung linear ausgebildet. Die Wälzfläche 50b des Pendelelements 29b weist bezüglich ihrer Materialstärke mittig den Einzug 53b auf, so dass axial in demselben Abstand zu den Stirnseiten des Pendelelements 29b zwei konvexe, umlaufende Höcker mit dem Radius R₅ gebildet sind, die zwei Linienkontakte K₂ mit der Wälzfläche 51b des axialen Ansatzes 44b bilden.
Die 6 zeigt am Beispiel des Fliehkraftpendels 4 das gehärtete wie randschichtgehärtete Pendelelement 29 im Teilschnitt. Das Pendelelement 29 weist an dem Bereich mit der Wälzfläche 50 die gehärtete Randschicht 55 mit der Dicke c auf. Ausgehend von dem Linienkontakt K beträgt die Dicke c zwischen 0,1 mm und 0,5 mm, bevorzugt 0,3 mm. Die Härte nach Vickers mindestens 550 HV1 beziehungsweise eine Oberflächenhärte größer 600 HV3, bevorzugt 750 HV3 und in besonderen Fällen größer 850 HV3.
Bezugszeichenliste

1: Drehmomentwandler
3: Pumpenrad
4: Fliehkraftpendel
4a: Fliehkraftpendel
4b: Fliehkraftpendel
5: Nabe
6: Getriebeeingangswelle
9: Wandlerüberbrückungskupplung
10: Turbinenrad
13: Drehschwingungsdämpfer
14: Gehäuse
15: Befestigungsmittel
16: Wandlerschale
17: Wandung
18: Ansatz
19: Kupplungsflansch
20: Ringabschnitt
21: Ansatz
22: Reibbelag
23: Kammer
24: Buchse
25: Kammer
26: Spalt
27: Hohlbohrung
29: Pendelelement
29a: Pendelelement
29b: Pendelelement
30: Pendelelementträger
30a: Pendelelementträger
30b: Pendelelementträger
31: Scheibenteil
32: Scheibenteil
33: Niet
34: Trägerabschnitt
35: Pendellaufbahn
36: Spalt
37: Ausgangsteil
38: Nabenflansch
39: Eingangsteil
40: Niet
41: Federelement
42: Einzug
43: Lamelle
44: Ansatz
44a: Ansatz
44b: Ansatz
45: Kragen
46: Leitrad
47: Freilauf
48: Leitradstutzen
50: Wälzfläche
50a: Wälzfläche
50b: Wälzfläche
51: Wälzfläche
51a: Wälzfläche
51b: Wälzfläche
52a: Anprägung
53b: Einzug
55: Randschicht
b: Materialstärke
c: Dicke
d: Drehachse
K: Linienkontakt
K₁: Linienkontakt
K₂: Linienkontakt
R₁: Radius
R₂: Radius
R₃: Radius
R₄: Radius
R₅: Radius

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2014/082629 A1 [0003, 0004]
DE 102012221949 A1 [0003, 0004]
WO 2014/023303 A1 [0004]
DE 102013201981 A1 [0004]
WO 2014/114280 A1 [0004]
EP 2600030 A1 [0004]
WO 2010/043194 A1 [0007]
DE 19804227 A1 [0007]

Claims

Fliehkraftpendel (4, 4a, 4b) mit einem um eine Drehachse (d) angeordneten Pendelelementträger (30, 30a, 30b), insbesondere Pendelrollenträger und über den Umfang verteilt angeordneten Pendelelementen (29, 29a, 29b), insbesondere Pendelrollen, welche verliergesichert an dem Pendelelementträger (30, 30a, 30b) aufgenommen sind und unter Fliehkrafteinwirkung des um die Drehachse (d) drehenden Pendelelementträgers (30, 30a, 30b) mittels einer Wälzfläche (50, 50a, 50b) mit einer Wälzfläche (51, 51a, 51b) einer Pendellaufbahn (35) des Pendelelementträgers (30, 30a, 30b) einen Wälzkontakt bilden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wälzfläche (50, 50a, 50b) der Pendelelemente (29, 29a, 29b) gegenüber der Wälzfläche (51, 51a, 51b) der Pendellaufbahn (35) einen über den Umfang aus einer zumindest einer Linienberührung gebildeten Wälzkontakt aufweist.
Fliehkraftpendel (4, 4a, 4b) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Wälzfläche (50, 50a, 50b, 51, 51a) konkav oder konvex ausgebildet ist.
Fliehkraftpendel (4, 4a) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Wälzflächen (50a, 51) einen größeren Radius (R₁, R₄) als der Radius (R₂, R₃) der anderen Wälzfläche (50, 51a) aufweist.
Fliehkraftpendel (4a, 4b) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Pendelelement (29a, 29b) eine axial mittig eingezogene Wälzfläche (50a, 50b) aufweist.
Fliehkraftpendel (4a) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendellaufbahn (35) eine umlaufende, ringförmige Anprägung (52a) der Wälzfläche (51a) nach radial innen aufweist.
Fliehkraftpendel (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Wälzflächen (50) zumindest im Kontaktbereich zur anderen Wälzfläche (51) gehärtet, insbesondere randschichtgehärtet ist.
Fliehkraftpendel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Wälzflächen zumindest im Kontaktbereich zur anderen Wälzfläche beschichtet ist.
Hydrodynamischer Drehmomentwandler (1) mit einem um eine Drehachse (d) angeordneten Gehäuse (14) und einem in das Gehäuse (14) integrierten Pumpenrad (3), wobei das Gehäuse (14) ein gegenüber diesem verdrehbar angeordnetes Turbinenrad (10), eine zwischen Pumpenrad (3) und Turbinenrad (10) wirksam angeordnete Wandlerüberbrückungskupplung (9), gegebenenfalls einen Drehschwingungsdämpfer (13) und ein Fliehkraftpendel (4, 4a, 4b) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 aufnimmt.
Hydrodynamischer Drehmomentwandler (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Fliehkraftpendel (4, 4a, 4b) als Ausgangsteil des Drehmomentwandlers (1) ausgebildet ist.
Hydrodynamischer Drehmomentwandler (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlerüberbrückungskupplung (9) zwischen Außenumfängen des Pumpenrads (3) und des Turbinenrads (10) angeordnet ist.