DE102020212524A1

DE102020212524A1 - Hydrodynamischer Drehmomentwandler mit einer Überbrückungskupplung

Info

Publication number: DE102020212524A1
Application number: DE102020212524.4A
Authority: DE
Inventors: Horst LEICHSENRING; Ewgeni Bayer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2020-10-05
Filing date: 2020-10-05
Publication date: 2022-04-07
Also published as: US11519486B2; US20220107012A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Drehmomentwandler (1) mit einer Überbrückungskupplung (6) in einem Kupplungsraum (9) und mit einem Kolben (7) zur Betätigung der Überbrückungskupplung (6). Der Kolben (7) trennt den Kupplungsraum (9) von einem Kolbenraum (10). Der Kolben (7) ist durch Druckbeaufschlagung des Kolbenraumes (10) aus einer Ausgangsposition, in der die Überbrückungskupplung (6) geöffnet ist, in Schließrichtung der Überbrückungskupplung (6) bewegbar. Der Kolben (7) verfügt über zumindest eine verschließbare Öffnung (11), durch die Hydraulikfluid aus dem Kolbenraum (10) in den Kupplungsraum (9) führbar ist. Die Öffnung (11) ist geöffnet, wenn sich der Kolben (7) außerhalb der Ausgangsposition befindet und/oder wenn ein Fluiddruck im Kolbenraum (10) im Vergleich zum Kupplungsraum (9) erhöht ist. Das Schließelement (12, 13) ist zungenförmig und dient zum selbständigen Verschließen und Öffnen der Öffnung (11).

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit einer Überbrückungskupplung.
Hydrodynamische Drehmomentwandler sind nach dem Föttinger-Prinzip arbeitende Kupplungen. Aufgrund der nahezu verschleißfreien Arbeitsweise werden sie in vielen Technikgebieten zur Übertragung und/oder Übersetzung von Drehbewegungen eingesetzt. Häufig verfügen diese Drehmomentwandler über eine Wandlerüberbrückungskupplung, auch kurz Überbrückungskupplung genannt. Diese dient dazu, um die ansonsten hydrodynamische Koppelung des Wandlers bedarfsweise durch eine mechanische Koppelung überbrücken zu können. Somit können Strömungsverluste im Wandler minimiert werden.
In der Kraftfahrzeugtechnik werden hydrodynamische Drehmomentwandler häufig als eine verschleißfreie Anfahrkupplung und/oder als ein integrales Getriebeschaltelement eingesetzt. Der Drehmomentwandler ist hier insbesondere eingangsseitig oder als zentrales Schaltelement eines mehrstufigen Kraftfahrzeuggetriebes vorgesehen. Der Drehmomentwandler ist somit drehmomentschlüssig an das Getriebe angebunden. Im hydrodynamischen Betrieb des Drehmomentwandlers wird darin eine Antriebsleistung mittels eines Hydraulikfluids übertragen. Dies erfolgt quasi verschließfrei, wobei hauptsächlich das Hydraulikfluid die dabei auftretende Verlustwärme aufnimmt. Der Drehmomentwandler ist daher häufig an ein Kühlsystem des Getriebes und/oder des Kraftfahrzeugs angeschlossen. Wärmeenergie entsteht insbesondere im hydrodynamischen Torus des Wandlers und als Reibleistung an der Überbrückungskupplung.
Aus der DE 10 2005 051 739 A1 ist ein hydrodynamischer Drehmomentwandler mit einer Überbrückungskupplung und einem Torsionsdämpfer bekannt. Die Überbrückungskupplung soll ein konstantes Verhalten über eine sehr hohe Lebensdauer zeigen. Dazu wird eine direkte Kühlung von Kupplungslamellen der Überbrückungskupplung durch einen Axialkolben des Wandlers und den Torsionsdämpfer vorgeschlagen. In einer Ausgestaltung (8) kommt ein Rückschlagventil zu Anwendung.
Steht dabei ein Druck im Druckraum eines Axialkolbens zur Betätigung der Überbrückungskupplung an, so wird damit ein Durchfluss an Hydraulikfluid ermöglicht. Steht dabei hingegen ein kleinerer Druck in dem Druckraum an, als in einem benachbarten Raum, weil der Axialkolben gerade eingerückt ist oder weil dieser die Überbrückungskupplung offenhält, so wird damit ein Fluss von Hydraulikfluid in den Druckraum verhindert.
Aus der DE 10 2007 061 949 A1 ist eine Kopplungsanordnung mit einer Kupplungsvorrichtung und einem Kupplungselement und einem Anpresselement bekannt. Das Anpresselement ist in seiner Einrückposition mit dem Kupplungselement in Wirkverbindung bringbar und in seiner Ausrückposition von dem Kupplungselement trennbar. Ein Kupplungsgehäuse ist durch das Anpresselement in zumindest zwei Räume getrennt, nämlich in einen Anpresselementen-Druckraum und in einen Kupplungselementen-Kühlungsraum. Der Anpresselementen-Druckraum verfügt über eine Einrück-Druckmittelleitung, und der Kupplungselementen-Kühlungsraum verfügt über eine Druckmittel-Zuführungsleitung und eine Druckmittel-Abführungsleitung. Dem Anpresselement ist eine Druckmittelpassage zwischen dem Anpresselementen-Druckraum und dem Kupplungselementen-Kühlungsraum zugeordnet, die in der Einrückposition wirksam ist. Hierbei ist bei zugeschalteter Einrück-Druckmittelleitung die Druckmittel-Zuführungsleitung abgeschaltet, und somit bildet die Druckmittelpassage den einzigen Druckmittel-Versorgungszugang zum Kupplungselementen-Kühlungsraum. Bei abgeschalteter Einrück-Druckmittelleitung ist hingegen die Druckmittel-Zuführungsleitung zugeschaltet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern. Insbesondere soll der Drehmomentwandler einfach herstellbar sein und eine gute Kühlung der Überbrückungskupplung ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch angegebenen Maßnahmen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen hiervon sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Demnach wird ein hydrodynamischer Drehmomentwandler vorgeschlagen, der über eine Überbrückungskupplung in einem Kupplungsraum und einen Kolben zur Betätigung der Überbrückungskupplung verfügt. Der Kolben trennt hierbei den Kupplungsraum von einem Kolbenraum. Der Kolbenraum hat den Zweck, dass der Kolben durch Druckbeaufschlagung des Kolbenraumes aus einer Ausgangsposition, in der die Überbrückungskupplung geöffnet ist, in Schließrichtung der Überbrückungskupplung bewegbar ist. Somit ist der Kolben durch Einstellung eines Fluiddrucks im Kolbenraum bewegbar und dadurch die Überbrückungskupplung wahlweise im Öffnungssinne und Schließsinne betätigbar. Insbesondere verfügt der Kolbenraum dazu über eine eigene Fluidzufuhr, über die Hydraulikfluid dem Kolbenraum zur Betätigung der Überbrückungskupplung zuführbar und entnehmbar ist. Aus dem Druckunterschied zwischen Kolbenraum und Kupplungsraum ergibt sich die Stellkraft des Kolbens, die auf die Überbrückungskupplung wirkt und die die Überbrückungskupplung entsprechend schließt oder öffnet.
Bei vollständig geschlossener Überbrückungskupplung ist der hydrodynamische Leistungszweig des Drehmomentwandlers antriebstechnisch überbrückt (deaktiviert), sodass das eingangsseitige Drehmoment über die Überbrückungskupplung zum Ausgang des Wandlers übertragen wird. Bei vollständig offener Überbrückungskupplung ist nur der hydrodynamische Leistungszweig des Wandlers aktiviert, wodurch rein hydrodynamisch ein eingangsseitiges Drehmoment zum Ausgang übertragen wird. Bei Verwendung einer reibschlüssigen Überbrückungskupplung, wie insbesondere einer Lamellenkupplung, können auch Zwischenstellungen zwischen der vollständig offenen und geschlossenen Kupplungsstellung erzeugt werden, wodurch das eingangsseitige Drehmoment teilweise über die Überbrückungskupplung und teilweise hydrodynamisch zum Ausgang des Wandlers übertragen wird.
Der Kolben des Wandlers verfügt über zumindest eine verschließbare Öffnung, durch die Hydraulikfluid aus dem Kolbenraum in den Kupplungsraum führbar ist. Dadurch kann Hydraulikfluid aus dem Kolbenraum zur Kühlung der Überbrückungskupplung in den Kupplungsraum eingebracht werden. Die Öffnung ist insbesondere als Bohrung ausgeführt.
Die Öffnung ist dann geöffnet, wenn sich der Kolben außerhalb der Ausgangsposition befindet. Alternativ oder zusätzlich ist die Öffnung dann geöffnet, wenn ein Fluiddruck im Kolbenraum im Vergleich zum Kupplungsraum (ausreichend) erhöht ist, wenn also ein hinreichendes Druckgefälle vom Kolbenraum hin zum Kupplungsraum besteht. Dadurch wird das Hydraulikfluid aus dem Kolbenraum nur dann über die Öffnung zur Kühlung der Überbrückungskupplung in den Kupplungsraum eingebracht, wenn die Überbrückungskupplung durch Bewegung des Kolbens betätigt wird. Erst in diesem Zustand fallen wesentliche Reibungsverluste in der Überbrückungskupplung an, die eine Erhöhung des Stroms an Hydraulikfluid zur Überbrückungskupplung sinnvoll machen.
Es ist nun vorgesehen, dass das besagte Schließen und Öffnen der Öffnung durch ein Schließelement selbständig erfolgt. Dieses Schließelement ist zungenförmig ausgebildet. Auf diese Weise kann es einfach hergestellt sein. Insbesondere ist das Schließelement in Umformtechnik hergestellt, wie insbesondere durch Prägen. Das Schließelement kann somit ein kostengünstiges Blechbauteil sein. Somit ist einerseits eine einfache Herstellung des Drehmomentwandlers möglich und zum anderen eine gute Kühlung der Überbrückungskupplung.
Das Schließen und Öffnen der Öffnung erfolgt hier abhängig von der Position des Kolbens und/oder von der Druckdifferenz zwischen Kolbenraum und Kupplungsraum. Eine aufwändige Konstruktion zur Versorgung der Überbrückungskupplung mit Hydraulikfluid in Abhängigkeit ihres Schlupfes ist nicht erforderlich.
Zum Schließen der Öffnung legt sich das Schließelement an den Kolben an. Im Bereich der Öffnung sind das Schließelement und der Kolben daher vorzugsweise komplementär ausgebildet, sodass ein dichter Sitz zwischen Schließelement und Kolben an der Öffnung gebildet ist. Das Schließelement kann im Bereich der Öffnung daher konkav oder konvex ausgebildet sein. Der Kolben ist dann im Bereich der Öffnung konvex beziehungsweise konkav ausgebildet.
Unter einer Zungenform ist hier insbesondere eine längliche, abgeflachte Form zu verstehen. Die Zungenform ist in Längsrichtung gesehen bevorzugt an einem Ende befestigt, insbesondere durch eine feste Einspannung, wohingegen das gegenüberliegende Ende frei ist. Insbesondere dieses freie Ende der Zungenform befindet sich im Bereich der Öffnung und dient zum Anlegen an den Kolben, um die Öffnung zu verschließen. Das freie Ende der Zungenform kann gegenüber dem befestigten Ende der Zungenform gefedert sein, um bei geschlossener Öffnung eine gewisse Vorspannung auszuüben. Somit kann die Dichtwirkung des Schließelements erhöht sein. Diese Federung kann dadurch erzeugt werden, dass das gesamte Schließelement oder zumindest ein Abschnitt des Schließelements als Federblatt ausgebildet ist.
Vorzugsweise bildet die Öffnung eine Blende. Dadurch wird der durch die Öffnung hervorgerufenen Druckverlust im Kolbenraum in hinnehmbaren Grenzen gehalten. Das aus dem Kolbenraum durch die Öffnung in den Kupplungsraum strömende Hydraulikfluid wird über die Fluidzufuhr des Kolbenraums fortlaufend ersetzt. Somit bleibt die jeweils eingestellte Stellung des Kolbens und damit der Schaltzustand der Überbrückungskupplung erhalten.
Für die Öffnung kann ein erstes Schließelement vorgesehen sein, das diese Öffnung dann öffnet, wenn sich der Kolben außerhalb der Ausgangsposition befindet. Und für diese Öffnung kann auch ein zweites Schließelement vorgesehen sein, das diese Öffnung dann öffnet, wenn der Fluiddruck im Kolbenraum im Vergleich zum Kupplungsraum erhöht ist. Diese beiden Schließelement können einzeln mit einer zugehörigen Öffnung zusammenwirken, also im Sinne eines logischen ODER-Gliedes. Dann wird die Öffnung durch das jeweilige Schließelement geöffnet, wenn zumindest eine der beiden genannten Bedingungen erfüllt ist. Diese beiden Schließelement können jedoch auch kumuliert mit der Öffnung zusammenwirken, also im Sinne eines logischen UND-Glieds. Dann wird die Öffnung nur dann durch die Schließelemente geöffnet ist, wenn die beiden genannten Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind. Auch ist es möglich, dass nur das erste Schließelement oder nur das zweite Schließelement für die Öffnung vorgesehen ist.
Insbesondere ist das erste Schließelement im Kolbenraum angeordnet. Es kann dann so ausgeführt sein, dass es sich an die dem Kolbenraum zugewandte Seite des Kolbens anlegt, um die Öffnung zu verschließen. Insbesondere ist das zweite Schließelement im Kupplungsraum angeordnet. Es kann dann so ausgeführt sein, dass es sich an die dem Kupplungsraum zugewandte Seite des Kolbens anlegt, um die Öffnung zu verschließen.
Vorzugsweise sind mehrere der Öffnungen im Kolben vorgesehen. Auf diese Weise kann die Menge an Hydraulikfluid, die in den Kupplungsraum zur Kühlung der Überbrückungskupplung eingebracht wird, einfach angehoben werden. Insbesondere ist jedes Schließelement individuell vorgesehen und einer der Öffnungen zugeordnet. Für jede Öffnung gibt es somit ein bestimmtes Schließelement, das nur dieser Öffnung zugeordnet ist. Es kann dann für jede Öffnung genau ein individuelles Schließelement vorgesehen sein oder es können genau zwei individuelle Schließelemente vorgesehen sein, nämlich das besagte erste und zweite Schließelement.
Vorzugsweis verfügt der Drehmomentwandler über ein Gehäuse, das zumindest den Kolben und die Überbrückungskupplung umhaust. Das Schließelement ist dann insbesondere gehäusefest. Hierbei handelt es sich insbesondere um das besagte erste Schließelement. Beispielsweise kann dieses Schließelement dann am Gehäuse befestigt sein oder aus einem Bestandteil des Gehäuses gebildet sein. Dieses Schließelement ist dann so ausgebildet, dass es in der Ausgangsposition des Kolbens am Kolben angelegt ist, wobei es die Öffnung verschließt. Und dieses Schließelement ist dann so ausgebildet, dass es außerhalb der Ausgangsposition des Kolbens von der Öffnung entfernt ist, wobei es die Öffnung öffnet. Auf diese Weise kann das Öffnen der Öffnung in Abhängigkeit der Position des Kolbens einfach realisiert werden.
Vorzugsweise ist das Schließelement am Kolben angeordnet. Hierbei handelt es sich insbesondere um das besagte zweite Schließelement. Dieses Schließelement ist dann so ausgebildet, dass es zumindest bei einem erhöhten Fluiddruck im Kupplungsraum im Vergleich zum Kolbenraum am Kolben angelegt ist, wobei es die Öffnung verschließt. Dieses Anlegen kann auch dann erfolgen, wenn gleiche Druckverhältnisse im Kolbenraum und im Kupplungsraum vorliegen, beispielsweise durch eine Vorspannung des Schließelements auf den Kolben. Und dieses Schließelement ist dann so ausgebildet, dass es bei dem erhöhten Fluiddruck im Kolbenraum im Vergleich zum Kupplungsraum vom Kolben entfernt ist, wobei es die Öffnung öffnet. Auf diese Weise kann das Öffnen der Öffnung in Abhängigkeit der Druckdifferenz zwischen Kolbenraum und Kupplungsraum einfach realisiert werden.
Vorzugsweise ist die Öffnung radial innen bezüglich der Überbrückungskupplung angeordnet. Auf diese Weise wird das aus der Öffnung in den Kupplungsraum einströmende Hydraulikfluid im Betrieb des Drehmomentwandlers - also bei einem sich drehenden Drehmomentwandler - durch die dabei auftretenden Fliehkräfte nach radial außen zur und durch die Überbrückungskupplung gefördert. Somit ist eine besonders effektive Kühlung der Überbrückungskupplung gegeben.
Vorzugsweise weist der Kolben eine Verdrehsicherung auf. Diese Verdrehsicherung verhindert insbesondere eine Relativdrehung des Kolbens gegenüber dem Gehäuse des Drehmomentwandlers. Der Kolben ist dadurch drehfest im Gehäuse geführt. Dadurch ist sichergestellt, dass das Schließelement stets richtig zur Öffnung positioniert ist. Die Verdrehsicherung ist dann besonders zweckmäßig, wenn das Schließelement gehäusefest ist und wenn je Öffnung ein individuelles Schließelement vorgesehen ist.
Vorzugsweise leitet das Schließelement das aus der Öffnung in den Kupplungsraum einströmende Hydraulikfluid zur Überbrückungskupplung hin um. Das Schließelement ist dementsprechend so ausgebildet, dass es die Bewegungsrichtung des aus der Öffnung ausströmenden Hydraulikfluids in Richtung der Überbrückungskupplung ändert. Dies wird bei dem am Kolben angeordneten zungenförmigen Schließelement insbesondere dadurch realisiert, dass ein Ende des Schließelements radial innen zur Öffnung am Kolben angebracht ist und das freie andere Ende des Schließelements nach radial außen zeigt. In dieser Richtung befindet sich die Überbrückungskupplung.
Vorzugsweise ist zumindest ein Federelement vorgesehen, das eine Vorspannung zwischen dem Schließelement und dem Kolben im geschlossenen Zustand der Öffnung bewirkt. Dadurch wird die Dichtwirkung des Schließelements verbessert. Das Federelement ist insbesondere so angeordnet sein, das es auf den Kolben in Richtung Schließelement wirkt. Beispielsweise wird damit der Kolben in Richtung Ausgangsposition und auf das gehäusefeste Schließelement gedrückt. Bei einer Bewegung aus der Ausgangsposition in Richtung der Schließstellung der Überbrückungskupplung wird das Federelement dann komprimiert. Auf diese Weise wird auch eine selbständige Rückstellung des Kolbens in seine Ausgangsposition realisiert.
Vorzugsweise bildet das Schließelement ein separates Bauteil des Drehmomentwandlers. In diesem Fall ist das Schließelement an einem anderen Bauteil des Drehmomentwandlers befestigt, wie insbesondere am Gehäuse oder Kolben. Dadurch kann das Schließelement einfach hergestellt werden. Die Befestigung erfolgt insbesondere durch ein Prägeverfahren oder Schweißverfahren. Beispielsweise wird das Schließelement angenietet oder durch Punktschweißen angeschweißt.
Alternativ bildet das Schließelement ein Bestandteil eines anderen Bauteils des Drehmomentwandlers. Das Schließelement ist also ein integraler Bestandteil dieses anderen Bauteils, beispielsweise des Kolbens oder eines Gehäusebauteils des Wandlers. Beispielsweise wird das Schließelement gleichzeitig mit dem übrigen Bauteil im Prägeverfahren hergestellt. Somit ist kein Herstellungsschritt zur Befestigung des Schließelements am übrigen Drehmomentwandler erforderlich.
Wenn die Überbrückungskupplung als eine Lamellenkupplung ausgebildet ist, ist das Schließelement vorzugsweise ein Bestandteil eines Lamellenträgers der Überbrückungskupplung. Der Lamellenträger trägt die Außen- oder Innenlamellen der Überbrückungskupplung. Dieses Bauteil eignet sich sehr gut zur Bildung des Schließelements. Es wird einerseits ohnehin separat erzeugt, insbesondere kostengünstig im Prägeverfahren, und andererseits befindet sich es sich in unmittelbarer Nähe zur Überbrückungskupplung. Beispielsweise kann das Schließelement eine Zunge des Lamellenträgers bilden, die nach radial innen vom übrigen Lamellenträger absteht. Bei dem Lamellenträger kann es sich um den Innenlamellenträger oder den Außenlamellenträger handelt. Insbesondere handelt es sich um denjenigen der Lamellenträger, der gehäusefest ist.
Der Drehmomentwandler verfügt insbesondere auch über ein Pumpenrad und ein Turbinenrad und einen Torsionsdämpfer. Das Pumpenrad und das Turbinenrad und der Torsionsdämpfer sind insbesondere innerhalb des Gehäuses des Wandlers angeordnet. Das Pumpenrad ist insbesondere gehäusefest ausgeführt. Das Pumpenrad und das Turbinenrad bilden einen Torus für das Hydraulikfluid. Das Turbinenrad ist bezüglich des Pumpenrads drehbar. Der Drehmomentwandler kann ein Drehmoment von dessen Eingang hydrodynamisch mittels des Hydraulikfluids zu dessen Ausgang übertragen. Je nach Bauart und Betriebspunkt des Wandlers ist es zudem möglich, dass dieser das ausgangsseitige abgegebene Drehmoment gegenüber dem eingangsseitig angelegten Drehmoment anhebt, insbesondere durch Verwendung eines zusätzlichen Leitrads. Der Torsionsdämpfer dient zum Dämpfen von Torsionsschwingungen zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite des Torsionsdämpfer, wie insbesondere von Drehungleichförmigkeiten eines eingangsseitigen Verbrennungsmotors. Somit werden eingangsseitig anliegende Torsionsschwingungen nicht oder nur gedämpft an die Ausgangsseite weitergeleitet.
Das Gehäuse des Wandlers umfasst insbesondere ein erstes Gehäuseteil, das eine Beschaufelung des Pumpenrads umhaust und darin befestigt aufweist. Bei diesem Gehäuseteil handelt es sich insbesondere um eine hintere (getriebeseitige) Gehäusehälfte des Gehäuses. Das Gehäuse des Wandlers umfasst insbesondere ein zweites Gehäuseteil, das den Torsionsdämpfer und die Überbrückungskupplung umhaust. Bei diesem Gehäuseteil handelt es sich insbesondere um eine vordere (motorseitige) Gehäusehälfte des Gehäuses. Somit ist das Gehäuse im Wesentlichen zweiteilig aufgebaut. Insbesondere sind die beiden besagten Gehäuseteile in einem Verbindungsbereich fest miteinander verbunden, beispielsweise verschweißt.
Optional wird auch ein Kraftfahrzeuggetriebe vorgeschlagen, das über den vorgeschlagenen hydrodynamischen Drehmomentwandler verfügt. Das Getriebe verfügt über eine Getriebeeingangswelle. Darüber wird also ein Antriebsdrehmoment dem Getriebe zugeführt. Der Ausgang des Drehmomentwandlers ist hierbei mit der Getriebeeingangswelle drehfest verbunden, insbesondere ist der Wandler auf der Getriebeeingangswelle angeordnet. Bei dem Kraftfahrzeuggetriebe kann es sich um ein mehrstufiges Getriebe handeln. Das Getriebe verfügt dann über eine Mehrzahl an auswählbaren Übersetzungen, mittels denen jeweils ein eingangsseitig anliegendes Drehmoment zum Getriebeabtrieb hin übersetzt werden kann. Mit anderen Worten ist der vorgeschlagene hydrodynamische Drehmomentwandler bevorzugt speziell zur Anordnung in einem Kraftfahrzeuggetriebe ausgebildet.
Im Folgenden wir die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert, aus welchen weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung entnehmbar sind. Hierbei zeigen jeweils in schematischer Darstellung:

1, einen hydrodynamischen Drehmomentwandler,
2, eine vergrößerte Ansicht des Drehmomentwandlers aus 1.

Der Übersicht halber ist in 1 nur die obere Hälfte des Drehmomentwandlers 1 gezeigt. Die untere Hälfte kann gespiegelt hierzu ausgeführt sein.
1 zeigt die obere Hälfte eines Längsschnittes durch einen hydrodynamischen Drehmomentwandler 1. Der Wandler 1 ist beispielhaft eingangsseitig eines nicht näher gezeigten Kraftfahrzeuggetriebes angeordnet. Der Wandler 1 verfügt in an sich bekannter Weise über ein mehrteiliges Gehäuse 2, ein Pumpenrad 3 und ein Turbinenrad 4 sowie ein optionales Leitrad 5. Das Pumpenrad 3 ist integraler Bestandteil des in 1 rechts gezeigten (ersten / hinteren) Gehäuseteils 21. Hierzu ist an diesem Gehäuseteil 21 eine Beschaufelung angebracht. Dieser Gehäuseteil 21 kann daher auch als Pumpenteil des Gehäuses 2 bezeichnet werden.
Pumpenrad 3 und Turbinenrad 4 bilden gemeinsam einen Torus aus, innerhalb dessen im Betrieb des Wandlers 1 ein Hydraulikfluid zirkuliert, sodass ein am Gehäuse 2 aufgebrachtes Antriebsdrehmoment über das Pumpenrad 3 hydrodynamisch auf das Turbinenrad 4 übertragen wird. Dieses Prinzip ist als Föttinger-Prinzip bekannt und bedarf daher keiner näheren Erläuterung.
Innerhalb des in 1 links gezeigten (zweiten / vorderen) Gehäuseteils 22 ist eine Überbrückungskupplung 6 vorgesehen. Diese ist als reibschlüssige Lamellenkupplung ausgeführt. Die Überbrückungskupplung 6 ist durch einen hydraulisch in axialer Richtung bewegbaren Kolben 7 betätigbar. Dieser Kolben 7 ist ebenfalls im Gehäuseteil 22 angeordnet. Über die Kupplung 6 kann unter Umgehung des hydrodynamischen Leistungszweigs des Wandlers 1 ein eingangsseitig anliegendes Antriebsdrehmoment zum Ausgang des Wandlers 1 übertragen werden. Je nach anliegendem Anpressdruck an den Lamellenscheiben der Kupplung 6 wird hierbei ein kleinerer oder größerer Anteil des übertragenen Antriebsdrehmoment von der Kupplung 6 zum Ausgang des Wandlers 1 übertragen.
Im schlupfenden Betrieb der Kupplung 6 sowie beim Schließen und Öffnen der Kupplung 6 treten Reibungsverluste in Form von Wärme in der Kupplung 6 auf. Diese Wärme wird weitestgehend durch Hydraulikfluid, das die Kupplung 6 im Betrieb des Wandlers 1 umspült, abtransportiert.
Des Weiteren ist innerhalb des Gehäuseteils 22 ein Torsionsdämpfer 8 angeordnet. Aufgabe dieses Dämpfers 8 ist es, Drehungleichförmigkeiten des eingangsseitig anliegenden Antriebsdrehmoments abzudämpfen oder zu eliminieren, insbesondere beim Einsatz der Kupplung 6. Eine Nabe 81 dient als Ausgang des Dämpfers 8 und des Wandlers 1. Die Nabe 81 ist drehfest auf einer Getriebeeingangswelle angeordnet. Der wesentliche Aufbau eines solchen Dämpfers 8 ist an sich ebenfalls bereits bekannt und bedarf daher keiner weiteren Erläuterung.
Die Kupplung 6 ist innerhalb eines Kupplungsraums 9 des Wandlers 1 angeordnet. Der Kolben 7 trennt diesen Kupplungsraum 9 vom Kolbenraum 10 ab. Der Kolbenraum 10 ist mit Fluiddruck beaufschlagbar, indem unter Druck stehendes Hydraulikfluid über eine Fluidzufuhröffnung gezielt in den Kolbenraum 10 geleitet wird. Bei einer ausreichenden Anhebung des Fluiddrucks im Kolbenraum 10 gegenüber dem Kupplungsraum 9 wird der Kolben aus der in 1 und 2 gezeigten Ausgangsposition in Schließrichtung der Kupplung 6 (in 1 nach rechts in Richtung Torus) bewegt. Dadurch werden die Lamellenscheiben der Kupplung 6 miteinander verpresst, die Kupplung 6 schließt also. Zum anschließenden Öffnen der Kupplung 6 wird der Fluiddruck im Kolbenraum entsprechend abgesenkt. Der Kolben 7 bewegt sich dann zurück in seine Ausgangsposition. In der in 1 und 2 gezeigten Ausgangsposition ist die Kupplung 6 vollständig geöffnet.
Wie oben erläutert, entsteht beim Betätigen der Kupplung 6 ein Wärmeeintrag in die Kupplung 6. In manchen Belastungszuständen des Wandlers 1 kann es vorkommen, dass die normale Umströmung der Kupplung 6 mit Hydraulikfluid zu gering ist, um die Kupplung 6 wirksam vor Überhitzung zu schützen. Der Kolben 7 ist daher mit zumindest einer Öffnung 11 versehen, vorzugsweise mit mehreren solcher Öffnungen 11. Die Öffnung 11 verbindet den Kolbenraum 10 mit dem Kupplungsraum 9. Durch die Öffnung 11 kann Hydraulikfluid aus dem Kolbenraum 10 in den Kupplungsraum 9 einströmen. Dieses Hydraulikfluid dient zur (zusätzlichen) Kühlung der Kupplung 6.
Die Öffnung 11 ist, wie in 1 und 2 erkennbar, vorzugsweise radial innen zur Kupplung 6 angeordnet. Die Öffnung 11 kann beispielsweise als Bohrung in den Kolben 7 eingebracht sein. Die Öffnung 11 kann als Blenden ausgebildet sein, um einen darüber erfolgenden übermäßigen Druckverlust im Kolbenraum 10 zu verhindern.
Probleme können sich mit der Öffnung 11 dann ergeben, wenn im Kupplungsraum 9 ein Staudruck entsteht. Dieser Staudruck kann insbesondere im unbetätigten Zustand der Kupplung 6 den Fluiddruck im Kolbenraum 10 übersteigen. Dann kann ungewollt Hydraulikfluid aus dem Kupplungsraum 9 über die Öffnung 11 in den Kolbenraum 10 eindringen. Dies kann zu einer ungewollten Bewegung des Kolbens 7 und damit einer ungewollten Betätigung der Kupplung 6 führen. Es ist daher vorgesehen, dass die Öffnung 11 selbständig verschlossen wird. Das Verschließen erfolgt dann, wenn sich der Kolben 7 in seiner Ausgangsposition befindet, in der die Kupplung 6 also geöffnet ist, und/oder wenn nur ein geringes Druckgefälle vom Kolbenraum 10 zum Kupplungsraum 9 besteht. Dann ist nämlich mit keinen Reibungsverlusten in der Kupplung 6 zu rechnen, und die Kupplung 6 benötigt dann keine Kühlung. Mit anderen Worten wird die Öffnung 11 nur dann geöffnet, wenn sich der Kolben 7 außerhalb seiner Ausgangsposition befindet und/oder der Fluiddruck im Kolbenraum 10 im Vergleich zum Druck innerhalb des Kupplungsraums 9 ausreichend erhöht ist. Dann ist mit Reibungsverlusten in der Kupplung 6 zu rechnen und eine Kühlung der Kupplung 6 angebracht.
Das selbständige Verschließen der Öffnung 11 erfolgt durch ein oder mehrere Schließelemente 12, 13. Eine beispielhafte Anordnung des oder der Schließelemente 12, 13 ist in 2 näher ersichtlich. 2 zeigt vergrößert den in 1 markierten Bereich A. Hier ist beispielhaft eine Ausführungsform mit zwei Schließelementen 12, 13 je Öffnung 11 gezeigt. In anderen Ausführungsformen kann auch nur das Schließelement 12 oder auch nur das Schließelement 13 für die Öffnung 11 vorgesehen sein. Sofern mehrere der Öffnungen 11 vorgesehen sind, weist bevorzugt jede der Öffnungen 11 ein individuelles Schließelement 12 und/oder Schließelement 13 auf. Die Schließelemente 12, 13 sind zungenförmig ausgeführt. Dadurch sind sie sehr einfach herstellbar.
Das Schließelement 12 ist am Gehäuse 2 des Wandlers 1 befestigt. Es ist so im Kolbenraum 10 positioniert, dass es sich in der Ausgangsposition des Kolbens 7 an die dem Kolbenraum 10 zugewandte Seite des Kolbens 7 anlegt und dabei in Überdeckung mit der Öffnung 11 gelangt. Wenn der Kolben 7 aus der Ausgangsposition in Richtung Kupplung 6 bewegt wird, hebt er sich von dem Schließelement 12 ab. Dadurch öffnet das Schließelement 12 selbständig die Öffnung 11 - zumindest das dortige Ende der Öffnung 11.
Die miteinander in Kontakt kommenden Flächen von Kolben 7 und Schließelement 12 sind bevorzugt komplementär ausgebildet, beispielsweise ist eine Fläche konvex und die andere Fläche ist konkav. Damit eine Vorspannung in der Ausgangsposition zwischen Schließelement 12 und Kolben 7 besteht, die die Dichtwirkung des Schließelements 12 verbessert, kann ein Federelement 14 vorgesehen sein, siehe 1. Dieses Federelement 14 schiebt den Kolben 7 auf das Schließelement 12. Durch das Federelement 14 wird auch bewirkt, dass der Kolben 7 stets in Richtung seiner Ausgangsposition gedrängt wird.
Das Schließelement 12 bildet in der Ausführungsform nach 1 und 2 eine nach radial innen weisende zungenförmige Verlängerung des Lamellenträgers 61 der Kupplung 6, hier beispielhaft des Außenlamellenträgers 61. Das Schließelement 12 bildet also einen Bestandteil des Lamellenträgers 61. Der Lamellenträger 61 ist gehäusefest am Gehäuseteil 22 befestigt. Dadurch ist auch das Schließelement 12 gehäusefest. Das Schließelement 12 weist ein erstes Ende auf, das zur Befestigung am Lamellenträger 61 und somit am Gehäuse 2 dient, sowie ein freies zweites Ende, das zum Anlegen am Kolben 7 dient, um die Öffnung 11 zu schließen.
Vorzugsweise ist eine Verdrehsicherung am Kolben 7 vorgesehen, die eine Drehung des Kolbens 7 im Bezug zum gehäusefesten Schließelement 12 verhindert. Die Verdrehsicherung kann beispielsweise durch eine gehäusefeste Nut oder einen gehäusefesten Vorsprung gebildet sein, entlang derer der Kolben 7 axial geführt ist. Auch kann dazu eine am Gehäuse 2 angebrachte Führungsstange für den Kolben 7 vorgesehen sein.
Das Schließelement 13 ist hingegen am Kolben 7 befestigt. Es ist als separates Bauteil ausgeführt. Es ist so ausgeführt, dass es sich an die dem Kupplungsraum 9 zugewandte Seite des Kolbens 7 anlegt und dabei in Überdeckung mit der Öffnung 11 gelangt, wenn ein ausreichend geringes Druckgefälle vom Kolbenraum 10 hin zum Kupplungsraum 9 besteht oder wenn der Druck im Kupplungsraum 9 größer als im Kolbenraum 10 ist. Wenn der Fluiddruck im Kolbenraum 10 ausreichend weit gegenüber demjenigen des Kupplungsraums 9 angehoben ist, insbesondere um die Kupplung 6 zu schließen, hebt sich das freie Ende durch die dann anliegende Druckdifferenz selbständig vom Kolben 7 ab. Dadurch öffnet das Schließelement 13 die Öffnung 11 - zumindest das dortige Ende der Öffnung 11.
Auch hier sind die miteinander in Kontakt kommenden Flächen von Kolben 7 und Schließelement 13 bevorzugt komplementär ausgebildet, beispielsweise ist eine Fläche konvex und die andere Fläche ist konkav. Eine die Dichtwirkung verbessernde Vorspannung vom Schließelement 13 auf den Kolben 7 kann durch eine Federwirkung des Schließelements 13 selbst erzeugt sein.
Das Schließelement 13 bildet in der Ausführungsform nach 1 und 2 eine nach radial außen weisende zungenförmige Membran. Das Schließelement 13 weist ein erstes Ende auf, das zur Befestigung am Kolben 7 dient, sowie ein freies zweites Ende, das zum Anlegen am Kolben 7 dient, um die Öffnung 11 zu schließen. Das erste Ende des Schließelements 13 ist insbesondere am Kolben 7 angeschweißt oder angenietet. Im Ausgangszustand des Schließelements 13 liegt das freie Ende des Schließelements 13 am Kolben 7 an und verschließt die Öffnung 11.
1 und 2 zeigen zur besseren Anschauung das Schließelement 13 in seiner geöffneten Stellung, in der das freie Ende des Schließelements 13 vom Kolben 7 abgehoben ist. Das freie zweite Ende des Schließelements 13 liegt radial innen, während das erste Ende, mit dem das Schließelement 13 am Kolben 7 befestigt ist, radial außen liegt. Dadurch wird erreicht, dass das aus der Öffnung 11 in den Kupplungsraum 9 einströmende Hydraulikfluid in Richtung Kupplung 6 umgelenkt wird.
Durch die in 1 und 2 gezeigte serielle Anordnung des ersten und zweiten Schließelements 12, 13 an der Öffnung 11 ergibt sich eine Verschaltung der Schließelemente 12, 13 im Sinne eines logischen UND-Glieds. Somit strömt nur dann Hydraulikfluid aus dem Kolbenraum 10 über die Öffnung 11 in den Kupplungsraum 9 und damit hin zur Kupplung 6, wenn sich der Kolben 7 außerhalb seiner Ausgangsposition befindet (Schließelement 12 öffnet) und wenn zusätzlich der Druck im Kolbenraum 10 im Vergleich zum Kupplungsraum 9 ausreichend erhöht ist (Schließelement 13 öffnet). Es kann auch nur eines der Schließelemente 12, 13 für die Öffnung 11 vorgesehen sein. Dann reicht es aus, wenn die diesem Schließelement 12, 13 zugehörige Bedingung zum Öffnen allein erfüllt ist. Es ist auch eine parallele Anordnung des ersten und zweiten Schließelements 12, 13 möglich, insbesondere indem eine Öffnung 11 für das erste Schließelement 12 vorgesehen ist und eine andere Öffnung 11 für das zweite Schließelement 13 vorgesehen ist. Dadurch ergibt sich eine Verschaltung der Schließelemente 12, 13 im Sinne eines logischen ODER-Glieds.
Durch die Verwendung des zungenförmigen Schließelements 12, 13 ist die Herstellbarkeit des Wandlers 1 einfach und gleichzeitig ist die Kühlung der Kupplung 6 gerade im schlupfenden Betrieb sichergestellt. Gleichzeitig kommt diese Konstruktion ohne eine aufwändige schlupfabhängige Regelung des zur Kupplung 6 strömenden Hydraulikfuids aus.
Bezugszeichenliste

1: hydrodynamischer Drehmomentwandler
2: Gehäuse
21: Gehäuseteil
22: Gehäuseteil
3: Pumpenrad
4: Turbinenrad
5: Leitrad
6: Wandlerüberbrückungskupplung
61: Lamellenträger
7: Kolben
8: Torsionsdämpfer
81: Dämpfernabe
9: Kupplungsraum
10: Kolbenraum
11: Öffnung
12: Schließelement
13: Schließelement
14: Federelement
A: Bereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005051739 A1 [0004]
DE 102007061949 A1 [0006]

Claims

Hydrodynamischer Drehmomentwandler (1) mit einer Überbrückungskupplung (6) in einem Kupplungsraum (9) und mit einem Kolben (7) zur Betätigung der Überbrückungskupplung (6), der Kolben (7) trennt den Kupplungsraum (9) von einem Kolbenraum (10), der Kolben (7) ist durch Druckbeaufschlagung des Kolbenraumes (10) aus einer Ausgangsposition, in der die Überbrückungskupplung (6) geöffnet ist, in Schließrichtung der Überbrückungskupplung (6) bewegbar, der Kolben (7) verfügt über zumindest eine verschließbare Öffnung (11), durch die Hydraulikfluid aus dem Kolbenraum (10) in den Kupplungsraum (9) führbar ist, die Öffnung (11) ist geöffnet, wenn sich der Kolben (7) außerhalb der Ausgangsposition befindet und/oder wenn ein Fluiddruck im Kolbenraum (10) im Vergleich zum Kupplungsraum (9) erhöht ist, gekennzeichnet durch ein zungenförmiges Schließelement (12, 13) zum selbständigen Verschließen und Öffnen der Öffnung (11).
Drehmomentwandler (1) nach Anspruch 1, mit einem Gehäuse (2, 21, 22), das zumindest den Kolben (7) und die Überbrückungskupplung (6) umhaust, wobei das Schließelement (12) gehäusefest ist, dieses Schließelement (12) ist in der Ausgangsposition des Kolbens (7) am Kolben (7) angelegt, wobei es die Öffnung (11) verschließt, und dieses Schließelement (12) ist außerhalb der Ausgangsposition des Kolbens (7) von der Öffnung (11) entfernt, wobei es die Öffnung (11) öffnet.
Drehmomentwandler (1) nach Anspruch 1, wobei das Schließelement (13) am Kolben (7) angeordnet ist, dieses Schließelement (13) ist bei einem erhöhten Fluiddruck im Kupplungsraum (9) im Vergleich zum Kolbenraum (10) am Kolben (7) angelegt, wobei es die Öffnung (11) verschließt, und dieses Schließelement (13) ist bei dem erhöhten Fluiddruck im Kolbenraum (10) im Vergleich zum Kupplungsraum (9) von dem Kolben (7) entfernt, wobei es die Öffnung öffnet.
Drehmomentwandler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Öffnung (11) radial innen bezüglich der Überbrückungskupplung (6) angeordnet ist.
Drehmomentwandler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Verdrehsicherung für den Kolben (7).
Drehmomentwandler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schließelement (13) das aus der Öffnung (11) in den Kupplungsraum (9) einströmende Hydraulikfluid zur Überbrückungskupplung (6) hin umleitet.
Drehmomentwandler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Federelement (14), das eine Vorspannung zwischen dem Schließelement (12) und dem Kolben (7) im geschlossenen Zustand der Öffnung (11) bewirkt.
Drehmomentwandler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schließelement (13) ein separates Bauteil des Drehmomentwandlers (1) bildet.
Drehmomentwandler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Schließelement (12) ein Bestandteil eines anderen Bauteils (61) des Drehmomentwandlers (1) bildet.
Drehmomentwandler (1) nach Anspruch 9, wobei die Überbrückungskupplung (6) eine Lamellenkupplung ist und das Schließelement (12) ein Bestandteil eines Lamellenträgers (61) der Überbrückungskupplung (6) ist.