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Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit einem durch zumindest ein Pumpenrad und ein Turbinenrad und ein Leitrad gebildeten Wandlertorus.
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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.
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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 Arbeitsfluids des Drehmomentwandlers übertragen. Dies erfolgt quasi verschließfrei, wobei hauptsächlich das Arbeitsfluid 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.
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Aus der
DE 20 2006 020 596 U1 ist ein hydrodynamischer Drehmomentwandler mit einer Überbrückungskupplung und einem Dämpfer bekannt. Hier soll ein Ölfluss über Reibflächen der Lamellen der Überbrückungskupplung zur besseren Kühlung der Lamellen verbessert werden. Dazu soll der zirkulierende Ölstrom im Bereich der hydrodynamischen Bauelemente des Wandlers (Pumpe, Turbine, Leitrad) nur noch über die Lamellen zu- oder abfließen. Zu diesem Zweck wird eine Zusatzwandung auf derjenigen Seite des Kupplungskolbens angebracht, die dem Kolbendruckraum abgewandt ist.
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Die
DE 10 2007 005 999 A1 offenbart ebenfalls einen hydrodynamischen Drehmomentwandler. Hier sollen kühlungsverschlechternde Leckageströme und unerwünschte Reibeinflüsse vermieden werden. Dazu wird ein abtriebsseitiger Druckraum durch die Abtriebsseite des Kupplungskolbens und durch eine dem Kupplungskolben zugeordnete Trennwand begrenzt. Die Trennwand ihrerseits ist zwischen dem abtriebsseitigen Druckraum und einem Kühlraum wirksam.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern. Insbesondere soll der Drehmomentwandler einfach herstellbar sein und eine gute Kühlung ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch angegebenen Maßnahmen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen hiervon sind den Unteransprüchen entnehmbar.
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Demnach wird ein hydrodynamischer Drehmomentwandler vorgeschlagen, der zumindest ein Pumpenrad und ein Turbinenrad und ein Leitrad aufweist. Das Pumpenrad, Turbinenrad und Leitrad bilden hierbei einen Wandlertorus. In dem Wandlertorus wird im hydrodynamischen Betrieb des Drehmomentwandler in an sich bekannter Weise das Arbeitsfluid des Wandlers durch ein am Pumpenrad anliegendes Antriebsdrehmoment bewegt, wodurch am Turbinenrad ein entsprechende Abtriebsdrehmoment abgreifbar ist.
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Hierbei ist das Leitrad zumindest durch ein erstes und zweites Axiallager drehbar abgestützt. Diese beiden Axiallager sind insbesondere beiderseits des Leitrades angeordnet. Somit stützen die Axiallager das Leitrad zu beiden axialen Seiten drehbar ab. Insbesondere sind nur diese beiden Axiallager für das Leitrad vorgesehen; dann sind keine weiteren Axiallager für das Leitrad vorhanden. Insbesondere ist eines der Axiallager oder es sind beide Axiallager als reine Axiallager ausgebildet. Die radiale Abstützung des Leitrads erfolgt dann anderweitig. Zur radialen Abstützung des Leitrades kann ein separates Radiallager vorgesehen sein. Dieses Radiallager kann durch einen Freilauf für das Leitrad gebildet sein.
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Es ist bei dem Drehmomentwandler im Bereich des ersten Axiallagers außerdem eine Dichtvorrichtung mit einem Dichtspalt vorgesehen. Diese Dichtvorrichtung hemmt einen Durchtritt von Arbeits-fluid des Drehmomentwandlers durch das erste Axiallager. Auf diese Weise wird ein Abließen von Arbeitsfluid aus dem Wandlertorus über das erste Axiallager gehemmt. Ein Abfließen über das zweite Axiallager kann dann weiterhin ermöglicht oder auch beabsichtigt sein. Dadurch kann die Strömungsführung des Arbeitsfluids im Drehmomentwandler verbessert sein.
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Es wurde erkannt, dass die Möglichkeit eines Abfließens von Arbeitsfluid aus dem Torus über beide Axiallager nicht immer vorteilhaft ist. Insbesondere wurde erkannt, dass im Betrieb des Wandlers im Bereich der beiden Axiallager unterschiedliche Druckverhältnissen entstehen können. Somit kann es vorkommen, dass das im Torus erhitzte Arbeitsfluid über das zweite Axiallager in gewünschter Weise aus dem Torus abfließt. Ein Teil dieses abgeflossenen Arbeitsfluids kann dann jedoch - unerwünscht - über das axial beabstandete erste Axiallager wieder in den Torus zurückströmen. Dadurch kommt es zu einer Anreicherung von erhitztem Arbeitsfluid im Wandler. Dadurch besteht die Gefahr einer Überhitzung des Wandlers und/oder des Arbeitsfluids. Dies wird durch die vorgeschlagene Dichtvorrichtung verhindert. Die Fluidführung innerhalb des Wandlers kann dadurch optimiert sein.
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Die Dichtvorrichtung bewirkt ein gegenüber einem gewöhnlichen Axiallager deutlich erhöhten Fluidwiderstand. Die Dichtvorrichtung ist insbesondere so ausgeführt, dass der Strömungswiderstand im Bereich des ersten Axiallagers gegenüber dem Strömungswiederstand im Bereich des zweiten Axiallagers deutlich erhöht ist. Dadurch strömt ein deutlich größerer Anteil des abfließenden Arbeitsfluid über das zweite Axiallager aus dem Torus, als über das erste Axiallager.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Dichtvorrichtung dazu ausgebildet ist, um ein Durchtritt von Arbeitsfluid durch das erste Axiallager vollständig zu unterbinden. Hierzu kann in dem Dichtspalt der Dichtvorrichtung ein Dichtelement, wie beispielsweise ein X- oder O-Ring, angeordnet sein. Auch kann die Dichtvorrichtung als reine Spaltdichtung berührungsfrei ausgeführt sein. Die Dichtwirkung wird dann durch den Druckabfall innerhalb des Spaltes bewirkt. Die Dichtvorrichtung kann auch dazu ausgebildet sein, um einen gewissen (in Relation zum zweiten Axiallager sehr geringen) Durchtritt von Arbeitsfluid durch das erste Axiallager zu ermöglichen. Somit kann eine ausreichende Schmierung des ersten Axiallagers sichergestellt sein.
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Vorzugsweise weist der Drehmomentwandler einen Zufluss auf. Der Zufluss ist ausgebildet, um Arbeitsfluid dem Wandlertorus zuzuführen. Insbesondere wird gekühltes Arbeitsfluid dem Wandler über den Zufluss zugeführt. Hierzu kann das Arbeitsfluid vorab über einen Kühler geführt werden. Der Drehmomentwandler weist dann auch einen Abfluss auf. Der Abfluss ist ausgebildet, um das Arbeitsfluid aus dem Wandlertorus abzuführen. Hierbei verläuft der Abfluss durch das zweite Axiallager. Insbesondere wird durch die Dichtvorrichtung gezielt verhindert, dass der Abfluss auch durch das erste Axiallager verläuft.
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Der Zufluss und der Abfluss sind jeweils als Fluidleitung ausgebildet. Zu- und Abfluss sind insbesondere strömungstechnisch voneinander getrennt, sodass es zu keiner wesentlichen Durchmischung von zugeführtem und abgeführtem Arbeitsfluid kommt. Zumindest abschnittsweise kann der Zufluss und/oder der Abfluss durch Spalten zwischen Bauelementen des Wandlers gebildet sein.
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Vorzugsweise verläuft der Abfluss radial innerhalb des Leitrades und des ersten Axiallagers und führt zu einer Abtriebsseite des Drehmomentwandler. An der Abtriebsseite kann dann eine Anschlussöffnung am Wandler vorgesehen sein, über das Arbeitsfluid vom Wandler entnehmbar ist. Die Abtriebsseite des Wandlers ist hierbei diejenige Seite, an der das Abtriebsdrehmoment des Wandlers üblicherweise abgenommen wird.
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Vorzugsweise verläuft der Zufluss radial innerhalb des Abflusses und führt von der Abtriebsseite des Drehmomentwandler zu einer Antriebsseite des Drehmomentwandlers. Die Antriebsseite des Wandlers ist hierbei diejenige Seite, an der das Antriebsdrehmoment an den Wandler angelegt wird. Die Antriebsseite kann beispielsweise mit einer Motorwelle eines Antriebsmotors koppelbar sein, um den Drehmomentwandler anzutreiben. Somit verläuft der Zufluss zumindest abschnittsweise oder vollständig radial innerhalb des Abflusses. Dadurch kann Bauraum eingespart werden. Insbesondere verlaufen Zu- und Abfluss zumindest abschnittsweise oder vollständig koaxial zueinander.
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Die Abtriebsseite des Wandlers ist insbesondere zur Koppelung mit einer Eingangswelle eines Getriebes ausgebildet. Diese Getriebeeingangswelle ist daher über den Drehmomentwandler antreibbar. Dann kann Arbeitsfluid des Getriebes, beispielsweise Schmieröl, als Wandler-Arbeitsfluid eingesetzt werden und dem Wandler einfach zu- und abgeführt werden. Die Abtriebsseite wird insbesondere durch die dem Getriebe zugewandte Seite gebildet.
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Vorzugsweise weist der Drehmomentwandler auch einen Torsionsdämpfer und eine Überbrückungskupplung auf. Der Torsionsdämpfer dient zum Dämpfen von Torsionsschwingungen zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite des Torsionsdämpfer, wie insbesondere von Drehungleichförmigkeiten eines eingangsseitigen Antriebsmotors. Somit werden eingangsseitig anliegende Torsionsschwingungen nicht oder nur gedämpft an die Ausgangsseite weitergeleitet. Wie eingangs erläutert, dient die Überbrückungskupplung dazu, um die mit dem Wandlertorus bewirkte hydrodynamische Koppelung des Wandlers bedarfsweise durch eine mechanische Koppelung überbrücken zu können. Bei vollständig geschlossener Überbrückungskupplung ist der hydrodynamische Leistungszweig des Drehmomentwandlers antriebstechnisch überbrückt (deaktiviert), sodass ein eingangsseitig am Wandler anliegendes 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. Die Überbrückungskupplung ist insbesondere als Lamellenkupplung ausgebildet. Bei der als Lamellenkupplung ausgebildeten Überbrückungskupplung können auch Zwischenstellungen zwischen der vollständig offenen und geschlossenen Kupplungsstellung erzeugt werden. Dann wird das an der Antriebsseite des Wandlers anliegende Drehmoment teilweise über die Überbrückungskupplung und teilweise hydrodynamisch zur Abtriebsseite des Wandlers übertragen.
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Der Drehmomentwandler ist vorzugsweise so ausgebildet, dass das über den Zufluss dem Drehmomentwandler zugeführte Arbeitsfluid zunächst den Torsionsdämpfer und die Überbrückungskupplung umströmt und dann in den Torus strömt und dann erst in den Abfluss strömt. Auf diese Weise werden die genannten Bauelemente des Wandlers von dem Arbeitsfluid in dieser Reihenfolge angeströmt. Einerseits findet dadurch eine effektive Wärmeabfuhr aus dem Wandler durch das Arbeitsfluid statt. Und andererseits wird dadurch bewirkt, dass der Torsionsdämpfer und die Überbrückungskupplung zuerst mit relativ kühlem Arbeitsfluid angeströmt werden, bevor das Arbeitsfluid dem Torus zugeführt wird. Somit ist die Gefahr einer Überhitzung von temperaturempfindlichen Reibbeläge der Überbrückungskupplung reduziert.
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Vorzugsweise ist das Turbinenrad zumindest in einem radial inneren Bereich frei von Durchtrittsöffnungen für das Arbeitsfluid, insbesondere von Abflussöffnungen. Dann weist das Turbinenrad dort keine Durchtrittsöffnung für das Arbeitsfluid auf. Dadurch kann die Strömung im Wandler und die damit einhergehende Wärmeabfuhr weiter verbessert sein. Insbesondere wird dadurch verhindert, dass (erhitztes) Arbeitsfluid aus dem Wandlertorus durch das Turbinenrad hindurchtritt und zur Überbrückungskupplung und/oder dem Torsionsdämpfer strömt.
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Der Drehmomentwandler verfügt insbesondere auch über ein Gehäuse. Das Pumpenrad und das Turbinenrad und der Torsionsdämpfer sind insbesondere innerhalb des Gehäuses angeordnet. Das Pumpenrad ist insbesondere gehäusefest ausgeführt. Das Turbinenrad ist bezüglich des Pumpenrads drehbar. Der Drehmomentwandler kann ein Drehmoment von dessen Antriebsseite hydrodynamisch mittels des Arbeitsfluids zu dessen Abtriebsseite 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 das Leitrad.
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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.
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Vorzugsweise weist das erste Axiallager einen ersten Lagerring und einen zweiten Lagerring auf. Die beiden Lagerringe weisen jeweils zumindest eine Lauffläche auf. Hierbei verläuft der Dichtspalt zumindest teilweise oder vollständig abgewinkelt zu diesen Laufflächen. Dadurch wird ein Umlenken des Arbeitsfluids am Dichtspalt bezüglich der Laufflächen bewirkt. Dies vergrößert den Strömungswiderstand im Bereich des ersten Axiallagers zusätzlich und hebt damit die Dichtwirkung der Dichtvorrichtung an.
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Das erste Axiallager und/oder das zweite Axiallager ist insbesondere als Wälzlager ausgebildet. Insbesondere ist das erste Axiallager und/oder das zweite Axiallager als Axial-Zylinderrollenlager ausgebildet. Die Lagerringe weisen dann die Laufflächen für die Wälzkörper des jeweiligen Axiallagers auf. Auch können die Laufflächen dann die Wälzkörper in Position halten. Die Laufflächen sind demnach diejenigen Flächen der Lagerringen, auf denen die Wälzkörper abrollen und die die Wälzkörper in Position halten.
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Vorzugsweise weist das erste Axiallager einen ersten Lagerring und einen zweiten Lagerring mit Laufflächen auf, wobei der Dichtspalt zumindest teilweise oder vollständig parallel zu den Laufflächen verläuft. Die Konstruktion der Dichtvorrichtung kann dadurch vereinfacht sein.
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Vorzugsweise liegt der erste Lagerring des ersten Axiallagers an dem Leitrad an und ist hierüber abgestützt. Der zweite Lagerring liegt hierbei am Gehäuse des Drehmomentwandlers an und ist hierüber abgestützt. Somit ist das erste Axiallager axial zwischen dem Leitrad und dem Gehäuse angeordnet, und das erste Axiallager stützt das Leitrad (axial) gegen das Gehäuse ab. Der Dichtspalt kann nun teilweise oder vollständig zwischen dem ersten Lagerring und dem Gehäuse ausgebildet sein. Der Dichtspalt wird dann also durch den ersten Lagerring einerseits und das Gehäuse andererseits gebildet. Auch kann der Dichtspalt nun teilweise oder vollständig zwischen dem zweiten Lagerring und dem Leitrad ausgebildet sein. Der Dichtspalt wird dann also durch den zweiten Lagerring einerseits und das Leitrad andererseits gebildet. Auch kann der Dichtspalt nun teilweise oder vollständig zwischen dem Leitrad und dem Gehäuse ausgebildet sein. Der Dichtspalt wird dann also durch das Leitrad einerseits und das Gehäuse andererseits gebildet. Auch kann der Dichtspalt nun teilweise oder vollständig zwischen dem ersten Lagerring und dem zweiten Lagerring ausgebildet sein. Der Dichtspalt wird dann also durch den ersten Lagerring einerseits und den zweiten Lagerring andererseits gebildet.
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Vorzugsweise weist der erste Lagerring und/oder der zweite Lagerring des ersten Axiallagers zur Bildung des Dichtspaltes einen Vorsprung auf. Der jeweilige Vorsprung ist hierbei frei von einer Lauffläche des Lagerringes. Mit anderen Worten ist der Vorsprung so ausgebildet, dass damit der Dichtspalt gebildet wird. Der Vorsprung dient insbesondere rein zur Bildung des Dichtspaltes. Der Vorsprung weist dann keine Stützfunktion für die Wälzkörper des ersten Axiallagers auf. Insbesondere ist der jeweilige Vorsprung radial innerhalb oder außerhalb der Lauffläche des Lagerrings angeordnet. Der Vorsprung kann einen radial inneren oder äußeren Rand des Lagerrings bilden. Der Vorsprung kann ringförmig oder zylinderförmig am Lagerring ausgebildet sein. Zwischen Lauffläche und Vorsprung kann ein Absatz oder eine Schulter bestehen. Der Vorsprung kann radial und/oder axial von der Lauffläche abstehen. Der Vorsprung kann gegenüber der Lauffläche abgewinkelt verlaufen. Dadurch kann der Dichtspalt abgewinkelt zur Lauffläche sein.
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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. Das Getriebe verfügt insbesondere über eine Getriebeölpumpe zur Förderung von Schmieröl innerhalb des Getriebes. Als Arbeitsfluids des Drehmomentwandlers kann dann das Schmieröl des Getriebes vorgesehen sein. In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass die Getriebeölpumpe das Schmieröl auch durch den Drehmomentwandler fördert.
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Hierdurch wird das Schmieröl wird insbesondere auch durch den Drehmomentwandler gefördert.
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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 einer ersten Variante des Wandlers aus 1,
- 3, eine vergrößerte Ansicht einer zweiten Variante des Wandlers aus 1,
- 4, eine vergrößerte Ansicht einer dritten Variante des Wandlers aus 1,
- 5, eine vergrößerte Ansicht einer vierten Variante des Wandlers aus 1,
- 6, eine vergrößerte Ansicht einer fünften Variante des Wandlers aus 1,
- 7, eine vergrößerte Ansicht einer sechsten Variante des Wandlers aus 1.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt die obere Hälfte eines Längsschnittes durch einen hydrodynamischen Drehmomentwandler 1. Die untere Hälfte kann gespiegelt hierzu ausgeführt sein. 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 Leitrad 5. Das Pumpenrad 3 ist integraler Bestandteil des in 1 rechts gezeigten hinteren (getriebeseitigen) Gehäuseteils 21. Hierzu ist an diesem Gehäuseteil 21 eine Beschaufelung angebracht. Dieser Gehäuseteil 21 kann daher auch als Pumpenteil des Gehäuses 2 bezeichnet werden.
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Pumpenrad 3 und Turbinenrad 4 und Leitrad 5 bilden gemeinsam den Wandlertorus aus, innerhalb dessen im Betrieb des Wandlers 1 das Arbeitsfluid des Wandlers 1 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. Die Rotationsachse des Wandlers 1 ist in 1 mit dem Bezugszeichen L bezeichnet.
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Innerhalb des in 1 links gezeigten vorderen (motorseitigen) Gehäuseteils 22 ist eine Überbrückungskupplung 6 vorgesehen. Die Kupplung 6 ist als reibschlüssige Lamellenkupplung ausgeführt. Die Kupplung 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.
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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 das Arbeitsfluid, das die Kupplung 6 im Betrieb des Wandlers 1 umströmt, abtransportiert. Durch die Strömung des Arbeitsfluid im Wandlertorus entsteht ebenfalls Wärme, die zu einem beträchtlichen Anteil in das Arbeitsfluid übergeht und vom Arbeitsfluid abtransportiert wird.
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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.
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Das Leitrad 5 ist durch ein erstes Axiallager 51 und ein zweites Axiallager 52 in axialer Richtung, also entlang der Rotationsachse L, drehbar abgestützt. In radialer Richtung, also senkrecht zur Rotationsachse L, ist das Leitrad 5 insbesondere durch einen Freilauf 53 abgestützt. Im Detail ist das Leitrad 5 durch das erste Axiallager 51 axial gegen das Gehäuse 2 (Gehäuseteil 22) drehbar abgestützt. Und das Leitrad 5 ist durch das zweiten Axiallager 52 axial gegen die Nabe 81 drehbar abgestützt. Dadurch ist das Leitrad 5 in beide Axialrichtungen abgestützt. Die beiden Axiallager 51, 52 sind vorzugsweise als Axial-Zylinderrollenlager ausgebildet.
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Der Wandler 1 weist einen Zufluss und einen Abfluss für das Arbeitsfluid auf. Durch den Zufluss wird das Arbeitsfluid dem Wandler 1 zugeführt. Das dem Wandler 1 über den Zufluss zugeführte Arbeitsfluid wird insbesondere vorab abgekühlt. Durch den Abfluss wird das Arbeitsfluid aus dem Wandler 1 wieder abgeführt. Im Betrieb des Wandlers 1 ist das abgeführte Arbeitsfluid durch den oben beschriebenen Wärmeeintrag im Vergleich zum zugeführten Arbeitsfluid erwärmt. Das abgeführte Arbeitsfluid wird daher insbesondere außerhalb des Wandlers 1 abgekühlt, bevor es dem Wandler 1 erneut zugeführt wird oder bevor es anderweitig eingesetzt wird, beispielsweise zur Schmierung des Getriebes.
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2 zeigt die hauptsächliche Strömung des Arbeitsfluids durch den in 1 gezeigten Wandler 1. Zur besseren Übersicht sind in 2 nur die wesentlichen Bezugszeichen angegeben. Hieraus ist ersichtlich, dass der Zufluss radial innen durch die Getriebeeingangswelle bis hin zur Antriebsseite des Wandlers 1 verläuft. Die Antriebsseite befindet sich in 1 und 2 auf der linken Seite des Wandlers 1. An der Antriebsseite ist der Wandler mit einem nicht gezeigten Antriebsmotor koppelbar. Aus 2 ist auch ersichtlich, dass der Abfluss radial außerhalb des Zuflusses verläuft und zur Abtriebsseite des Wandlers 1 führt. Die Abtriebsseite befindet sich in 1 und 2 auf der rechten Seite des Wandlers 1. Die Abtriebsseite weist in Richtung des Getriebes.
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Im Detail verläuft der Zufluss über einen Zuflussöffnung 9 des Wandlers 1, die axial zwischen der Nabe 81 und dem Kolben 7 vorgesehen ist. Somit strömt das frisch in den Wandler 1 eingebrachte Arbeitsfluid zunächst die Kupplung 6 und den Dämpfer 8 an. Anschließend strömt es von radial außen in den durch das Pumpenrad 3, Turbinenrad 4 und Leitrad 5 gebildeten Wandlertorus. Durch die radial innen liegende Abflussöffnung 10, die Bestandteil des Abflusses ist, gelangt das Arbeitsfluid aus dem Torus. Innerhalb der Abflussöffnung 10 liegt das zweite Axiallager 52, das daher von dem abfließenden Arbeitsfluid umströmt wird. Sodann wird das Arbeitsfluid im Abfluss radial innen bezüglich des Leitrades 5 und des ersten Axiallagers 51 geführt. Der Abfluss verläuft hierbei radial außen bezüglich des Zuflusses. Schließlich strömt es abtriebsseitig des Wandlers 1 aus diesem heraus. Zur Aufrechterhaltung der in 2 gezeigten Fluidströmung kann eine Pumpe des Getriebes eingesetzt werden.
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Zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse im Wandler 1 kann vorgesehen sein, dass zumindest der radial innere Bereich des Turbinenrads 4 frei von Durchtrittsöffnungen für das Arbeitsfluid ist. Dieser radial innere Bereich erstreckt sich vorliegend zwischen dem Befestigungsabschnitt des Turbinenrades 4, mit dem es an der Nabe 81 befestigt ist, und dem radial weiter außen liegenden Wandlertorus. Dadurch kann verhindert werden, dass relativ heißes Arbeitsfluid aus dem Torus durch das Turbinenrad 4 hindurch zurück zum Dämpfer 8 übertritt. Auch kann dadurch verhindert werden, dass relativ kühles Arbeitsfluid von dem Dämpfer 8 ohne Durchströmung des Torus durch das Turbinenrad 4 hindurch zum Abfluss gelangt. Somit findet ein besserer Abtransport des Arbeitsfluids aus dem Torus statt.
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Vorliegend ist vorgesehen, dass das erste Axiallager 51 vom Abfluss ausgenommen ist. Der über das erste Axiallager 51 aus dem Torus abfließende Anteil des Arbeitsfluids ist dadurch minimiert. Hierzu ist im Bereich des ersten Axiallagers 51 eine Dichtungsvorrichtung 11 vorgesehen. Die Dichtungsvorrichtung 11 hemmt den Durchfluss von Arbeitsfluid durch das erste Axiallager 51. Dadurch wird verhindert, dass bereits im Abfluss befindliche Arbeitsfluid ungewollt über das erste Axiallager 51 zurück in den Wandlertorus gelangt, wenn sich im Betrieb des Wandlers 1 an den Lagern 51, 52 unterschiedliche Druckverhältnisse ausbilden.
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In den 2 bis 7 sind unterschiedliche Ausführungsbeispiele des Wandlers 1 mit der Dichtvorrichtung 11 gezeigt. Die 2 bis 7 zeigen jeweils vergrößert den in 1 umrahmten Bereich A.
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Gemäß 3 weist das erste und zweite Axiallager 51, 52 je einen ersten Lagerring 511, 521 und einen zweiten Lagerring 512, 522 auf. Zwischen den beiden Lagerringen 511, 512 und 521, 522 sind Wälzkörper 513, 523 angeordnet. Die Wälzkörper 513, 523 wälzen auf einander gegenüberliegenden Laufflächen der Lagerringe 511, 512 und 521, 522 ab.
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Beim ersten Lager 51 liegt der erste Lagerring 511 an dem Gehäuse 2 des Wandlers 1 an und ist hierüber abgestützt, und der zweite Lagerring 512 liegt an dem Leitrad 5 an und ist hierüber abgestützt. Beim zweiten Lager 52 liegt der erste Lagerring 521 an der Nabe 8 des Torsionsdämpfers 8 an und ist hierüber abgestützt, und der zweite Lagerring 522 liegt an dem Leitrad 5 an und ist hierüber abgestützt. Die beiden Lager 51, 52 sind auf zwei unterschiedlichen Seiten des Leitrades 5 angeordnet, sodass sie das Leitrad 5 in beide Axialrichtungen drehbar abstützen. Radial ist das Leitrad 5 durch den axial zwischen den Lagern 51, 52 angeordneten Freilauf 53 abgestützt.
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Axial zwischen der Nabe 81 und dem Leitrad 5 befindet sich die Abflussöffnung 10. Das zweite Lager 52 liegt innerhalb der Abflussöffnung 10. Somit liegt das zweite Lager 52 im Abfluss des Wandlers 1. Das vom Wandler abfließende Arbeitsfluid durchströmt daher das zweite Lager 52.
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Hingegen ist bei dem ersten Lager 51 die Dichtvorrichtung 11 vorgesehen, die dort den Durchfluss an Arbeitsfluid hemmt. Die Dichtvorrichtung 11 besteht gemäß 3 aus einem zylinderförmigen Vorsprung 514 am ersten Lagerring 511 und einem zylinderförmigen Vorsprung 515 am zweiten Lagerring 512. Die Vorsprünge 514, 515 verlaufen parallel zueinander. Die Vorsprünge 514, 515 sind abgewinkelt (senkrecht) zu den Laufflächen der Lagerringe 511, 512. Und die Vorsprünge 514, 515 sind radial innen bezüglich der Laufflächen der Lagerringe 511, 512 angeordnet. Auf diese Weise wird zwischen den Vorsprüngen 514, 515 ein in axialer Richtung verlaufender Dichtspalt geschaffen. Der Dichtspalt verläuft dementsprechend abgewinkelt zu den Laufflächen der Lagerringe 511, 512. Dieser Dichtspalt hebt den Strömungswiderstand für das Arbeitsfluid am ersten Lager 51 im Vergleich zum Strömungswiderstand am zweiten Lager 51 deutlich an. Somit strömt allenfalls noch ein geringer Teil des Arbeitsfluids im Torus über das erste Lager 51 ab, wohingegen ein Großteil über das zweite Lager 52 abfließt.
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4 zeigt eine alternative Dichtvorrichtung 11 im Bereich des ersten Axiallagers 51. Die Dichtvorrichtung aus 4 sieht radial außen zum Lager 51 einen axial verlaufenden Vorsprung 54 am Leitrad 5 vor. Dadurch wird ein in radialer Richtung verlaufender Dichtspalt zwischen dem Leitrad 5 und dem Gehäuse 2 (Gehäuseteil 21) gebildet. Der Dichtspalt verläuft dementsprechend parallel zu den Laufflächen der Lagerringe 511, 512. Hierbei kann innerhalb des Dichtspaltes optional ein Dichtelement vorgesehen sein. Das Dichtelement kann in einer axial offenen Nut des Vorsprunges 54 oder des Gehäuseteils 21 gehalten sein. Das Dichtelement kann beispielsweise als O- oder X-Ring ausgebildet sein. Durch das Dichtelement kann ein Durchfluss von Arbeitsfluid aus dem Torus durch das Lager 51 komplett unterbunden werden. Da das Lager 51 hierbei nur einseitig abgedichtet wird, kann von der anderen Seite weiterhin Arbeitsfluid zur Lagerschmierung gelangen. Beispielsweise kann aus dem Abfluss, der radial innen zum ersten Lager 51 verläuft und der mit dem Lager 51 fluidleitend verbunden ist, weiterhin Arbeitsfluid zum Lager 51 gelangen. Bei der Ausführung der Dichtvorrichtung 11 gemäß 4 kann das erste Axiallager 51 konventionell ausgebildet sein. Im Übrigen gelten die zur 3 gemachten Erläuterungen auch zur 4.
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Die Dichtvorrichtung 11 gemäß 5 unterscheidet sich von der Dichtvorrichtung 11 aus 3 lediglich dadurch, dass die Vorsprünge 514, 515 radial außen bezüglich der Laufflächen der Lagerringe 511, 512 angeordnet sind. Dadurch verläuft der Dichtspalt einerseits in radialer Richtung zwischen der Stirnseite des Vorsprungs 515 und dem Gehäuse 2. Und andererseits verläuft der Dichtspalt auch axial zwischen den beiden Vorsprüngen 514, 515. Im Übrigen gelten die zur 3 gemachten Erläuterungen auch zur 5.
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Die Dichtvorrichtung 11 gemäß 6 unterscheidet sich von der Dichtvorrichtung 11 aus 4 dadurch, dass der Vorsprung 54 des Leitrades 5 radial innen zum Lager 51 vorgesehen ist. Außerdem verläuft der Dichtspalt hierbei axial zwischen dem Vorsprung 54 und dem Gehäuse 2, das an dieser Stelle rohrförmig ausgebildet ist. Die Nut für das optionale Dichtelement ist daher nach radial außen hin offen. Im Übrigen gelten die zur 4 gemachten Erläuterungen auch zur 6.
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Die Dichtvorrichtung 11 gemäß 7 ist eine Abwandlung der Dichtvorrichtungen 11 aus 4 und 5. Sie unterscheidet sich hiervon dadurch, dass der am Leitrad ausgebildete axiale Vorsprung 54 mit dem abgewinkelten Vorsprung 514 des ersten Lagerringes 514 zur Bildung des Dichtspaltes zusammenwirkt. Hierbei verläuft der Dichtspalt in axialer Richtung zwischen dem Vorsprung 54 an dem Leitrad 5 und dem Vorsprung 514 an dem Lagerring 511. Auch hier kann, wie in 7 gezeigt, das optionale Dichtelement im Dichtspalt vorgesehen sein, das dann durch eine Nut gehalten wird. Im Übrigen gelten die zur 4 und 5 gemachten Erläuterungen auch zur 7.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- hydrodynamischer Drehmomentwandler
- 2
- Gehäuse
- 21
- Gehäuseteil
- 22
- Gehäuseteil
- 3
- Pumpenrad
- 4
- Turbinenrad
- 5
- Leitrad
- 51
- Axiallager
- 511
- Lagerring
- 512
- Lagerring
- 513
- Wälzkörper
- 514
- Vorsprung
- 515
- Vorsprung
- 52
- Axiallager
- 521
- Lagerring
- 522
- Lagerring
- 523
- Wälzkörper
- 53
- Freilauf
- 54
- Vorsprung
- 6
- Wandlerüberbrückungskupplung
- 7
- Kolben
- 8
- Torsionsdämpfer
- 81
- Däm pfernabe
- 9
- Zuflussöffnung
- 10
- Abflussöffnung
- 11
- Dichtvorrichtung
- A
- Bereich
- L
- Rotationsachse, Längsachse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202006020596 U1 [0004]
- DE 102007005999 A1 [0005]
