DE112014002570B4

DE112014002570B4 - Hydrodynamisches Anfahrelement mit einem gegenüber einem Gehäuse verdrehbaren Pumpenrad

Info

Publication number: DE112014002570B4
Application number: DE112014002570.4T
Authority: DE
Inventors: Stephan Maienschein
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-05-27
Filing date: 2014-04-30
Publication date: 2023-06-29
Anticipated expiration: 2034-05-01
Also published as: DE112014002571A5; CN105283694A; US20160102745A1; DE112014002570A5; WO2014190985A1; CN105283694B; US9995380B2; DE102014208157A1; US9702447B2; DE112014002571B4; US20160109008A1; WO2014190986A1; DE102014208158A1

Abstract

Hydrodynamisches Anfahrelement (1) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs (2), mit einem Gehäuse (8), in dem ein Pumpenrad (3) und ein Turbinenrad (4) angeordnet sind, wobei das Turbinenrad (4) mit einer Abtriebsseite (6) des hydrodynamischen Anfahrelements (1) mittelbar oder unmittelbar verbunden ist und das Pumpenrad (3) mit einer Antriebsseite (5) des hydrodynamischen Anfahrelements (1) mittelbar oder unmittelbar verbunden ist und wobei das Pumpenrad (3) gegenüber dem Gehäuse (8) verdrehbar ist, wobei das Pumpenrad (3) drehfest an einer Antriebswelle (7) und das Turbinenrad (4) drehbar an der Antriebswelle (7) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydrodynamisches Anfahrelement für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit deren Hilfe eine Eingangsdrehzahl und ein Eingangsdrehmoment eines Antriebsmotors in eine Ausgangsdrehzahl und ein Ausgangsdrehmoment gewandelt werden können.
Bekannte hydrodynamische Anfahrelemente sind beispielsweise hydrodynamische Drehmomentwandler. Ein hydrodynamischer Drehmomentwandler ist das Standard-Anfahrelement bei konventionellen Automatikgetrieben. Er ist nicht nur ein Drehzahlwandler (Kupplung), sondern ein Drehzahl-/Drehmomentwandler (Getriebe). Die einzelnen Bestandteile des hydrodynamischen Drehmomentwandler sind Strömungsmaschinen, die einen geschlossenen Strömungskreislauf bilden. Eine über eine Antriebswelle eingeleitete mechanische Energie wird durch ein Pumpenrad in hydraulische Energie eines Fluids und anschließend durch ein Turbinenrad wieder in mechanische Energie gewandelt, die sich, abzüglich auftretender Verluste, an einer Abtriebswelle abgreifen lässt. Eine hydrodynamische Kupplung weist zudem neben den zwei Hauptbestandteilen Pumpenrad und Turbinenrad regelmäßig ein Leitrad zur Drehmomentwandlung auf (zum Beispiel sogenannte „Föttinger-Kupplung“ oder sogenannter „Trilok-Wandler“).
Bei den bekannten hydrodynamischen Anfahrelementen ist das Pumpenrad regelmäßig Teil eines (Wandler-)Gehäuses. Dies hat zur Folge, dass ein antriebsseitiges Massenträgheitsmoment solcher hydrodynamischen Anfahrelemente vergleichsweise hoch ist, was sich ungünstig auf eine antriebsseitige Antriebsdynamik, das heißt eine Beschleunigung beziehungsweise Verzögerung, des hydrodynamischen Anfahrelements auswirkt. Demgegenüber ist bei den bekannten hydrodynamischen Anfahrelementen ein abtriebsseitiges Massenträgheitsmoment vergleichsweise niedrig. Dies hat wiederum zur Folge, dass eine Eigenschwingungsform des Antriebsstrangs bei ungünstig hohen Drehzahlen liegt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere ein hydrodynamisches Anfahrelement anzugeben, das eine verbesserte Antriebsdynamik aufweist und einem Antriebsstrang eine günstigere Eigenschwingungsform verleiht. Darüber hinaus soll auch ein Kraftfahrzeug angegeben werden, dessen hydrodynamisches Anfahrelement eine verbesserte Antriebsdynamik aufweist und einem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs eine günstigere Eigenschwingungsform verleiht.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einem hydrodynamischen Anfahrelement und einem Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängig formulierten Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
Das erfindungsgemäße hydrodynamische Anfahrelement für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs weist ein Gehäuse auf, in dem ein Pumpenrad und ein Turbinenrad angeordnet sind, wobei das Turbinenrad mit einer Abtriebsseite des hydrodynamischen Anfahrelements mittelbar oder unmittelbar verbunden ist und das Pumpenrad mit einer Antriebsseite des hydrodynamischen Anfahrelements mittelbar oder unmittelbar verbunden ist und wobei das Pumpenrad gegenüber dem Gehäuse verdrehbar ist.
Bei dem hier vorgeschlagenen hydrodynamischen Anfahrelement handelt es sich insbesondere um einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit einem Pumpenrad, einem Leitrad und einem Turbinenrad, der den Grundprinzipien der sogenannten „Föttinger-Kupplung“ oder dem sogenannten „Trilok-Wandler“ folgt. Das Pumpenrad ist (direkt) durch einen Antriebsmotor antreibbar und wandelt eine mechanische Energie in Strömungsenergie um. Die Strömungsenergie wird durch das Turbinenrad aufgenommen und stellt diese wiederum an einem Abtrieb des hydrodynamischen Anfahrelements bereit. Bei bekannten hydrodynamischen Drehmomentwandlern ist das Pumpenrad sowohl in einer Kraftflussrichtung als auch geometrisch an einer Antriebsseite, die auch als Primärseite bezeichnet wird, und das Turbinenrad sowohl in einer Kraftflussrichtung als auch geometrisch an einer Abtriebsseite, die auch als Sekundärseite bezeichnet wird, angeordnet. Die Antriebsseite ist diejenige (geometrische) Seite des hydrodynamischen Anfahrelements, über die die mechanische Energie in das hydrodynamische Anfahrelement einleitbar ist. Dies bedeutet insbesondere, dass es sich bei der Antriebsseite um diejenige (geometrische) Seite des hydrodynamischen Anfahrelements handelt, über die das hydrodynamische Anfahrelement beispielsweise an einen Antriebsmotor anschließbar ist und/oder auf der sich eine Antriebswelle des hydrodynamischen Anfahrelements befindet. Die Abtriebsseite ist diejenige (geometrische) Seite des hydrodynamischen Anfahrelements, über die die mechanische Energie durch das hydrodynamische Anfahrelement wieder abgebbar ist. Dies bedeutet insbesondere, dass es sich bei der Abtriebsseite um diejenige (geometrische) Seite des hydrodynamischen Anfahrelements handelt, über die das hydrodynamische Anfahrelement beispielsweise an ein Getriebe anschließbar ist und/oder auf der sich eine Getriebeabtriebswelle des hydrodynamischen Anfahrelements befindet. Die Antriebsseite und die Abtriebsseite liegen sich insbesondere in Richtung einer (gemeinsamen) Rotationsachse des Pumpenrads und des Turbinenrads regelmäßig (zumindest teilweise) gegenüber. Klarzustellen ist an dieser Stelle, dass die Begriffe Antriebsseite und Abtriebsseite hier bevorzugt im Sinne einer Kraftflussrichtung verwendet werden. Anders als bei den bekannten hydrodynamischen Drehmomentwandlern befindet sich das Turbinenrad bei dem hier vorgeschlagenen hydrodynamischen Anfahrelement geometrisch auf der Antriebsseite und das Pumpenrad geometrisch auf der Abtriebsseite des hydrodynamischen Anfahrelements. Hierunter ist insbesondere die relative Position des Turbinenrads zu dem Pumpenrad in Richtung der Rotationsachse des Turbinenrads und des Pumpenrads zu verstehen. An dem Turbinenrad ist ein (Wandler-)Gehäuse befestigt, wobei sich das Gehäuse von dem Turbinenrad in Richtung der Abtriebsseite erstreckt. Das Gehäuse umschließt das Pumpenrad, das Leitrad und das Turbinenrad bevorzugt flüssigkeitsdicht. Weiterhin weist das Gehäuse zumindest einen hohlzylindrischen Bereich auf, der in einer radialen Richtung außen an dem Turbinenrad befestigt ist. Das Pumpenrad ist gegenüber dem Gehäuse verdrehbar, womit insbesondere gemeint ist, dass das Pumpenrad frei in dem Gehäuse rotierbar ist. Somit ist das Gehäuse nicht an dem Pumpenrad, sondern an dem Turbinenrad befestigt, so dass ein antriebsseitiges Massenträgheitsmoment des hydrodynamischen Anfahrelements reduziert und ein abtriebsseitiges Massenträgheitsmoment des hydrodynamischen Anfahrelements erhöht wird. Somit weist das erfindungsgemäße hydrodynamische Anfahrelement eine verbesserte Antriebsdynamik auf und verleiht einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs eine verbesserte Eigenschwingungsform.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn das Pumpenrad über wenigstens 360° gegenüber dem Gehäuse verdrehbar ist.
Zudem ist es vorteilhaft, wenn sich das Gehäuse von dem Turbinenrad in Richtung der Antriebsseite erstreckt und das Gehäuse das Pumpenrad in Richtung der Abtriebsseite zumindest teilweise umschließt. Das Gehäuse erstreckt sich von dem Turbinenrad, insbesondere entlang und/oder parallel zu der Rotationsachse des Turbinenrads und des Pumpenrads, in Richtung der Abtriebsseite des hydrodynamischen Anfahrelements und umschließt in Richtung der Abtriebsseite das Pumpenrad zumindest teilweise oder sogar vollständig.
Erfindungsgemäß ist das Pumpenrad drehfest an eine Antriebswelle und das Turbinenrad drehbar an der Antriebswelle angeordnet. Die Antriebswelle des hydrodynamischen Anfahrelements ist diejenige Welle, über die die mechanische Energie des Antriebsmotors in das hydrodynamische Anfahrelement einleitbar ist. Das Pumpenrad ist durch die Antriebswelle (direkt) antreibbar. Das Pumpenrad, das Leitrad und/oder das Turbinenrad weisen mit der Antriebswelle bevorzugt eine gemeinsame Rotationsachse auf. Das Turbinenrad ist auf einer Oberfläche der Antriebswelle mit einem Lager, insbesondere Wälzlager, befestigt und gegenüber der Antriebswelle frei drehbar.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuse in Richtung der Abtriebsseite hinter dem Pumpenrad befestigt ist. Insbesondere erstreckt sich das Gehäuse ausgehend von dem Turbinenrad über das Pumpenrad (geometrisch) in Richtung der Abtriebsseite. Die Befestigung des Gehäuses kann beispielsweise an einer Getriebeabtriebswelle erfolgen.
Ebenfalls vorteilhaft ist es wenn das Turbinenrad Teil des Gehäuses ist. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass das Turbinenrad, beispielsweise die strömungsführenden Elemente, und das Gehäuse formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Gehäuse mit einer Getriebeabtriebswelle verbunden ist. Die Getriebeabtriebswelle ist diejenige Welle des hydrodynamischen Anfahrelements über die die mechanische Energie zu einem Getriebe des Fahrzeugs leitbar ist. Hierzu ist das Gehäuse insbesondere mit der Getriebeabtriebswelle drehfest verbunden.
Weiterhin ist es vorteilhaft wenn das Gehäuse mit der Getriebeabtriebswelle über einen Dämpfer verbunden ist. Bei dem Dämpfer kann es sich beispielsweise um einen Torsionsdämpfer handeln, der dazu geeignet ist eine Schwingung beziehungsweise eine Vibration des Antriebsmotors zu dämpfen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn in dem Gehäuse eine Kupplung angeordnet ist, mit der eine Antriebswelle drehfest mit dem Gehäuse verbindbar ist. Bei dieser Kupplung handelt es sich insbesondere um eine sogenannte Wandlerüberbrückungskupplung, die bevorzugt nur beim Anfahren des Fahrzeugs geöffnet ist. Nach dem Anfahren des Fahrzeugs wird die Kupplung bevorzugt geschlossen, so dass das Drehmoment nicht mehr durch das Pumpenrad und das Turbinenrad, sondern direkt über die Kupplung geleitet wird. Hierdurch verringert sich in vorteilhafter Weise eine Verlustleistung des Anfahrelements, wodurch sich entsprechend dessen Wirkungsgrad erhöht.
Einem weiteren Aspekt der Erfindung folgend wird auch ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsmotor und einem erfindungsgemäßen hydrodynamischen Anfahrelement vorgeschlagen. Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung zeigen, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist. Dabei sind gleiche Bauteile in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen schematisch:

1: ein Kraftfahrzeug mit einem hydrodynamischen Anfahrelement;
2: ein erstes Beispiel eines hydrodynamischen Anfahrelements in einem Längsschnitt; und
3: ein zweites Beispiel eines hydrodynamischen Anfahrelements in einem Längsschnitt.

Die 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 2 mit einem Antriebsmotor 12, einem hydrodynamischen Anfahrelement 1 und einem Getriebe 13. Das hydrodynamische Anfahrelement 1 wird in der 2 in einer Detailansicht gezeigt, wobei es sich bei dem Anfahrelement 1 in diesem Beispiel um einen hydrodynamischen Drehmomentwandler handelt. Auf einer Antriebswelle 7 ist auf einer Antriebsseite 5 ein Pumpenrad 3 drehfest und auf einer Abtriebsseite 6 ein Turbinenrad 4 drehbar gelagert. Die Lagerung des Turbinenrads 4 an der Antriebswelle 7 erfolgt hierzu mit Hilfe eines Lagers 15. Weiterhin ist zwischen dem Pumpenrad 3 und dem Turbinenrad 4 ein Leitrad 16 angeordnet. Das Turbinenrad 4 ist mit einem Gehäuse 8 verbunden, bei dem es sich in diesem Beispiel um ein Gehäuse 8 des hydrodynamischen Drehmomentwandlers handelt. Das Gehäuse 8 ist mit dem Turbinenrad 4 drehbar. Weiterhin ist das Gehäuse 8 über einen Dämpfer 10, bei dem es sich in diesem Beispiel um einen Torsionsdämpfer handelt, mit einer Getriebeabtriebswelle 9 im Wesentlichen drehfest verbunden. Die Antriebswelle 7, das Pumpenrad 3, das Leitrad 16, das Turbinenrad 4, das Gehäuse 8, der Dämpfer 10 und die Getriebeabtriebswelle 9 sind um eine (gemeinsame) Rotationsachse 14 rotierbar. Das Gehäuse 8 ist zudem auf der Antriebswelle 7 und der Getriebeabtriebswelle 9 flüssigkeitsdicht befestigt, wozu an den entsprechenden Lagern 15 Dichtungen 17 angebracht sind. Die Antriebswelle 7 ist über den Antriebsmotor 12 antreibbar, wodurch die Antriebswelle 7 um die Rotationsachse 14 in Rotation versetzbar ist. Durch die rotierende Antriebswelle 7 wird das Pumpenrad 3 in Rotation versetzt, welches wiederum das Turbinenrad 4 antreibt. Das Turbinenrad 4 treibt dadurch das Gehäuse 8 an, wodurch wiederum die Getriebeabtriebswelle 9 angetrieben wird. Die Getriebeabtriebswelle 9 überträgt das Drehmoment des Antriebsmotors 12 auf das Getriebe 13. Der Kraftfluss des hydraulischen Anfahrelements 1 wird in der 2 durch Pfeile dargestellt. Das hydraulische Anfahrelement 1 weist darüber hinaus eine Kupplung 11 auf, durch die das Drehmoment unter Umgehung des Pumpenrads 3 und des Turbinenrads 4 direkt von der Antriebswelle 7 auf das Gehäuse 8 beziehungsweise die Getriebeabtriebswelle 9 übertragbar ist. Dies wird in der 2 durch gestrichelte Pfeile angedeutet. Sämtliche Komponenten des hydrodynamischen Anfahrelements 1 werden zudem durch ein Getriebegehäuse 18 umschlossen, dass mit Lagern 15 sowie Dichtungen 17 flüssigkeitsdicht auf der Antriebswelle 7 und der Getriebeabtriebswelle 9 drehbar befestigt ist.
Die 3 zeigt ein zweites Beispiel eines hydrodynamischen Anfahrelements 1 in einem Längsschnitt. Dieses unterscheidet sich von dem ersten Beispiel der 1 lediglich dadurch, dass auf der Antriebsseite 5 ein zusätzlicher Dämpfer 19 angeordnet ist. Im Übrigen wird auf die Beschreibung zur 2 verwiesen.
Die vorliegende Erfindung zeichnet sich durch eine verbesserte Antriebsdynamik aus und verleiht einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs eine günstigere Eigenschwingungsform.
Bezugszeichenliste

1: Hydrodynamisches Anfahrelement
2: Kraftfahrzeug
3: Pumpenrad
4: Turbinenrad
5: Antriebsseite
6: Abtriebsseite
7: Antriebswelle
8: Gehäuse
9: Getriebeabtriebswelle
10: Dämpfer
11: Kupplung
12: Antriebsmotor
13: Getriebe
14: Rotationsachse
15: Lager
16: Leitrad
17: Dichtungen
18: Getriebegehäuse
19: zusätzlicher Dämpfer

Claims

Hydrodynamisches Anfahrelement (1) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs (2), mit einem Gehäuse (8), in dem ein Pumpenrad (3) und ein Turbinenrad (4) angeordnet sind, wobei das Turbinenrad (4) mit einer Abtriebsseite (6) des hydrodynamischen Anfahrelements (1) mittelbar oder unmittelbar verbunden ist und das Pumpenrad (3) mit einer Antriebsseite (5) des hydrodynamischen Anfahrelements (1) mittelbar oder unmittelbar verbunden ist und wobei das Pumpenrad (3) gegenüber dem Gehäuse (8) verdrehbar ist, wobei das Pumpenrad (3) drehfest an einer Antriebswelle (7) und das Turbinenrad (4) drehbar an der Antriebswelle (7) angeordnet ist.
Hydrodynamisches Anfahrelement (1) nach Patentanspruch 1, wobei das Pumpenrad (3) über wenigstens 360° gegenüber dem Gehäuse (8) verdrehbar ist.
Hydrodynamisches Anfahrelement (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei sich das Gehäuse (8) von dem Turbinenrad (4) in Richtung der Abtriebsseite (6) erstreckt und das Gehäuse (8) das Pumpenrad (3) in Richtung der Abtriebsseite (6) zumindest teilweise umschließt.
Hydrodynamisches Anfahrelement (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Gehäuse (8) in Richtung der Abtriebsseite (6) hinter dem Pumpenrad (3) befestigt ist.
Hydrodynamisches Anfahrelement (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Turbinenrad (4) Teil des Gehäuses (8) ist.
Hydrodynamisches Anfahrelement (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Gehäuse (8) mit einer Getriebeabtriebswelle (9) verbunden ist.
Hydrodynamisches Anfahrelement (1) nach Patentanspruch 6, wobei das Gehäuse (8) mit der Getriebeabtriebswelle (9) über einen Dämpfer (10) verbunden ist.
Hydrodynamisches Anfahrelement (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei in dem Gehäuse (8) eine Kupplung (11) angeordnet ist, mit der die Antriebswelle (7) drehfest mit dem Gehäuse (8) verbindbar ist.
Kraftfahrzeug (2) aufweisend einen Antriebsmotor (12) und ein hydrodynamisches Anfahrelement (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche.