Die Erfindung betrifft einen Reibring beziehungsweise einen
Reibbelag zur Verwendung in Verbindung mit einer Naßlauf
kupplung, insbesondere für den Einsatz in einer Überbrüc
kungskupplung eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers
wobei der Reibring eine Reibfläche bildet, die mit Nuten
beziehungsweise Kanälen zur Durchführung einer Kühlflüssig
keit versehen ist.
Derartige Reibringe beziehungsweise Reibbeläge sowie mit
einem solchen ausgerüstete Naßlaufkupplungen sind durch die
US-PS 4,969,543 und 5,056,631 bekannt geworden. In diesen
beiden US-Patenten sind hydrodynamische Strömungswandler mit
einer Überbrückungskupplung beschrieben, bei denen die in
Eingriff stehenden Reibflächen derart ausgebildet sind, daß
auch bei geschlossener Überbrückungskupplung ein Ölstrom
zwischen den beidseits eines Ringkolbens vorgesehenen
Kammern ermöglicht wird. Diese hydrodynamischen Strömungs
wandler besitzen ein Gehäuse, in dem ein Pumpenrad, ein
Turbinenrad, ein Leitrad sowie die Überbrückungskupplung,
welche den Ringkolben besitzt, aufgenommen sind. Beidseits
des Ringkolbens sind die mit Öl befüllbaren Kammern gebil
det, wobei radial innerhalb der Reibflächen einer Überbrüc
kungskupplung die erste der Kammern gebildet ist und in der
zweiten Kammer zumindest das Turbinenrad vorgesehen ist. Die
erste Kammer ist vom Ringkolben und einer radialen Wandung
des Gehäuses begrenzt. Der Ölstrom dient zur Reduzierung der
infolge Schlupf in der Überbrückungskupplung auftretenden
thermischen Belastung der Bauteile, insbesondere im Bereich
des Reibbelages beziehungsweise der Reibflächen.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die
bekannten Reibringe mit Nuten zur Durchführung einer Kühl
flüssigkeit sowie die damit ausgerüsteten Naßlaufkupplungen
bezüglich der durch den Volumenstrom an Flüssigkeit erziel
baren Kühlung zu optimieren. Dies soll unter anderem durch
einen besseren Wärmeaustausch im Bereich der Reibflächen der
Naßlaufkupplung zwischen der Flüssigkeit und den angrenzen
den Bauteilen erzielt werden. Weiterhin soll durch die
erfindungsgemäße Ausgestaltung des Reibringes beziehungs
weise der Naßlaufkupplung eine hohe Drehmomentkapazität der
Naßlaufkupplung gewährleistet werden. Außerdem soll der
Reibring beziehungsweise die mit dem Reibring ausgestattete
Reibscheibe und somit auch die Naßlaufkupplung in besonders
einfacher und wirtschaftlicher Weise herstellbar sein.
Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erzielt, daß im
Bereich der Reibfläche des Reibringes Kühlnuten eingebracht
werden, die derart ausgestaltet sind, daß sie zumindest über
eine Teillänge ihrer Erstreckung wenigstens eine Drossel
stelle bilden, welche das durch die Nuten strömbare Volumen
an Kühlflüssigkeit überwiegend bestimmt. Die Nuten können
dabei derart ausgebildet sein, daß sie eine Verbindung
zwischen dem Außendurchmesser beziehungsweise dem Außen
umfang und dem Innendurchmesser beziehungsweise dem Innen
umfang des Reibringes gewährleisten. Die Nuten sind also
dann radial nach außen hin und radial nach innen hin offen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die wenigstens eine
Drosselstelle derart ausgebildet ist, daß im Bereich
derselben eine turbulente Strömung vorhanden ist. Die
Nutbereiche, die sich außerhalb einer solchen Drosselstelle
befinden, sollen derart bezüglich Breite und Tiefe ausge
staltet sein, daß dort eine zumindest im wesentlichen
laminare Strömung auftritt.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung und Anordnung der
Kühlnuten beziehungsweise Kühlkanäle kann eine direkte
Kühlung der in Eingriff sich befindlichen Reibflächen,
insbesondere bei Dauerschlupf, erzielt werden. Durch die
erfindungsgemäße Drosselung des Volumenstromes an Kühl
flüssigkeit in Abhängigkeit des Differenzdruckes zwischen
den beiden beidseits eines Kolbens vorgesehenen Kammern
einer Wandlerüberbrückungskupplung kann eine optimale
Kühlung über den gesamten Betriebsbereich des entsprechenden
hydrodynamischen Drehmomentwandlers erzielt werden. Die
erfindungsgemäße Ausgestaltung hat insbesondere den Vorteil,
daß im Bereich der Drosselstellen aufgrund der dort vorhan
denen turbulenten Strömung ein verhältnismäßig hoher Druck
abfall vorhanden ist, wohingegen in den übrigen Nutenberei
chen die Strömungsverluste aufgrund des vorhandenen,
verhältnismäßig großen Durchflußquerschnittes sehr gering
sind. Bei dem eingangs erwähnten Stand der Technik sind die
Nuten derart ausgebildet, daß in diesen überwiegend eine
laminare Drosselung über die gesamte Länge vorhanden ist.
Bei einer solchen Drosselung steigt der Volumenstrom linear
mit dem Druck beziehungsweise linear mit der Druckdifferenz
zwischen den beiden Kammern der Überbrückungskupplung. Bei
turbulenter Drosselung gemäß der vorliegenden Erfindung
steigt der Volumenstrom gemäß einer Wurzelfunktion in
Abhängigkeit des vorhandenen Druckes beziehungsweise der
vorhandenen Druckdifferenz. Das bedeutet also, daß eine
turbulente Drosselung günstiger ist, da praktisch über den
ganzen Druckbereich, welcher bei einem hydrodynamischen
Drehmomentwandler auftritt, unterhalb des maximal zulässigen
Druckes ein größerer Volumenstrom vorhanden ist.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung von Drosselstellen mit
einer verhältnismäßig geringen Länge in bezug auf die
Gesamtlänge einer Nut kann weiterhin der Einfluß der
Fertigungstoleranzen der Belagnuten (Breite und Tiefe) sowie
der Einfluß der Fertigungstoleranzen und betriebsbedingten
Verformungen des Kolbens und der Gegenreibfläche auf den
Strömungswiderstand der Belagnuten gering gehalten bezie
hungsweise minimiert werden. Da die Ölviskosität mit
steigender Temperatur abnimmt, kann durch die erfindungs
gemäßen Drosselstellen weiterhin erzielt werden, daß mit
zunehmender Temperatur des Kühlöles ein größerer Volumen
strom und somit eine bessere Kühlung erzielt wird. Der
Strömungswiderstand der Drosselstellen beziehungsweise der
Belagnuten nimmt also in bezug auf das Öl mit zunehmender
Temperatur ab. Dieser an sich positive Effekt muß jedoch
durch entsprechende Ausgestaltung der Drosselstellen auf das
gewünschte Maß an Ölvolumen beschränkt werden, da bei zu
großem Durchfluß: der Druck in der Schließkammer der Über
brückungskupplung nicht mehr gehalten werden kann.
Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn die Drosselung des
Kühlmittels in Blenden, das heißt kurze Kanalanteile mit
scharfkantigem Strömungseintritt und/oder Strömungsaustritt
stattfindet. Dadurch kann eine einwandfreie turbulente
Strömung gewährleistet werden, wodurch der Strömungswider
stand nur jeweils linear von der Breite und der Tiefe der
Blende beziehungsweise der Drosselstelle abhängig ist. Bei
langen Kanälen mit im wesentlichen laminarer Strömung, wie
dies zum Beispiel bei dem angeführten Stand der Technik der
Fall ist, ist der Strömungswiderstand in der vierten Potenz
vom hydraulischen Radius beziehungsweise Durchmesser ab
hängig. Das bedeutet, daß Toleranzen der Nutenabmessungen
den Strömungswiderstand sehr stark beeinflussen.
Die Nuten beziehungsweise Kanäle können in die Reibfläche
des Reibringes beziehungsweise des Reibbelages derart
eingebracht sein, daß die Reibfläche radial außen einen
praktisch durchgehenden Ringbereich bildet, der nur von den
Drosselkanälen, welche radial oder schräg verlaufen, unter
brochen wird. Radial innerhalb des Ringbereiches sind
Nutbereiche beziehungsweise Kanalbereiche mit gegenüber dem
Querschnitt eines Drosselkanales erheblich größerem Quer
schnitt vorgesehen, so daß in diesen Bereichen im Vergleich
zu dem in den Drosselkanälen vorhandenen Strömungswiderstand
lediglich ein sehr geringer Strömungswiderstand vorhanden
ist. Der Hauptanteil des Gesamtströmungswiderstandes der
Kühlnuten ist also im Bereich der Drosselstellen beziehungs
weise der Drosselkanäle vorhanden.
Die Drosselstellen sind vorzugsweise am Außendurchmesser der
Überbrückungskupplung beziehungsweise des Reibringes
angeordnet, da dadurch die Anpreßkraft beziehungsweise die
Schließkraft der Überbrückungskupplung vergrößert werden
kann. Dies ist darauf zurückzuführen, daß über den größten
Teil der radialen Erstreckung der in Eingriff stehenden
Reibflächen ein auf ein wesentlich niedrigeres Druckniveau
gedrosselter Druck vorhanden ist, wodurch die Schließkraft
entsprechend vergrößert werden kann.
Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn die Drossel
stellen derart angeordnet sind, daß diese immer in einem
tragenden Bereich der Reibfläche liegen, so daß die Drosse
lung nicht durch einen Spalt zwischen Belagoberfläche und
der Oberfläche der Gegenreibfläche umgangen werden kann.
Diesbezüglich wird insbesondere auf die Fig. 7 und 8
verwiesen. Sofern die übrigen Belagbereiche, in denen die
Kanalabschnitte mit verhältnismäßig großem Querschnitt
vorgesehen sind, nicht an der Gegenoberfläche voll anliegen
und somit überströmt werden, vermindert sich der Gesamtströ
mungswiderstand auf ein Maß, welches die Funktion nicht
beeinträchtigt, da die hier vorgesehenen Kanalabschnitte le
diglich nur einen sehr geringen Anteil von der Gesamt
drosselung übernehmen. Vorzugsweise sind die Kühlölnuten
beziehungsweise Kanäle verhältnismäßig tief ausgebildet,
wodurch der Einfluß der Fertigungstoleranzen und des Setzens
des Belages auf den Strömungswiderstand minimiert wird. Die
Kanalführung soll derart erfolgen, daß keine toten Bereiche
vorhanden sind, welche nicht durchströmt werden. Die in der
Reibfläche beziehungsweise im Reibbelag vorgesehenen Nuten
können angeprägt oder durchgestanzt sein.
Die Länge einer Drosselstelle kann in vorteilhafter Weise
zwischen 2 und 8 mm, vorzugsweise in der Größenordnung
zwischen 3 und 5 mm liegen.
Das Querschnittsverhältnis zwischen den länglichen Bereichen
der Nuten mit größerem Querschnitt und einer Drosselstelle
kann in der Größenordnung zwischen 3 zu 1 und 8 zu 1,
vorzugsweise in der Größenordnung zwischen 4 zu 1 und 6 zu 1
liegen. Es sind jedoch auch je nach Anwendungsfall größere
und kleinere Verhältnisse möglich.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfin
dung gehen aus den Unteransprüchen sowie aus der folgenden
Figurenbeschreibung hervor.
Anhand der Fig. 1 bis 11 sei die Erfindung näher erläu
tert. Dabei zeigen
Fig. 1 einen Schnitt durch eine Einrichtung mit einer
Naßlaufkupplung, die einen erfindungsgemäßen Reibring
aufweist,
Fig. 2 eine Teilansicht eines gemäß der Erfindung ausge
stalten Reibbelages,
Fig. 3 einen im vergrößerten Maßstab dargestellten Schnitt
gemäß der Linie III der Fig. 2,
Fig. 4 einen Schnitt gemäß der Linie IV der Fig. 2,
Fig. 5 die durch die erfindungsgemäße Anordnung einer
Drosselstelle gemäß der Erfindung im Bereich der Reibfläche
beziehungsweise in den Nuten erzielbare Druckverteilung in
radialer Richtung,
Fig. 6 ein Diagramm, anhand dessen die Wirkung der verbes
serten Nutenausgestaltung erläutert wird, die
Fig. 7 und 8 eine Anordnungsvariante für einen
Reibbelag und die
Fig. 9 bis 11 weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten von
Kühlkanälen beziehungsweise Kühlnuten.
Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung 1 besitzt ein
Gehäuse 2, das einen hydrodynamischen Drehmomentwandler 3
aufnimmt. Das Gehäuse 2 ist mit einer antreibenden Welle
verbindbar, die durch die Abtriebswelle einer Brennkraftma
schine, wie z. B. die Kurbelwelle, gebildet sein kann. Die
drehfeste Verbindung zwischen der antreibenden Welle und dem
Gehäuse 2 kann über ein Antriebsblech erfolgen, das radial
innen mit der antreibenden Welle und radial außen mit dem
Gehäuse 2 drehfest verbindbar ist. Ein derartiges Antriebs
blech ist beispielsweise durch die JP-POS 58-30532 bekannt
geworden.
Das Gehäuse 2 ist durch eine der antreibenden Welle bezie
hungsweise der Brennkraftmaschine benachbarte Gehäuseschale
4 sowie eine an dieser befestigte weitere Gehäuseschale 5
gebildet. Die beiden Gehäuseschalen 4 und 5 sind radial
außen über eine Schweißverbindung 6 fest miteinander
abdichtend verbunden. Bei dem dargestellten Ausführungsbei
spiel wird zur Bildung der äußeren Schale des Pumpenrades 7
die Gehäuseschale 5 unmittelbar herangezogen. Hierfür sind
die Schaufelbleche 8 in an sich bekannter Weise an der
Gehäuseschale 5 befestigt. Die Gehäuseschale 5 ist axial auf
den äußeren hülsenartigen Bereich 4a der Gehäuseschale 4
gesteckt. Axial zwischen dem Pumpenrad 7 und der radialen
Wandung 9 des Gehäuses 4 ist ein Turbinenrad 10 vorgesehen,
das fest beziehungsweise drehstarr mit einer Abtriebsnabe
11, welche über eine Innenverzahnung mit einer Getriebeein
gangswelle drehfest koppelbar ist, verbunden ist. Axial
zwischen den radial inneren Bereichen des Pumpen- und des
Turbinenrades ist ein Leitrad 12 vorgesehen. Die Gehäuse
schale 5 besitzt radial innen eine hülsenartige Nabe 13, die
an dem Gehäuse eines Getriebes drehbar und abdichtend
lagerbar ist. In dem durch die beiden Gehäuseschalen 4,5
gebildeten Innenraum 14 ist weiterhin eine Überbrückungs
kupplung 15 vorgesehen, die wirkungsmäßig parallel zum
Drehmomentwandler 3 angeordnet ist. Die Überbrückungskupp
lung 15 ermöglicht eine Drehmomentkoppelung zwischen der
Abtriebsnabe 11 und der antreibenden Gehäuseschale 4.
Wirkungsmäßig in Reihe mit der Überbrückungskupplung 15 ist
ein drehelastischer Dämpfer 16 geschaltet, der bei dem
dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen dem ringförmigen
Kolben 17 der Überbrückungskupplung 15 und der Abtriebsnabe
11 vorgesehen ist. Der drehelastische Dämpfer 16 umfaßt in
an sich bekannter Weise Kraftspeicher in Form von Schrauben
federn. Der axial zwischen der radial verlaufenden Wandung
9 und dem Turbinenrad 10 vorgesehene ringförmige Kolben 17
ist radial innen auf der Abtriebsnabe 11 begrenzt axial
verschiebbar gelagert. Der ringförmige Kolben 17 unterteilt
den Innenraum 14 in eine erste Kammer 18, die radial
innerhalb des Reibeingriffsbereiches 19 der Überbrückungs
kupplung 15 axial zwischen dem ringförmigen Kolben 17 und
der radialen Gehäusewandung 9 gebildet ist, sowie eine
zweite Kammer 20, in der unter anderem das Pumpenrad 7, das
Turbinenrad 10 sowie das Leitrad 12 aufgenommen sind.
Die Gehäuseschale 4 bildet mit einem ringförmigen, radial
äußeren Bereich eine Reibfläche 21, die in Reibeingriff mit
einem Reibbelag 22 bringbar ist, der von dem ringförmigen
Bereich 23 des Kolbens 17 getragen ist.
Bei neueren Konzepten für einen Antriebsstrang, z. B. eines
Kraftfahrzeuges, wird die Überbrückungskupplung über
zumindest einen Großteil des Betriebsbereiches des Strö
mungswandlers mit Schlupf betrieben, wobei während der
Schlupfphasen im Reibeingriffsbereich 19 eine Verlustlei
stung in Form von Wärme anfällt, die bei bestimmten Be
triebszuständen sehr hoch sein und mehrere Kilowatt betragen
kann. Derartige Betriebszustände sind beispielsweise
vorhanden bei Bergfahrt mit Anhänger sowie beim Wechsel vom
unüberbrückten zum praktisch überbrückten Zustand der
Wandlerkupplung. Derartige Konzepte zum Betreiben einer
Wandlerüberbrückungskupplung mit Schlupf sind beispielsweise
durch die deutsche Patentanmeldung P 43 28 182.6 vorgeschla
gen worden.
Um unzulässig hohe Temperaturen im Reibeingriffsbereich 19
zu vermeiden, und somit einer Zerstörung zumindest der
Reibbelagoberfläche sowie eines Teils des im Innenraum 14
vorhandenen Öls entgegenzuwirken, sind bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel Mittel in Form von im Reibbelag 22
eingebrachten Ölnuten beziehungsweise Kanälen 24 vorgesehen,
über die auch bei praktisch geschlossener Überbrückungskupp
lung 15 ein stetiger Ölstrom zwischen der zweiten Kammer 20
und der ersten Kammer 18 erfolgen kann. Der Ölstrom wird
dabei über die Reibfläche 22a des Reibbelages 22 und die
Reibfläche 21 geleitet. Die Ölkanäle 24 sind bezüglich ihrer
Form dahingehend optimiert, daß ein guter Wärmeaustausch
zwischen den den Reibeingriff im Bereich 19 bewirkenden
Bauteilen und dem durchströmenden Öl stattfinden kann. Eine
bevorzugte Formgebung der Kanäle 24 wird im Zusammenhang mit
den Fig. 2 bis 4 näher beschrieben.
Das radial weiter außen liegende Ende der Kanäle 24 steht
mit der Kammer 20 und das radial weiter innen liegende Ende
der Kanäle 24 steht mit der Kammer 18 in Verbindung. Bei
geschlossener Überbrückungskupplung 15 fließt der Kühl
ölstrom über die Kanäle 24 in die Kammer 18 und in dieser
radial in Richtung zur Drehachse 25.
Dieser Kühlölstrom kann dann im Bereich der Abtriebsnabe 11,
zum Beispiel über eine Hohlwelle oder über einen hierfür
vorgesehenen Kanal abgeleitet werden, und zwar vorzugsweise
zunächst in einen Ölkühler. Von diesem Ölkühler aus kann das
Öl in einen Sumpf zurückgeführt werden und von dort aus
wiederum in den hydraulischen Regel- beziehungsweise
Steuerkreis.
In Fig. 2 ist ein kreisringförmiger Reibbelag 22 teilweise
dargestellt, der bei einer Wandlerüberbrückungskupplung
gemäß Fig. 1 Verwendung finden kann. Der Reibbelag 22
besitzt über den Umfang verteilte Nuten beziehungsweise
Vertiefungen 26, welche die Verbindungskanäle 24 zwischen
den beiden Kammern 18 und 20 bilden.
Der Reibbelag 22 besitzt einen Außenumfang beziehungsweise
Außendurchmesser 27 sowie einen Innenumfang beziehungsweise
Innendurchmesser 28. Ein kurzer Teilabschnitt 29 eines den
Außendurchmesser 27 mit dem Innendurchmesser 28 verbindenden
Kanales 24 bildet eine Drosselstelle beziehungsweise
Drosselblende 30. Der Teilabschnitt 29 eines Kanales 24 ist
dabei radial ausgerichtet und geht radial innen in in
Umfangsrichtung verlaufende, radial äußere Kanalabschnit
te 31 über, welche über haarnadelartig ausgebildete Um
lenkungen 32 in radial weiter innen liegende, ebenfalls in
Umfangsrichtung verlaufende Kanalabschnitte 33 übergehen.
Die Kanalabschnitte 33 sind mit einem radial nach innen hin
offenen Austrittsbereich 34 für das über die Kanäle 26
geleitete Kühlmittel verbunden. Die sich an eine Drossel
stelle 30 anschließenden Kanalbereiche beziehungsweise
Kanalabschnitte 31, 32, 33 und 34 sind im Querschnitt in bezug
auf den Querschnitt einer Drosselstelle 30 derart ausgebil
det, daß in diesen praktisch überwiegend eine laminare
Strömung auch bei dem maximal auftretenden Differenzdruck
zwischen den beiden Kammern 18 und 20 der Einrichtung gemäß
Fig. 1 vorhanden ist. Im Bereich einer Drosselstelle 30
findet während des Betriebes der Einrichtung gemäß Fig. 1
und bei Reibeingriff der Überbrückungskupplung 15 praktisch
immer eine turbulente Strömung statt. Die Kanäle 24 sind
also derart ausgebildet, daß das über diese fließende
Volumen an Kühlflüssigkeit nicht wie bei dem bekannten Stand
der Technik durch den über die Gesamtlänge der Kanäle
bewirkten Strömungswiderstand bestimmt wird, sondern
hauptsächlich durch den im Bereich der Drosselstelle
beziehungsweise Drosselstellen 30 vorhandenen Widerstand.
Wie aus Fig. 2 weiterhin ersichtlich ist, besitzen die in
Umfangsrichtung verlaufenden Kanalabschnitte 31 und 33
Teilabschnitte 35, 36, die, bezogen auf eine Drosselstel
le 30, sich in unterschiedliche Drehrichtungen erstrecken.
Die Teilabschnitte 35, 36 sind dabei - in Umfangsrichtung
betrachtet - symmetrisch gegenüber einer Drosselstelle 30
angeordnet.
Wie aus den Fig. 2 bis 4 ersichtlich ist, beträgt die
Ausdehnung 29 einer Drosselstelle 30 nur einen sehr geringen
Teil der Gesamtlänge eines Kanales 24. Für die üblichen
Baugrößen von Naßlaufkupplungen beziehungsweise Überbrüc
kungskupplungen 15 mit einem äußeren Reibdurchmesser 27 in
der Größenordnung zwischen 180 und 260 mm kann die Länge 29
einer Drosselstelle 30 je nach Anwendungsfall zwischen 2 und
8 mm, vorzugsweise zwischen 3 und 5 mm betragen.
Der Durchflußquerschnitt einer Drosselstelle 30 ist im
Verhältnis zum Durchflußquerschnitt der sich an die Aus
trittsseite der entsprechenden Drosselstelle 30 anschließen
den Nutenabschnitte 31, 32, 33, 34 um ein vielfaches kleiner.
Das Verhältnis kann dabei in der Größenordnung zwischen 1
zu 3 bis 1 zu 10 betragen. Für die meisten Anwendungsfälle
reicht jedoch ein Verhältnis zwischen 1 zu 4 und 1 zu 6 aus.
Aufgrund des wesentlich größeren Durchflußquerschnittes der
Kanalabschnitte 31, 32, 33, 34 wird gewährleistet, daß in
diesen Abschnitten praktisch immer beziehungsweise über
wiegend eine laminare Strömung auftritt.
Um eine optimale turbulente Strömung im Bereich der durch
kurze kanalartige Vertiefungen gebildeten Drosselstellen 30
zu erzielen, ist es zweckmäßig, wenn zumindest der Quer
schnitt im Eintrittsbereich der Drosselstellen 30 scharfkan
tig ausgebildet ist. Bei dem dargestellten Ausführungs
beispiel gemäß Fig. 2 gehen die Drosselstellen 30 aus
trittsseitig über eine durch Abrundungen gebildete all
mähliche Erweiterung in die entsprechende Nutbereiche 31
über. Zweckmäßig kann es jedoch sein, wenn zwischen den
Kanalabschnitten 31 und den Drosselstellen 30 ein scharfkan
tiger Querschnittsübergang vorhanden ist.
Der Flächenanteil der durch die Nuten beziehungsweise
Kanäle 24 beanspruchten Fläche kann in bezug auf die
zwischen dem Außendurchmesser 27 und dem Innendurchmesser 28
vorhandenen Fläche in der Größenordnung zwischen 30 und
65 Prozent, vorzugsweise in der Größenordnung von 40 bis
55 Prozent liegen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 2 beträgt dieser Anteil circa 50 Prozent.
Die Drosselstellen 30 sind vorzugsweise derart ausgebildet,
daß durch diese circa 60 bis 85 Prozent, vorzugsweise 70 bis
80 Prozent zumindest des maximal zwischen den beiden
Kammern 18 und 20 auftretenden Druckunterschiedes abgebaut
wird. Das bedeutet also, daß nach den Drosselstellen 30
beziehungsweise kurz hinter den Drosselstellen 30 der in den
Kanalabschnitten 31 vorhandene Druck nur noch um circa 15
bis 40 Prozent beziehungsweise 20 bis 30 Prozent größer ist
als der in der Kammer 18 vorhandene Druck. Aufgrund der Wir
kungsweise der Drosselstellen 30 ist es zweckmäßig, wenn
diese, wie in Fig. 2 dargestellt, im äußeren Bereich
beziehungsweise am Außenradius des Reibringes 22 angeordnet
sind, also im Bereich des höheren Druckes, da dadurch der im
Bereich der Reibflächen 21, 22a sich aufbauende und dem
Schließdruck der Überbrückungskupplung 15 entgegenwirkende
Druck kleingehalten werden kann. Dadurch kann das von der
Überbrückungskupplung 15 für eine zwischen den beiden
Kammern 18 und 20 vorhandene Druckdifferenz übertragbare
Moment gegenüber den bisher bekannten Überbrückungskupp
lungen mit Kühlkanälen und einem entsprechenden Volumen an
Kühlflüssigkeit vergrößert werden. Durch Verlagerung
wenigstens einzelner der Drosselstellen 30 radial nach innen
kann jedoch die Drehmomentkapazität der Überbrückungskupp
lung 15 für einen gegebenen Differenzdruck zwischen den
beiden Kammern 18 und 20 auch verringert werden.
Aus Fig. 5 kann der Einfluß der radialen Anordnung der
Drosselstellen 30 in bezug auf das übertragbare Drehmoment
entnommen werden. In Fig. 5 ist auf der linken Seite im
vergrößerten Maßstab ein Teilbereich der Gehäuseschale 4
sowie des Kolbens 17 mit dem darauf befestigten Reibbelag 22
dargestellt. Auf der rechten Seite der Fig. 5 sind über den
radialen Erstreckungsbereich des Reibbelages 22 und in Ab
hängigkeit der Anordnung der Drosselstellen mögliche
idealisierte Druckprofile dargestellt. Für einen gegebenen
höheren Druck p1 in der Kammer 20 und einen gegebenen
niedrigeren Druck p2 in der Kammer 18 ist, über die radiale
Erstreckung des Reibbelages 22 betrachtet, bei einer
Anordnung der Drosselstellen 30 radial außen, wie dies in
Fig. 2 der Fall ist, im Bereich zwischen der Reibfläche 22a
des Reibbelages 22 und der Reibfläche 21 eine gemäß der
strichpunktierten Linie 37 verlaufende Druckverteilung in
den Kanälen 24 möglich. Aus der strichpunktierten Linie 37
ist zu entnehmen, daß im Bereich der Drosselstellen 30 circa
80 Prozent der zwischen p1 und p2 vorhandenen Druckdifferenz
abgebaut wird. Die Differenz zwischen dem nahe der Aus
trittsseite der Drosselstellen 30 vorhandenen Druckes Pa und
dem Druck p2 in der Kammer 18 ist somit verhältnismäßig
klein. Bei Anordnung der Drosselstellen 30 radial innen,
also im Bereich der Austrittsabschnitte 34 gemäß Fig. 2,
würde sich eine Druckverteilung im Eingriffsbereich 19 gemäß
der strichlierten Linie 38 ergeben. Aus den beiden Linien 37
und 38 ist ersichtlich, daß für eine gegebene Druckdifferenz
zwischen den beiden Kammern 18 und 20 das von der Über
brückungskupplung 15 übertragbare Moment durch Anordnung der
Drosselstellen 30 auf verschiedenen Durchmessern beeinflußt
werden kann. Durch Anordnung der Drosselstellen 30 radial
außen kann der zur Übertragung eines bestimmten Momentes
erforderliche Differenzdruck zwischen den beiden Kammern 18
und 20 gegenüber den bisherigen Überbrückungskupplungen mit
einem Kühlölstrom zwischen den beiden Kammern 18, 20 redu
ziert werden. Je nach Anzahl und Form der Drosselstellen 30
kann die Durchflußbreite einer solchen Drosselstelle 30 in
der Größenordnung zwischen 0,4 und 2,5 mm liegen, vorzugs
weise in der Größenordnung zwischen 0,5 und 1,5 mm. Die
Tiefe der Nuten 26 kann in der Größenordnung zwischen 0,2
und 1 mm liegen, vorzugsweise in der Größenordnung zwischen
0,3 und 0,7 mm. Die Tiefe der Nuten 26 kann über die gesamte
Erstreckung derselben praktisch gleich sein. Die Nuten 26
können jedoch auch Bereiche unterschiedlicher Tiefe auf
weisen. Insbesondere im Bereich der Drosselstellen 30 sowie
gegebenenfalls im Übergangsbereich zwischen einer Drossel
stelle 30 und den übrigen Nutabschnitten 31 kann es von
Vorteil sein, wenn eine größere Tiefe vorhanden ist. Dies
ist in Fig. 3 durch die mit dem Bezugszeichen 30a versehene
strichpunktierte Linie angedeutet. Es kann also vorteilhaft
sein, wenn um den gewünschten Durchflußquerschnitt einer
Drosselstelle 30 zu erhalten, die Drosselstelle gegenüber
den anderen Nutbereichen etwas tiefer und als Ausgleich
hierfür in der Breite etwas kleiner ausgeführt wird. Dadurch
kann gewährleistet werden, daß die Abhängigkeit der Drossel
wirkung einer Drosselstelle 30 in bezug auf den Verschleiß
des Reibbelages 22, welcher eine Querschnittsreduzierung der
Drosselstelle 30 bewirkt, verringert ist.
Gemäß der Erfindung wird also der Volumenstrom an Kühl
flüssigkeit innerhalb der Naßlaufkupplung mittels wenigstens
einer Drossel 30 eingestellt, wobei in die verbleibende
Belagfläche - in Strömungsrichtung betrachtet - hinter der
entsprechenden Drosselstelle 30 verhältnismäßig lange Kanäle
eingebracht werden können, welche einen möglichst kleinen
Strömungswiderstand und eine große wärmetauschende Fläche
gewährleisten.
In Fig. 6 ist auf der Abszissenachse die Druckdifferenz
p1-p2 (Δp) zwischen den beiden Kammern 20 und 18 aufgetra
gen. Auf der Ordinatenachse ist der sich in Abhängigkeit der
vorhandenen Druckdifferenz einstellende Volumenstrom
aufgetragen.
Bei laminarer Drosselung des Volumenstromes über die Länge
der in einen Reibbelag eingebrachten Nuten ist ein praktisch
linearer Zusammenhang zwischen der Druckdifferenz an den
Nuten und dem Volumenstrom vorhanden. Dieser Zusammenhang
ist durch die gerade, durchgezogene Linie der Fig. 6
repräsentiert. Als Druckdifferenz an den Nuten ist die
Differenz zwischen dem Druck auf der Eingangsseite und dem
Druck auf der Ausgangsseite der entsprechenden Nute bezie
hungsweise der Nuten zu verstehen. Eine derartige laminare
Drosselung ergibt sich praktisch bei einer Ausgestaltung der
Nuten entsprechend dem eingangs erwähnten Stand der Technik,
nämlich der US-PS 4,969,543 und 5,056,631. Bei diesem Stand
der Technik beträgt der Anteil der laminaren Drosselung
circa 70 Prozent der in den Kanälen erfolgenden Gesamt
drosselung.
Die strichlierte Linie stellt den erzielbaren Volumenstrom
dar, der durch turbulente Drosselung gemäß der Erfindung
erzielt werden kann. Der Volumenstromverlauf in Abhängigkeit
der Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern 20, 18
entspricht im wesentlichen dem Verlauf einer Wurzelfunktion.
Der strichlierte Verlauf kann durch die erfindungsgemäße
Ausgestaltung der Nuten, insbesondere gemäß Fig. 2, erzielt
werden. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, steht insbesondere
bei kleineren Druckdifferenzen bei einer turbulenten
Drosselung ein größerer Volumenstrom zur Verfügung als bei
einer laminaren Drosselung. Dies ist besonders vorteilhaft,
da an der Lock-up auch bei kleinen Druckunterschieden
zwischen den beiden Kammern 20 und 18 ein möglichst großer
Volumenstrom zur Verfügung stehen soll, um eine möglichst
gute Kühlung zu gewährleisten.
Die den beiden Kennlinien gemäß Fig. 6 entsprechenden
Nutausgestaltungen sind derart ausgelegt, daß sie für ein
vorbestimmtes Δp max den gleichen Volumenstrom gewähr
leisten. Dieses Δp max liegt bei den üblichen hydrodyna
mischen Drehmomentwandlern mit Überbrückungskupplung in der
Größenordnung zwischen 7 und 10 bar. Das Δ p max kann jedoch
auch unterhalb oder oberhalb dieser Bandbreite liegen.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der für einen Kühlölstrom
vorgesehenen Nuten beziehungsweise Kanäle ermöglicht
weiterhin die Temperaturabhängigkeit des Durchflusses durch
diese Kanäle zu reduzieren und zwar, weil die überwiegende
Drosselung, also der überwiegende Druckabbau im Bereich der
verhältnismäßig kurzen Drosselstellen stattfindet. Die Nut
im Bereich einer Drosselstelle geht nur linear in den Durch
fluß beziehungsweise den Volumenstrom ein, wodurch eine
geringere Abhängigkeit von den geometrischen Toleranzen
gewährleistet wird. Bei einer Ausgestaltung der Nuten gemäß
dem vorerwähnten Stand der Technik findet der überwiegende
Teil der Drosselung laminar statt und zwar über die gesamte
Länge der Nuten. Bei einer solchen Drosselung geht die
Nuthöhe in der vierten Potenz in den Durchfluß beziehungs
weise in den Volumenstrom ein. Dadurch ergibt sich eine
starke Abhängigkeit bezüglich der geometrischen Toleranzen
des Belages beziehungsweise der Nuten. Weiterhin ist infolge
der vorhandenen laminaren Drosselung eine starke Abhängig
keit des Volumenstromes von der Viskosität beziehungsweise
der Temperatur des Kühlmittels vorhanden.
Um zu gewährleisten, daß die erfindungsgemäßen Nuten ihre
Drosselfunktion stets gewährleisten, ist eine Anlage des
Reibbelages 22 an der Gegenreibfläche 21 im Bereich der
Drosselstellen erforderlich. Es soll zumindest gewährleistet
sein, daß in keinem der auftretenden Betriebszustände im
Bereich der Drosselstelle ein Spalt klafft beziehungsweise
ein derartiger Spalt soll nicht größer als 0,03 mm, vorzugs
weise als 0,01 mm sein. Derartige Spalte können aufgrund
einer unzureichenden Parallelität zwischen den in Eingriff
bringbaren Reibflächen entstehen.
Um zu gewährleisten, daß in allen Betriebszuständen, in
denen die Reibflächen in Eingriff stehen, die Drossel
stellen 30 ihre Funktion übernehmen, ist es vorteilhaft,
wenn der Reibbelag 22 entsprechend Fig. 7 von einem
Bauteil, nämlich dem Ringkolben 17 getragen wird.
In den Fig. 7 und 8 sind im vergrößerten Maßstab ein
Teilbereich der Gehäuseschale 4 sowie des Kolbens 17 mit dem
darauf befestigten Reibbelag 22 dargestellt. In Fig. 7 ist
die Gestalt des Kolbens 17 dargestellt, die dieser in
praktisch nicht beanspruchtem, also entspanntem Zustand
einnimmt. Diese Kolbenform ist gegeben, wenn in den beiden
Kammern 18 und 20 praktisch der gleiche Druck oder nur ein
verhältnismäßig geringer Druckunterschied vorhanden ist. Im
entspannten Zustand des Kolbens 17 ist der äußere Be
reich 17a, welcher den Reibbelag 22 aufnimmt, derart
ausgebildet, daß die Reibfläche 22a des Reibbelages 22 und
die Reibfläche 21 des Gehäuses 4 zwischen sich einen
keilförmigen Luftspalt 39 einschließen, der sich radial nach
innen hin erweitert und einen Winkel Φ aufweist, der in der
Größenordnung von 0,5 und 30, vorzugsweise in der Größen
ordnung von 1 Winkelgrad liegen kann.
In Fig. 8 ist die Stellung des Kolbens 17 dargestellt, die
dieser bei einem vorbestimmten Überdruck in der Kammer 20
gegenüber der Kammer 18 einnimmt. Dieser Überdruck kann in
der Größenordnung zwischen 4 und 8 bar liegen, wobei je nach
gewünschtem maximalen Überdruck der Kolben 17 entsprechend
federnd ausgebildet werden muß.
Wie aus der gemeinsamen Betrachtungsweise der Fig. 7
und 8 zu entnehmen ist, ist bei Druckgleichheit beziehungs
weise geringem Differenzdruck zwischen den beiden Kammern 18
und 20 der Reibbelag 22 lediglich über den radial äußeren
ringförmigen Reibflächenabschnitt 40, in dem die Drossel
stellen 30 vorgesahen sind, mit der Reibfläche 21 in
Reibkontakt. Dadurch wird gewährleistet, daß bereits bei
geringen Differenzdrücken zwischen den beiden Kammern 18
und 20 beziehungsweise bereits bei geringen Überdrücken in
der Kammer 20 (zum Beispiel 1 bar) die Drosselstellen 30
ihre Funktion übernehmen. Mit zunehmendem Überdruck in der
Kammer 20 gegenüber der Kammer 18 wird der Kolben 17 von der
in Fig. 7 dargestellten Gestalt in die in Fig. 8 darge
stellte Gestalt verformt. Dadurch nimmt der Kontaktbereich
zwischen den Reibflächen 21 und 22a allmählich zu bezie
hungsweise der zwischen den Reibflächen 21 und 22a vorhande
ne Winkel Φ wird kleiner. Die Drosselstellen 30 gewähr
leisten jedoch auch weiterhin eine einwandfreie Steuerung
des Volumens an Kühlflüssigkeit.
Der in Fig. 2 dargestellte Reibbelag beziehungsweise
Reibring 22 ist einstückig ausgebildet. Dieser könnte jedoch
auch aus mehreren, in Umfangsrichtung aneinandergefügten,
sektorförmigen Belageinzelteilen zusammengesetzt werden.
In den Fig. 9 bis 10 sind Reibbeläge 122, 222, 322 teilwei
se dargestellt, die mit Nuten beziehungsweise mit Kanälen
entsprechend der vorliegenden Erfindung ausgestattet sind.
Den Reibbelägen gemäß den Fig. 9 bis 11 ist gemeinsam,
daß sie Drosselstellen 130, 230, 330 besitzen, die über den
Umfang des Reibbelages verteilt sind. Diese Drosselstel
len 130, 230, 330 bestimmen überwiegend den Volumenstrom,
welcher durch die Kanäle 124, 224, 324 fließen kann. Die sich
an die Drosselstellen 130, 230, 330 anschließenden Kanal
abschnitte besitzen einen wesentlich größeren Durchfluß
querschnitt als die Drosselstellen 130, 230, 330, so daß in
diesen Kanalabschnitten überwiegend eine laminare Strömung
vorhanden ist. Die Strömungsgeschwindigkeit in diesen
Teilabschnitten der Kanäle 124, 224, 324 ist dabei erheblich
geringer als die Strömungsgeschwindigkeit in den Drossel
stellen 130, 230, 330. Dadurch wird auch ein optimaler
Wärmeübergang zwischen dem durchfließenden Kühlmittel
beziehungsweise Kühlöl und den angrenzenden Bauteilen
erzielt.
Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 9 besitzt der Reibbe
lag 122 eine mit den Drosselstellen 130 in Verbindung
stehende ringförmige Nut 131, die ihrerseits in Verbindung
steht mit einer Vielzahl von nach innen verlaufenden
radialen Nuten 132. Die Reibfläche des Reibbelages 122 ist
gebildet durch die zwischen den einzelnen Nuten 132 vorhan
denen Erhebungen 132a und der am Randbereich des Reibrin
ges 122 vorhandenen ringförmigen Erhebung 122a, die durch
die Drosselstellen 130 in einzelne, sektorförmige Abschnitte
unterteilt ist.
Der Reibbelag 222 gemäß Fig. 10 besitzt eine Mehrzahl von
ringförmigen Vertiefungen 231, 231a, 231b, die durch radial
verlaufende Nutbereiche 232, 232a miteinander verbunden sind.
Der radial innere ringförmige Nutbereich 231b ist über
radiale Nutbereiche 232b radial nach innen hin geöffnet. Die
radialen Nutbereiche 232, 232a und 232b sind in bezug
aufeinander in Umfangsrichtung derart versetzt, daß eine
mehrfache Umlenkung des durch die Kanäle 224 strömenden Öles
stattfindet.
Bei der in Fig. 11 dargestellten Ausführungsform sind die
Kanäle 324 am Anschluß an die Drosselstellen 330 in Um
fangsrichtung mäanderförmig ausgebildet, so daß aufgrund der
Fläche sowie der Länge der mäanderförmigen Bereiche der
Kanäle 324 ein guter Wärmetausch zwischen dem Kühlöl und den
angrenzenden Bauteilen beziehungsweise den angrenzenden
Reibflächen stattfindet.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung
können die erfindungsgemäß ausgestalteten Kühlnuten, anstatt
in den Reibbelag 22 eingebracht zu sein, im Bereich der
Reibfläche 21 des Gehäuses 4 vorgesehen sein. Diese können
dann durch Einprägen in das Blechmaterial gebildet werden.
Radial außen und radial innen müssen die angeprägten Kanäle
derart ausgebildet sein, daß diese zu den Kammern 18 und 20
hin offen sind. Weiterhin kann der Reibbelag 22 anstatt vom
Kolben 17 getragen zu werden, auch am Gehäuse 4 befestigt
sein. Weiterhin kann ein Reibbelag 22 von einer Zwischenla
melle getragen sein, wie dies zum Beispiel auch der Fall
bei einigen Ausführungsformen des angeführten Standes der
Technik ist. Die erfindungsgemäßen Kühlkanäle können
weiterhin unmittelbar in das den Kolben 17 bildende Material
eingeprägt sein, wobei dann der Reibbelag 22 von dem
Gehäuse 4 oder von einer Zwischenlamelle getragen ist.
Die in einen Reibbelag beziehungsweise Reibring eingebrach
ten Nuten beziehungsweise Kanäle können bei der Herstellung
des Reibbelages eingebracht werden, also vor der Befestigung
des Reibbelages auf einem Trägerbauteil, wie zum Beispiel
einem Ringkolben oder einer Lamelle. Die Nuten, Rillen oder
Kanäle können jedoch auch während der Befestigung, zum
Beispiel durch Aufkleben des Reibbelages auf ein Trägerbau
teil, oder nach einer solchen Befestigung in den Reibbelag
eingebracht werden. Es kann also der Reibbelag, zum Bei
spiel 22 gemäß Fig. 2, zunächst auf den Ringkolben 17
befestigt werden und während dieser Befestigung oder danach
die Kanäle 24 in den Reibring 22 eingeprägt werden. Letzte
res erfolgt mittels eines Preßwerkzeuges, welches ent
sprechende Profilierungen besitzt.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschrie
benen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt auch
Varianten, die insbesondere durch Kombination von einzelnen,
in Verbindung mit den verschiedenen Ausführungsformen
beschriebenen Merkmalen beziehungsweise Elementen sowie
Funktionsweisen gebildet werden können.
Die Anmelderin behält sich außerdem vor, noch weitere,
bisher nur in der Beschreibung offenbarte Merkmale von
erfindungswesentlicher Bedeutung zu beanspruchen.