DE19508855A1 - Hydrodynamischer Drehmomentwandler mit einer Überbrückungskupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Drehmomentwandler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Durch die WO 93/13 339 ist ein hydrodynamischer Drehmomentwandler mit einer Überbrückungskupplung bekannt, zwischen deren in Achsrichtung bewegbarem Kolben und einer mit dem Wandlergehäuse verbundenen Gegendruckplatte eine Lamelle mit beidseits aufgebrachten Reibbelägen angeordnet ist. Die letztgenannten sind mit Nuten ausgebildet, die zum Durchfluß von Hydraulikflüssigkeit, wie beispielsweise Öl, vorgesehen sind. Das Öl stammt vom Wandlerkreis und gelangt, von radial außen her eintretend, nach Durchströmung der Vertiefungen in eine zwischen dem Kolben und dem Wandlergehäuse gebildete Kammer. Das die Vertiefungen durchströmende Öl erzeugt einen dem vom Wandlerkreis auf den Kolben ausgeübten Druck entge­ genwirkenden Druck, der radial außen an der Eintrittsstelle des Öls maximal ist und eine Reduzierung der Anpreßkraft des Kolbens an die Lamelle und damit an die Gegendruckplatte bewirkt. Dadurch kommt es zu Abhubverlusten.

Bei Drehmomentwandlern mit Reibbelägen, die mit Vertiefungen ausgebildet sind, erweist sich die Auslegung, was die Anzahl an Vertiefungen sowie deren Durchflußquerschnitte betrifft, als problematisch, da einerseits bei einer zu geringen Anzahl von Vertiefungen oder bei zu kleinem Querschnitt derselben das Volumen des durchströmenden Öls für eine effektive Kühlung zu gering sein kann und andererseits bei zu vielen Vertiefungen oder zu großem Querschnitt derselben erhebliche Abhubverluste zwischen den Reibbelägen und dem jeweils zugeordneten Wandlerbauteil spürbar sind, die eine unerwünschte Reduzierung des übertragbaren Drehmomentes zur Folge haben.

Verständlicherweise erfordert daher die Optimierung der Reibbeläge hinsichtlich der Vertiefungen umfangreiche Versuche, was zeitaufwendig und kostspielig ist.

Eine vergleichsweise einfache Kühlung für den Reibbelag ist in der EP 0 428 248 A2 dargestellt, wobei im Kolben Ausnehmungen vorgesehen sind, die in den Reibbelag münden und von dort aus über nach radial außen verlaufende Kanäle mit dem Wandlerkreis verbunden sind. Diese Ausführung bewirkt allerdings eine nur sehr begrenzte Kühlung des Reibbelags, da an den Ausnehmungen im Kolben der gleiche Druck vorliegt wie am radial äußeren Austritt der Kanäle, so daß lediglich die bei Betrieb der Überbrückungskupplung wirksame Fliehkraft für eine Durchströmung der durch die Kanäle gebildeten Vertiefungen sorgt.

In der US-PS 4 445 599 ist eine weitere Überbrückungskupplung dargestellt, bei welcher der Kolben eine Ausnehmung aufweist, die mit Vertiefungen verbunden ist, welche in eine radial innerhalb des Reibbelags liegende Kammer münden. Bei dieser Ausführung der Überbrückungskupplung wird die Druckdifferenz zwischen dem Wandlerkreis und der Kammer für eine reichliche Durchströmung der Vertiefungen genutzt, jedoch ist die erzielbare Kühlwirkung sehr gering, weil die Vertiefungen auf einer Seite des Kolbens, der Reibbelag, welcher über seine Reibfläche mit einem anderen Wandlerelement in Anlage kommt, dagegen auf der anderen Seite des Kolbens angeordnet ist. An der Reibfläche entstehende Wärme muß demnach über den als Isolator wirksamen Reibbelag und den Kolben übertragen werden, bevor sie über das die Vertiefungen durchströmende Öl abführbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überbrückungskupplung an einem hydrodynamischen Drehmomentwandler so auszubilden, daß bei geringem, versuchsmäßigem Aufwand der Volumenstrom des vom Wandlerkreis kommenden Öls, welches Vertiefungen im Bereich der Reibfläche durchströmt, präzise an die jeweiligen Anforderungen anpaßbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben Merkmale gelöst. Durch die Maßnahme, die Ausnehmung im Vergleich zu der Vertiefung oder zu der dieselbe an die Ausnehmung anschließenden Verbindung mit kleinerer Querschnittsfläche auszubilden, ist die Ausnehmung als Drosselung wirksam, die den Druck des vom Wandlerkreis kom­ menden Öls erheblich reduziert, bevor das Öl in die Verbindung und anschließend in die Vertiefung eintreten kann. Im Anschluß an die Ausnehmung ist dagegen nur noch wenig Druckverlust zu verzeichnen, da sich das durchströmende Öl nach Verlassen der vergleichsweise engen Ausnehmung in die wesentlich größere Verbindung ergießen kann und sich, da auch die Vertiefung einen aus­ reichenden Querschnitt aufweist, nicht mehr durch eine weitere Engstelle zwängen muß. Dadurch bedingt, kann durch entsprechende Bemessung der als Drossel wirksamen Ausnehmung die Druckdifferenz zwischen dem Eingang dieser Ausnehmung und dem Ausgang der Vertiefung eingestellt werden, wobei über diese Druckdifferenz eine Einflußnahme auf den die Vertiefung durchfließenden Volumenstrom an Öl erfolgt. Wird hierbei im Rahmen eines Versuchs festgestellt, daß der Volumenstrom für eine ausreichende Kühlung der Reibfläche nicht aus­ reicht, so kann durch einfaches Vergrößern der Ausnehmung im Kolben, beispielsweise durch Aufbohrung, der Volumenstrom des Öls vergrößert werden, während für eine Reduzierung des Volumenstroms eine Verengung der Ausnehmung vorzunehmen ist.

Unabhängig vom jeweils die Vertiefung durchströmenden Volumenstrom ist durch die erfindungsgemäße Ausführung das Problem beseitigt, daß es aufgrund von die Vertiefungen durchströmenden Öls zu Abhubverlusten aufgrund eines vom Öl ausgeübten Gegendruckes und damit zu einer Reduzierung des über­ tragbaren Drehmomentes kommt. Die Beseitigung dieses Problems ist dadurch erfolgt, daß der Druck an der Ausnehmung und damit am Kolben bereits abgebaut wird, so daß das Öl bei Erreichen der Vertiefungen keinen Gegendruck mehr aufbauen kann, der im Bereich der Reibflächen wirksam ist und zu Abhubverlusten sowie, dadurch bedingt, zu einer Reduzierung des übertragbaren Drehmomentes führt.

Da es aufgrund der Ausnehmung im Kolben nicht mehr erforderlich ist, die Vertiefungen hinsichtlich ihrer Abmessungen und Geometrie an den jeweiligen Anwendungsfall anzupassen, kann eine Überbrückungskupplung in unterschied­ lichen Drehmomentwandlern verwendet werden. Dadurch ist verständlicherweise die Teilevielfalt erheblich reduzierbar.

In Anspruch 2 ist ein vorteilhafter Verlauf der Verbindung zwischen der Ausnehmung und der Vertiefung angegeben, wobei sich die Verbindung bei einer Überbrückungskupplung mit nur einer Reibfläche durch ein einzelnes Bauteil erstrecken kann, während sie bei einer Ausführung gemäß Anspruch 3, bei welcher eine Mehrzahl von Reibflächen vorgesehen sind, weitere Wand­ lerbauteile, wie beispielsweise eine Lamelle, die zur Aufnahme der Reibbeläge dient, durchdringen kann. Unabhängig von der jeweiligen Länge der Verbindung ist wesentlich, daß deren Querschnittsfläche größer als diejenige der Ausnehmung ist. Eine besonders einfache Ausführung für die Verbindung ist in Anspruch 4 dargelegt, da hierbei die Verbindung auf besonders einfache Weise in Form einer Bohrung herstellbar ist.

In Anspruch 5 ist eine Geometrie für die Vertiefung angegeben, durch welche die Reibfläche im gesamten Umfangsbereich kühlbar und das Öl nach Erfüllung seiner Funktion auf kürzest möglichem Weg aus dem Reibbereich herausführbar ist.

Bei einer Überbrückungskupplung ist die Betriebsweise derart, daß der Kolben für die Übertragung niedriger Drehmomente mit einem vergleichweise geringen Druck in Richtung zum Wandlergehäuse gepreßt wird. Hierbei ist nicht auszuschließen, daß es zu einem unerwünschten Schlupf an den Reibflächen kommt, so daß viel Wärme abzuführen ist. Des weiteren ist bei Kolben, die ohne einen Torsionsschwingungsdämpfer auskommen müssen, zur Dämpfung von Torsionsschwingungen ein Betrieb fahrbar, bei dem sich an den Reibflächen ein exakt vorbestimmbarer Schlupf auswirkt. Hierdurch wird erheblich Wärme frei. Demzufolge ist gerade bei solchen Betriebszuständen, bei denen Schlupf, unabhängig davon, ob er erwünscht oder unerwünscht ist, auftritt, eine intensive Kühlung der Reibflächen erforderlich, was eine erhöhte Durchflußmenge an Öl in den Vertiefungen notwendig macht. Dagegen wird der Kolben für die Übertragung hoher Drehmomente üblicherweise mit einem hohen Druck belastet, so daß es kaum zu Schlupf an den Reibflächen kommt. Es genügt folglich bei die­ sem Betriebszustand eine geringe Menge kühlenden Öls in den Vertiefungen. Um nun zu vermeiden, daß sich das die Vertiefungen durchströmende Öl genau umgekehrt verhält als erwünscht, daß nämlich mit zunehmendem Druck an der dem Wandlerkreis zugewandten Seite des Kolbens der Volumenstrom anwächst, ist die Maßnahme nach Anspruch 6 vorgesehen, wobei die Ausnehmungen bei niedrigen zu übertragenden Drehmomenten und demzufolge bei niedrigem vom Wandlerkreis erzeugten Druck allesamt geöffnet sind und demnach einen erheblichen Volumenstrom des Öls passieren lassen, während bei höheren zu übertragenden Drehmomenten und, damit verbunden, höherem Druck vom Wandlerkreis, zumindest ein Teil dieser Ausnehmungen durch die Ver­ schlußvorrichtung verschlossen wird. Hierdurch wird der Volumenstrom in den Vertiefungen erheblich reduziert. Anspruch 7 zeigt eine Weiterbildung zur Ausführung gemäß Anspruch 6, wobei über die Ansteuerung der Verschluß­ vorrichtungen unabhängig voneinander und bei unterschiedlichen zu übertragenden Drehmomenten eine besonders feinfühlige Bemessung des jeweils die Vertiefungen durchströmenden Öls möglich ist.

In Anspruch 8 ist eine konstruktive Ausführung für die zuvor erwähnte Verschlußvorrichtung angegeben. Hierbei wird folgendes technisches Prinzip ausgenutzt: ein erster Schaufelkranz ist anspruchsgemäß mit dem Turbinenrad fest verbunden und dreht sich demnach mit der Drehzahl des letztgenannten um die Wandlerachse. Ein zweiter Schaufelkranz ist dagegen am Kolben befestigt, der synchron oder nahezu synchron mit dem Wandlergehäuse angetrieben ist. Sobald der Kolben an seiner dem Turbinenrad zugewandten Seite nicht mehr der vollen Belastung unterliegt und demnach keine schlupffreie Reibverbindung mehr zwischen diesem und einer mit dem Turbinenrad drehfesten Lamelle über einen ersten Reibbelag einerseits und zwischen dieser Lamelle und dem Wandlergehäuse über einen zweiten Reibbelag andererseits vorliegt, wird das Turbinenrad über die Lamelle mit Schlupf gegenüber dem Wandlergehäuse und dem Kolben und damit mit einer Relativbewegung gegenüber denselben angetrieben. Die Folge hiervon ist, daß der dem Turbinenrad zugeordnete erste Schaufelkranz mit anderer Drehzahl als der am Kolben befestigte zweite Schaufelkranz angetrieben wird. Diese Drehzahldifferenz bewirkt eine Umfangskraft auf die Oberfläche der Schaufeln der beiden Schaufelkränze, wobei die Kraft mit dem Quadrat der Drehzahldifferenz ansteigt. Die Schaufel des zweiten Schaufelkranzes ist,in Umfangsrichtung gesehen, derart ausgebildet, daß sie gegenüber der Umfangskraft eine begrenzte Ausweichbewegung, vorzugsweise in Umfangsrichtung, ausführen kann und dadurch auf ein zugeordnetes Verschlußelement eine Bewegung in Umfangsrichtung ausübt, durch welche dieses veranlaßt wird, die Ausnehmung im Kolben zumindest teilweise freizugeben. Dadurch kann an der dem Turbinenrad zugewandten Seite des Kolbens unter Druck anliegendes Öl in bereits beschriebener Weise in die Ausnehmung eindringen. Es besteht demnach der Zusammenhang, daß bei zunehmendem Schlupf an den Reibbelägen die Ausnehmung aufgrund der Drehzahldifferenz zwischen den anspruchsgemäßen Schaufelkränzen weiter geöffnet wird und Öl von der Wandlereinheit durch die Ausnehmung zur Kühlung der Reibbeläge nachströmen kann. Ab einer vorbestimmbaren Drehzahldifferenz zwischen den Schaufelkränzen ist die Ausnehmung völlig geöffnet.

Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Lösung ist also die Auslenkbarkeit der Schaufel des mit dem Kolben fest verbundenen Schaufelkranzes in Umfangsrichtung. Anspruch 9 zufolge kann die Auslenkbarkeit der Schaufel dadurch erzielt werden, daß diese über zumindest eine Einspannstelle am Kolben befestigt und, gegenüber dieser Einspannstelle, in Umfangsrichtung unter der Wirkung der Umfangskraft verformbar ist. Bei dieser Auslenkbewegung kann das Verschlußelement durch Mitnahme über die Schaufel relativ gegenüber der zugeordneten Ausnehmung bewegt werden. Die Verformung der Schaufel wird vorzugsweise innerhalb des elastischen Bereichs gehalten, so daß diese bei einem Abbau der Umfangskraft aufgrund reduzierter Drehzahldifferenz zwischen den beiden Schaufelkränzen wieder in ihre Ruhestellung zurückkehrt und hierbei den Verschluß der Ausnehmung bewirkt. Nach Anspruch 10 ist dagegen vorgesehen, die Schaufel des zweiten Schaufelkranzes gelenkig am Kolben anzubringen und durch einen Kraftspeicher in dieser Position zu sichern. Bei Einwirkung der besagten Umfangskraft ist die Schaufel gegen die Kraft des sich verformenden Kraftspeichers auslenkbar, so daß eine zumindest teilweise Freigabe der Ausnehmung erzielbar ist. Ein Abbau der Umfangskraft hat dagegen aufgrund der Wirkung des Kraftspeichers eine Rückkehr der Schaufel in deren Ruhestellung und damit einen Verschluß der Ausnehmung zur Folge. Anspruch 11 gibt an, wie das Verschlußelement an der Schaufel in vorteilhafter Weise ausgebildet sein kann.

Wie bei Anspruch 7 bereits zum Ausdruck gebracht, kann es vorteilhaft sein, bei einer Mehrzahl von Ausnehmungen dieselben nicht gleichzeitig zu öffnen oder zu schließen, sondern in vorbestimmbarer Abfolge. Hierzu ist gemäß Anspruch 12 vorgesehen, jeder Ausnehmung eine Schaufel zuzuordnen, wobei die Schaufeln mit unterschiedlichen Steifigkeiten in Umfangsrichtung ausgeführt sind. Die Anzahl der unterschiedlichen Steifigkeiten wird von der Anforderung bestimmt, wieviele Schaltstufen durchlaufen werden sollen, bis sämtliche Ausnehmungen geöffnet sind. Das gleiche Ziel wird durch Anspruch 13 verfolgt, wobei anstatt am Kolben befestigte, in Umfangsrichtung elastische Schaufeln die Ausführung mit gelenkiger Anbringung Verwendung findet, so daß über die Abstimmung der die Schaufeln abstützenden Kraftspeicher im Hinblick auf deren Verformungswiderstand eine Mehrstufigkeit der Verschlußvorrichtung erzielt wird.

Unabhängig davon, ob der zweite Schaufelkranz lediglich eine Schaufel oder eine Mehrzahl hiervon aufweist, kann es zur Begrenzung des Auslenkweges in Richtung der Umfangskraft vorteilhaft sein, jeder Schaufel entsprechend Anspruch 14 einen Anschlag zuzuordnen. Vorzugsweise ist die Schaufel gemäß Anspruch 15 einerends entweder eingespannt oder gelenkig am Kolben aufgenommen, so daß sie, in Umfangsrichtung gesehen, eine Schwenkbewegung um ihre Auflagerstelle durchführen kann. Das Verschlußelement nimmt an dieser Schwenkbewegung teil, wobei der Weg desselben in Umfangsrichtung durch den radialen Abstand zur Auflagerstelle bestimmt wird.

In Anspruch 16 ist eine Anordnung der beiden Schaufelkränze zueinander angegeben, bei welcher in Achsrichtung so wenig als möglich Platz beansprucht wird und dennoch die erfindungsgemäße Wirkung eintritt.

Anspruch 17 gibt eine besonders zweckmäßige Ausbildung der Ausnehmung an, da diese sehr einfach durch eine Bohrung herstellbar und, sofern eine Vergrößerung der Querschnittsfläche notwendig sein sollte, auf einfache Weise aufbohrbar ist.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die obere Hälfte eines Schnittes durch eine Überbrückungskupplung für einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit einer Mehrzahl von Reibflächen und mit einer Einrichtung zur Kühlung derselben;

Fig. 2 eine vergrößerte Herauszeichnung der Einrichtung zum Kühlen;

Fig. 3 eine Darstellung der Einrichtung zum Kühlen aus der Ansicht A der Fig. 2;

Fig. 4 wie Fig. 3, aber aus der Ansicht B der Fig. 2;

Fig. 5 wie Fig. 2, aber mit nur einer Reibfläche zwischen Kolben und Wandlergehäuse.

Fig. 6 wie Fig. 1, aber mit einer Verschlußvorrichtung;

Fig. 7 eine vergrößerte Herauszeichnung einer Verschlußvorrichtung mit Blick auf einen Kolben der Überbrückungskupplung von der Seite der Wandlereinheit her;

Fig. 8 wie Fig. 7, aber mit einer anderer Ausführung der Verschlußvorrichtung.

Der prinzipielle Aufbau einer Überbrückungskupplung wird anhand Fig. 1 erläutert. Die Überbrückungskupplung 1 wirkt mit einem teilweise dargestellten Wandlergehäuse 2 zusammen, welches an der nicht gezeigten Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine befestigt ist. Im Wandlergehäuse 2 und mit axialem Abstand zu diesem ist ein Turbinenrad 3 angeordnet, welches an einer Turbinennabe 5 befestigt ist, die drehfest auf einer Abtriebswelle 6 sitzt.

Die Überbrückungskupplung 1 weist einen Kolben 7 auf, der über Niete 4 drehfest mit dem Wandlergehäuse 2 verbunden und aus einer Ruhestellung in begrenztem Umfang in Achsrichtung auslenkbar ist. Der Kolben 7 ist mit einem radial außenliegenden ebenen Bereich 8 versehen, der mit einem an einer La­ melle 10 befestigten Reibbelag 11 in Anlage bringbar ist. Die Lamelle 10 ist über einen Bügel 12 drehfest, aber axial verschiebbar mit dem Turbinenrad 3 verbunden. Sie trägt an ihrer dem Reibbelag 11 abgewandten Seite einen weiteren Reibbelag 13, der mit einem ebenen Bereich 14 des Wandlergehäuses 2 in Eingriff bringbar ist.

Der Kolben 7 ist, wie der Fig. 2 besser entnehmbar, im Erstreckungsbereich der Reibbeläge 11 und 13 mit einer Ausnehmung 15, vorzugsweise in Form einer Durchgangsbohrung 16 ausgebildet. Die Ausnehmung 15 weist eine sehr kleine Querschnittsfläche auf, so daß sie für vom Wandlerkreis kommendes Öl als Drossel 17 wirksam ist. Mit dieser Ausnehmung 15 fluchten je eine Öffnung 18 im Reibbelag 11, eine Öffnung 19 in der Lamelle 10 sowie eine Öffnung 20 im Reibbelag 13. Durch diese drei Öffnungen 18, 19, 20 wird eine Verbindung 21 zu einer Vertiefung 22 im Reibbelag 13 hergestellt. Eine ebensolche Vertiefung 22 verläuft im Reibbelag 11, wobei beide Vertiefungen 22 jeweils die Form eines in Umfangsrichtung des Reibbelags 11, 13, mit gleichbleibendem Radius sich erstreckenden Kanals 23 aufweisen. Weiterhin weist die Vertiefung 22 im Reibbelag 13 an den Kanal 23 angeschlossene, nach radial innen führende Abläufe 24 auf. Die Abläufe 24 münden mit ihrem jeweiligen inneren Ende in einer Kammer 25 (Fig. 1), die einerseits durch das Wandlergehäuse 2 und andererseits durch den Kolben 7 begrenzt ist. Radial innerhalb der Kammer 25 ist zwischen der Turbinennabe 5 und dem Wandlergehäuse 2 ein Einsatz 27 angeordnet, der mit Kanälen 28 ausgebildet ist. Über diese kann die Kammer 25 nach radial innen durchfließendes Öl ins Zentrum des Drehmomentwandlers ge­ langen, von wo aus es über eine Mittenbohrung 30 der Abtriebswelle 6 in einen Vorratsbehälter für Öl gepumpt werden kann.

An dieser Stelle sei eine kurze Beschreibung der Funktion der Überbrückungskupplung 1 angefügt. Das Wandlergehäuse 2 treibt mit dem von der Brennkraftmaschine kommenden Drehmoment eine Pumpe an, die über ein hydraulisches Medium, vorzugsweise Öl das Turbinenrad 3 zum Umlauf bewegt. Das letztgenannte überträgt über die Turbinennabe 5 diese Drehbewegung über eine Verzahnung 31, durch welche die Turbinennabe 5 mit der Abtriebswelle 6 in Eingriff steht, auf die letztgenannte, die in nicht gezeigter Weise mit einem Getriebe in Verbindung steht. Bei dieser Betriebsweise ist prinzipiell Schlupf zwi­ schen einem nicht dargestellten Pumpenrad des Drehmomentwandlers und dem Turbinenrad 3 vorhanden. Um diesen Schlupf in bestimmten Betriebszuständen ausschalten zu können, ist die Überbrückungskupplung 1 vorgesehen, die bei Druckbeaufschlagung des Kolbens 7 von der Turbinenradseite her bewirkt, daß der Kolben 7 über die Reibbeläge 11, 13 und die Lamelle 10 in Wirkverbindung mit dem Wandlergehäuse 2 gehalten wird. Dadurch wird das Drehmoment direkt vom Wandlergehäuse 2 sowie vom Kolben 7 über den jeweils zugeordneten Reibbelag 11, 13 auf die Lamelle 10 und von dieser über den Bügel 12 auf das Turbinenrad 3 übertragen, von wo aus es über die Verzahnung 31 der Turbi­ nennabe 5 auf die Abtriebswelle 6 gelangt. Der hydraulische Übertragungsweg durch die Überbrückungskupplung 1 ist somit geschlossen und es findet kein Schlupf mehr statt. Zum Lösen der Verbindung des Kolbens 7 zum Wandlergehäuse 2 wird die dem letztgenannten zugewandte Seite des Kolbens 7 über eine zugeordnete Versorgungsleitung mit Drucköl beaufschlagt, wodurch der Kolben vom Wandlergehäuse 2 entfernt und dadurch die mit den Reibbelägen 11, 13 versehene Lamelle 10 entlastet wird. Die Drehmomentübertragung auf die Reibbeläge 11, 13 sowie über die Lamelle 10 und den Bügel 12 auf das Turbinenrad 3 endet damit.

Wenn die Überbrückungskupplung 1 bei Beaufschlagung der dem Turbinenrad 3 zugewandten Seite des Kolbens 7 in Funktion ist, kann es zu einer Relativbewegung des Wandlergehäuses 2 sowie des Kolbens 7 gegenüber der Lamelle 10 und damit gegenüber den an dieser befestigten Reibbelägen 11, 13 kommen, was einen Schlupf an der Reibfläche zwischen dem Reibbelag 11 und dem Kolben 7 einerseits und dem Reibbelag 13 und dem Wandlergehäuse 2 andererseits zur Folge hat. Bedingt durch diesen Schlupf werden sich die Reibbeläge 11, 13, stärker aber noch die zugeordneten Wandlerbauteile, wie Wandlergehäuse 2 oder Kolben 7 erhitzen. Aus diesem Grund sind in den Reibbelägen 11, 13 die Vertiefungen 22 vorgesehen, welche von kühlendem Öl durchflossen werden. Dieses Öl stammt vom Wandlerkreis und wird, unter Druck stehend, in die Ausnehmung 15 hineingepreßt. Aufgrund der kleinen Durchmesserfläche derselben erfährt der Ölstrom hierbei einen erheblichen Druckverlust, bevor er in den Kanal 23 des Reibbelags 11 und, über die Verbindung 21, in den Kanal 23 des Reibbelags 13 eintritt. Aufgrund des Druckabbaus in der Ausnehmung 15 durchströmt das Öl die Kanäle 23 der Vertiefungen 22 mit geringem Druck, so daß keine Gefahr von Abhuberscheinungen der Lamelle 10 vom Wandlergehäuse 2 oder des Kolbens 7 von der Lamelle 10 besteht. Es sind demnach über die Verbindung 21 die Lamelle 10 und über die Vertiefungen 22 die Reibbeläge 11, 13 von kühlendem Öl durchströmbar, ohne daß Abhubverluste, welche eine Reduzierung des durch die Überbrückungskupplung 1 übertragbaren Drehmomentes zur Folge hätten, anfallen.

Nach Durchströmung der Vertiefungen 22 verläßt das Öl durch die Abläufe 24 den Reibbelag 13 nach radial innen und gelangt in die Kammer 25, von wo aus es in bereits beschriebener Weise über die Kanäle 28 des Einsatzes 27 und die Mittenbohrung 30 in der Abtriebswelle 6 in einen Vorratsbehälter gelangt.

Wird bei Versuchs betrieb mit der Wandlerüberbrückungskupplung 1 festgestellt, daß das Volumen des Ölstroms zu gering ist, kann dieser Volumenstrom durch Vergrößerung der Ausnehmung 15 im Kolben 7 problemlos gesteigert werden, ohne daß Eingriffe auf die Gestaltung oder die Querschnittsfläche der Vertiefungen 22 genommen werden müßte. Für den Fall, daß die Ausnehmung 15 als Durchgangsbohrung 16 ausgebildet ist, genügt ein einfaches Aufbohren dieser Ausnehmung zur Steigerung des Volumenstroms. Die Wirkung der Ausnehmung 15 als Drossel 17 wird hierdurch reduziert, wodurch sich der Öldruck in den Vertiefungen 22 etwas erhöht. Diese Erhöhung wird allerdings bei weitem nicht so hoch sein wie bei Überbrückungskupplungen ohne die erfindungsgemäße Ausnehmung 15, da bei diesen der Ölstrom ungedrosselt von radial außen nach radial innen die Reibbeläge durchströmt und demnach gerade im radial äußeren Bereich die unerwünschten Abhubverluste begünstigt.

In Fig. 5 ist eine vereinfachte Ausführung der Überbrückungskupplung 1 angegeben, bei welcher am Kolben 7 ein Reibbelag 35 befestigt ist, der mit seiner vom Kolben 7 abgewandter Seite am Wandlergehäuse 2 in Anlage bring bar ist. Wie auch bei der Ausführung gemäß Fig. 1 weist der Kolben 7 eine Ausnehmung 15 auf, die mit einer Verbindung 21 in Form einer Öffnung 36 fluchtet. Die letztgenannte ist an eine Vertiefung 22 angeschlossen, die ebenso ausgebildet ist wie die Vertiefung beim Reibbelag 13. Bei dieser Ausführung werden Drehmomente vom Wandlergehäuse 2 über den Reibbelag 35 auf den Kolben 7 und von diesem in nicht gezeigter Weise auf das Turbinenrad 3 übertragen, von wo aus das Drehmoment über die Turbinennabe 5 mittels deren Verzahnung 31 auf die Abtriebswelle 6 geleitet wird. Bei wirksamer Überbrückungskupplung 1 kann es zu einer Relativbewegung zwischen dem Wandlergehäuse 2 und dem Kolben 7 und damit zu Schlupf zwischen dem Wandlergehäuse 2 und dem Reibbelag 35 kommen, wodurch sich der letzt­ genannte, stärker aber noch das Wandlergehäuse 2 erhitzt. Aus diesem Grund wird über die Ausnehmung 15 Öl, das mit Druck vom Turbinenrad 3 kommt, gedrosselt und anschließend über die Verbindung 21 an die Vertiefung 22 weitergeleitet, von wo es nach Kühlung des Wandlergehäuses 2 nach radial innen in die Kammer 25 abströmt.

Gemäß Fig. 6 ist am Turbinenrad 3 ein erster Schaufelkranz 41 und an der dem Turbinenrad 3 zugewandten Seite des Kolbens 7 ein zweiter Schaufelkranz 42 einer Verschlußvorrichtung 40 für die Ausnehmung 15 angeordnet. Der erste Schaufelkranz 41 weist eine Mehrzahl von mit gleichen Abständen zueinander angeordneten starren Schaufeln 45 auf, während der zweite Schaufelkranz 42 mit einer Schaufel 43 versehen ist, die im radial äußeren Bereich eine Einspannstelle 47 am Kolben 7 aufweist und hierdurch in Drehrichtung fest mit dem letztgenannten verbunden ist. Ausgehend von dieser Einspannstelle 47 nach radial innen ist die Schaufel 43 aufgrund hoher Elastizität in Umfangsrichtung verformbar, und zwar mit bei zunehmendem Abstand von der Einspannstelle 47 größerem Verformungsweg. Im Erstreckungsbereich der Ausnehmung 15 im Kolben 7 ist die Schaufel 43 mit einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Lasche 53, die als Verschlußelement 44 für die Ausnehmung 15 wirksam ist, versehen. Diese Lasche 53 wird, in Achsrichtung gesehen, in Anlage an der Ausnehmung 15 gehalten. Die Funktionsweise ist nun die, daß bei Schlupf zwischen dem Wandlergehäuse 2 und der Lamelle 10 einerseits und sowie dem Kolben 7 und der Lamelle 10 andererseits an den Reibbelägen 11 und 13 erhebliche Hitze entsteht, die abzuführen ist. Aufgrund dieses Schlupfes wird das Turbinenrad 3 über den Bügel 12 durch die Lamelle 10 mit einer Relativbewegung zu Wandlergehäuse 2 und Kolben 7 angetrieben, so daß eine Drehzahldifferenz zwischen den beiden Schaufelkränzen 41 und 42 entsteht. Diese Drehzahldifferenz hat aus strömungstechnischen Gründen die Bildung einer Umfangskraft zwischen den Schaufeln 45 des ersten Schaufelkranzes 41 und der Schaufel 43 des zweiten Schaufelkranzes 42 zur Folge, wobei diese Umfangskraft mit dem Quadrat der Drehzahldifferenz ansteigt. Mit zunehmender Umfangskraft, die eine elastische Verformung der Schaufel 43 in Umfangsrichtung auslöst, wird die Lasche 53, in Umfangsrichtung gesehen, gegenüber der Ausnehmung 15 verschoben und zwar um so mehr, je stärker die Schaufel 43 durch die Umfangskraft aus ihrer Ruhestellung ausgelenkt wird. Eine Begrenzung dieser Auslenkweite ist dadurch erzielbar, daß der Schaufel 43 an deren von der Einwirkung der Umfangskraft abgewandten Seite ein Anschlag 55 zugeordnet ist, an dem sie zur Anlage kommt. Die Ausnehmung 15 ist demnach maximal geöffnet, wenn der Schlupf an den Reibbelägen 11, 13 ein vorbestimmbares Maximum erreicht hat. Vom Wandlergehäuse 2 kommendes Öl kann demnach in vollem Umfang durch die Ausnehmung 15 zu den Kanälen 23 der Vertiefungen 22 in den Reibbelägen 11 und 13 fließen, um die letztgenannten zu kühlen. Folglich steht gerade dann der maximale Kühlölstrom an, wenn aufgrund hohen Schlupfes viel Wärme an den Reibbelägen 11, 13 entstanden ist, die nun abgeführt werden muß.

Bei Reduzierung des Schlupfes und damit verbundener geringerer Wärmeentfaltung wird sofort die Drehzahldifferenz zwischen den beiden Schaufelkränzen 41 und 42 und damit der Betrag der Umfangskraft reduziert, so daß die Schaufel 43, die nur elastisch ausgelenkt war, in ihre Ausgangsstellung zurückfedern kann und über die Lasche 53 die Ausnehmung 15 zumindest teilweise wieder verschließt.

Für den Fall, daß eine Mehrzahl von Ausnehmungen 15 im Kolben 7, verteilt über den Umfang, vorgesehen sind, und diese mehrstufig geöffnet werden sollen, besteht die Möglichkeit, jeder Ausnehmung 15 eine eigene Schaufel 43 zuzuordnen, wobei die Schaufeln 43 mit unterschiedlicher Steifigkeit in Umfangsrichtung ausgeführt werden können. Eine unterschiedliche Steifigkeit ist hierbei durch eine Mehrzahl von Faktoren erzielbar, beispielsweise durch Änderung des Abstandes der Lasche 53 von der Einspannstelle 47, durch Wahl der konstruktiven Ausbildung der als Biegebalken wirksamen Schaufel 63 und durch Auswahl des Materials, sowie der Dicke der Schaufeln 43 in Umfangsrichtung. In Abhängigkeit davon, wieviele unterschiedlich ausgebildete bzw. eingespannte Schaufeln 43 im zweiten Schaufelkranz 42 enthalten sind, wird die Anzahl an Stufen, in denen die Ausnehmungen 15 zuschaltbar sind, festgelegt. Dadurch ist der Zustrom von Öl zu den Reibbelägen 11, 13 sehr fein fühlig regelbar.

Die Schaufel 43 kann starr ausgebildet sein, wenn sie über eine Gelenkverbindung 50 (Fig. 8) in Umfangsrichtung auslenkbar im Umfangsbereich des Kolbens 7 angelenkt ist. Zumindest ein in Fig. 8 gezeigter Kraftspeicher 51 in Form einer Blattfeder sorgt dafür, daß die Schaufel 43, solange keine Umfangskraft auf sie einwirkt, in ihrer Ruhestellung gehalten wird. Sobald aufgrund einer Drehzahldifferenz zwischen den beiden Schaufelkränzen 41 und 42 die Umfangskraft auftritt, lenkt diese die Schaufel 43 gegen die Wirkung des Kraftspeichers 51 aus, wobei die Schaufel 43 eine Schwenkbewegung um die Gelenkverbindung 50 ausführt. Selbstverständlich wird bei dieser Bewegung die Lasche 53 mitbewegt und die zugeordnete Ausnehmung 15 geöffnet. Bei Reduzierung des Schlupfes an den Reibbelägen 11, 13 und damit bei einem Abbau der Drehzahldifferenz zwischen den beiden Schaufelkränzen 41 und 42 sinkt die Umfangskraft, so daß sich der Kraftspeicher 51 wieder entspannen kann und die Schaufel 43 in deren Ruhestellung zurückdrückt. Die Lasche 53 verschließt dann die Ausnehmung 15 wieder.

Die Auslenkweite einer Schaufel 43, die über eine Gelenkverbindung 50 mit dem Kolben 7 in Eingriff ist, kann ebenso wie bei der zuvor beschriebenen, in Umfangsrichtung elastischen Schaufel 43 mit einem Anschlag 55 zur Begrenzung der Auslenkweite zusammenwirken. Ebenso ist denkbar, bei Verwendung einer Mehrzahl von Schaufeln 43, von denen jede jeweils einer Ausnehmung 15 zugeordnet ist, die Kraftspeicher 51 mit unterschiedlicher Federkonstante und damit unterschiedlichen Verformungswiderstand auszubilden und demnach ein mehrstufiges Öffnungsverhalten der Verschlußvorrichtung 40 zu erzielen.

Claims (17)

1. Hydrodynamischer Drehmomentwandler mit einer Überbrückungskupplung, die einen über wenigstens einen Reibbelag mit dem Wandlergehäuse verbindbaren, in Achsrichtung auslenkbaren Kolben umfaßt, der mit seiner dem Wandlergehäuse zugewandten Seite eine Kammer begrenzt, in der bei wirksamer Überbrückungskupplung ein gegenüber dem Wandlerkreis geringerer Druck anliegt und der im Bereich der Reibfläche wenigstens eine Vertiefung zum Durchfluß von Hydraulikflüssigkeit aus dem Wandlerkreis, vorzugsweise von Öl, ausgebildet ist, die im Bereich des radial inneren Endes des Reibbelags in die Kammer mündet, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (22) über zumindest eine Verbindung (21) zu wenigstens einer im Kolben (7) ausgebildeten Ausnehmung (15) an den Wandlerkreis angeschlossen ist, wobei die Ausnehmung (15) zur Erzeu­ gung eines Druckabfalls gegenüber dem Wandlerkreis im Vergleich zu der Verbindung (21) mit der Vertiefung (22) oder zu der letztgenannten mit kleinerer Querschnittsfläche ausgebildet ist.

2. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (21) zumindest ein Bauteil (10, 11, 13; 21) der Überbrückungskupplung durchdringt und mit vorbestimmbarem Winkel gegenüber der jeweiligen Vertiefung (22) verläuft.

3. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (21) eine Mehrzahl von zwischen dem Kolben (7) und dem Wandlergehäuse (2) vorgesehene Wandlerbauteile (10, 11, 13) durchdringt und in jedem Wand­ lerbauteil (10, 11, 13) eine demselben zugeordnete Querschnittsfläche aufweist.

4. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (21) mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet ist.

5. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (22) durch wenigstens einen in Umfangsrichtung des Reibbelags (11, 13; 35) verlaufenden Kanal (23) und zumindest einen nach radial innen führenden Ablauf (24) gebildet wird.

6. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Ausnehmungen (15) im Kolben (7) vorgesehen sind, von denen zumindest ein Teil mit einer Verschlußvorrichtung (40) ausgebildet ist, die in Abhängigkeit vom zu übertragenden Drehmoment zuschaltbar ist.

7. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Verschlußvorrichtungen (40) vorgesehen ist, von denen jede die zugeordnete Ausnehmung (15) bei einem bestimmten Drehmoment verschließt.

8. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 1 und 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußvorrichtung (40) einen mit dem Turbinenrad (3) fest verbundenen ersten Schaufelkranz (41) und einen benachbart zu diesem angeordneten, am Kolben (7) an dessen dem Turbinenrad (3) zugewandter Seite befestigten zweiten Schaufelkranz (42) mit zumindest einer Schaufel (43) aufweist, die als Träger für ein Verschlußelement (44) pro Ausnehmung (15) im Kolben (7) vorgesehen und, aufgrund der Wirkung einer durch Relativdrehung zwischen den Schaufelkränzen (41, 42) hervorgerufenen Umfangskraft, jeweils unter Mitnahme des hierdurch die zugeordnete Ausnehmung (15) freigebenden Verschlußelementes (44) aus ihrer Ruhelage auslenkbar ist.

9. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufel (43) mit vorbestimmbarer Elastisizität in Umfangsrichtung ausgebildet ist und zumindest eine Einspannstelle (47) am Kolben (7) aufweist, gegenüber der die Schaufel (43) durch die Umfangskraft elastisch verformbar ist und hierdurch eine Relativbewegung des Verschlußelementes (44) gegenüber der Ausnehmung (15) erzeugt.

10. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufel (43) über eine Gelenkverbindung (50) an der Einspannstelle (47) am Kolben (7) angreift, wobei die Gelenkverbindung (50) eine durch die Umfangskraft auslösbare Auslenkung der Schaufel (43) aus deren Ruhelage gegen die Wirkung wenigstens eines Kraftspeichers (51) bewirkt, an welchem sich die Schaufel (43) gegen die Umfangskraft abstützt.

11. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß an der Schaufel (43) eine Lasche (53) angeformt ist, die als Verschlußelement (44) für die zugeordnete Ausnehmung (15) dient und, bei Auslenkung der Schaufel (43) aus deren Ruhelage, von der Ausnehmung (15) entfernt wird.

12. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Schaufeln (43) für eine entsprechende Anzahl von Ausnehmungen (15) vorgesehen ist, die mit mindestens zwei unterschiedlichen Steifigkeiten in Umfangsrichtung ausgeführt sind.

13. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 7 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Schaufeln (43) für eine entsprechende Anzahl von Ausnehmungen (15) vorgesehen ist, deren zugeordnete Federn (51) mit mindestens zwei unterschiedlichen Federkonstanten ausgeführt sind.

14. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schaufel (43) ein Anschlag (55) zugeordnet ist, durch welchen der Auslenkweg der Schaufel (43) in Richtung der Umfangskraft begrenzbar ist.

15. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufel (43) einerends, vorzugsweise an ihrem radial äußeren Ende, am Kolben (7) eingespannt ist.

16. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet,daß der erste Schaufelkranz (41) radial innerhalb des zweiten Schaufelkranzes (42) angeordnet ist.

17. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 1, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Ausnehmung (15) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.