DE19622593C2 - Überbrückungskupplung eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers - Google Patents

Description

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

Es ist bereits ein hydrodynamischer Drehmomentwandler mit einer Überbrüc­ kungskupplung (z. B. DE 44 25 912 A1) bekannt, die durch einen im Bereich der Reibfläche elastisch verformbaren Kolben ankuppelbar ist. Die Funktionsweise der Überbrückungskupplung ist derart, daß der Kolben für die Übertragung niedrige­ rer Drehmomente mit einem vergleichsweise geringeren Druck in Richtung zum Wandlergehäuse gepreßt wird und dadurch ein Bruchteil der Reibfläche des ela­ stisch verformbaren Kolbens durch schwache Flächenpressung in Wirkverbindung mit dem Wandlergehäuse steht. Es wirkt sich ein Schlupf aus, wodurch erhebli­ che Wärme frei wird. Zur Abführung dieser Wärme wird Öl, durch die radial aus­ gebildeten Kanäle, die in den die Reibfläche tragenden Bauteile ausgebildet sind, geleitet. Diese Kanäle verjüngen sich radial nach innen. Mit steigendem Druck vom Wandler nimmt sowohl die elastische Verformung des Kolbens, als auch die Flächenpressung der Kontaktfläche zu. Durch die elastische Verformung nimmt der Anteil der aufliegenden Reibfläche zu, womit durch die nach innen verjüngen­ den Kanäle die Durchflußquerschnitte der Kanäle verkleinert werden. Dadurch wird die Durchflußmenge an Hydraulikflüssigkeit in Abhängigkeit von der auflie­ genden Reibfläche reduziert. Mit steigendem vom Wandler wirkendem Druck nimmt die Flächenpressung der Reibfläche zu, wodurch der Schlupf und die da­ durch entstehende Wärme abnehmen.

Problematisch ist, daß insbesondere bei niedrigen Drücken, die bei der Kupplung entstehende Verlustwärme an dem geringen Anteil der Reibfläche, über den an­ gekuppelt ist, anfällt. Dadurch ist die Gefahr der Überhitzung der angekuppelten Reibfläche gegeben, was ihre Zerstörung zur Folge hat.

Hinzu kommt, daß bei niedrigen sowie bei sehr hohen zu übertragenden Drehmomenten, die Reibfläche nur teilweise zur Auflage kommt, was eine un­ gleichmäßige Abnutzung des letztgenannten zur Folge hat. Je nach momentaner Form der Reibflächenoberfläche, die durch die individuelle Benutzung der Kupp­ lung entstanden ist, kommt es zu individuellen Kupplungseigenschaften. Da die Kupplungseigenschaften für den Fahrer aus Sicherheitsgründen kalkulierbar sein müssen, ist dadurch die Lebensdauer der Überbrückungskupplung herabgesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überbrückungskupplung an einem hydrodynamischen Drehmomentwandler so weiterzubilden, daß mit geringem konstruktiven Aufwand bei hoher Lebensdauer der Überbrückungskupplung der vom Wandlerkreis kommende Kühlmittelstrom an den jeweiligen Kühlmittelbedarf anpaßbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Anspruch 1 gelöst.

Durch die Maßnahme, eine Reibzone so weiterzubilden, daß sowohl die Durch­ flußmenge an Kühlflüssigkeit, als auch die mit der Gegenreibfläche in Wirkverbin­ dung stehend absolute Fläche der Reibzone, von dem vom Wandler ausgeübten Druck steuerbar ist, wird ein hydrodynamischer Drehmomentwandler mit höherer Leistungsfähigkeit geschaffen. Bei niedrigen zu übertragenden Drehmomenten wirkt ein geringer Druck vom Wandler auf den Kolben. Dadurch steht nur der Teil der Reibzone mit der Gegenreibfläche in Kontakt, der den geringsten axialen Abstand von der Gegenreibfläche im Ruhezustand des Wandlers hat. Die in die­ sem Bereich der Reibzone vorhandenen Kanäle sind so gestaltet, daß der für die Kühlung erforderliche Durchfluß an Hydraulikflüssigkeit gewährleistet ist. Da­ durch wird die durch den Schlupf entstehende Wärme abgeführt. Durch den Kühl­ mittelstrom baut sich ein dem Anpreßdruck entgegenwirkender Druck auf, der in diesem Druckbereich trotz auftretender Abhubverluste am Kolben wegen des je­ derzeit steigerbaren Anpreßdruckes am Kolben allerdings akzeptiert werden kann.

Mit steigendem Anpreßdruck nimmt zum einen die Übertragungsfähigkeit, durch stärkere Flächenpressung zu als auch durch Vergrößerung der in Wirkverbindung stehenden Fläche der Reibzone zu, wodurch Schlupf und freiwerdende Wärme reduziert sind.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben. Beispielsweise kann vorgesehen sein, daß wenigstens ein Reibbelag der Reibbelaganordnung axial elastisch ist und daß durch axiale Kompression des wenigstens einen axial elastischen Reibbelags die Fluiddurch­ flußmenge durch den wenigstens einen Kanal reduzierbar ist. Ferner kann vorgesehen sein, daß die Reibbelaganordnung radial aufeinanderfolgend wenigstens zwei Reibbeläge aufweist, welche jeweils eine Reibzone bilden, wobei die Axialerstreckung des zuerst mit der Gegenreibfläche in Wirkver­ bindung tretenden Reibbelags veränderbar ist und wobei die wenigstens zwei Reibbeläge mindestens einer Reibzone unterschiedliche Axialerstreckung aufweisen. Mit steigendem Druck reduziert sich die axiale Ausdehnung und die Anzahl der in Wirkverbindung mit Gegenreibflächen stehenden Reibbeläge vergrößert sich. Die bei Druckerhöhung mit Gegenreibflächen in Kontakt tretenden Reibbeläge können eine geringere Elastizität aufweisen. Dies bedeutet also, daß der Reibbelag mit der größten axialen Erstreckung durch den im Wandler vorherrschenden Druck axial elastisch verformbar ist. Ferner kann vorgesehen sein, daß wenigstens einer der Reibbeläge der Reibbelag­ anordnung auf einem angefederten Bauteil vorgesehen ist. Beispielsweise kann diese Anfederung durch eine Ringfeder erhalten werden. Der im Bereich der Reibflächen vorgesehene wenigstens eine Kanal erstreckt sich über die gesamte Reibzone, so daß die Hydraulikflüssigkeit die gesamte Reibzone durchströmen kann. Bei Vorsehen elastischer Reibbeläge kann dann der Durchflußquerschnitt für die Hydraulikflüssigkeit mit steigendem Anpreßdruck verringert werden bzw. bei mehreren sukzessive mit Gegenreibflächen in Wirkkontakt tretenden Reibbelägen können die bei erst mit erhöhtem Fluiddruck wirksam werdenden Reibbelägen Kanäle mit kleinerem Querschnitt vorgesehen sein.

Eine Reduzierung des die Reibzone durchströmenden Hydraulikflüssigkeitsstroms ist auch durch die Ausbildung eines Kanalsystems erreichbar. Wird z. B. die Hy­ draulikflüssigkeit innerhalb der Reibzone bzw. des Reibbelages entgegen die von dem Wandler vorgegebene Strömungsrichtung umgelenkt, so wird dadurch die Strömungsgeschwindigkeit reduziert.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die nebeneinander angeordneten, ein gemeinsames Nutbild aufweisenden Reibbeläge durch das Vorsehen eines Poly­ gonzuges an der Verbindungsstelle der Reibbeläge eine lageorientierte Montage vorzugeben. Durch die polygonzugförmigen, formschlüssig ineinander greifenden Reibbeläge ist die Lage der Reibbeläge zueinander fest vor­ gegeben.

Bei einer Reibzone mit mehreren nebeneinander angeordneten Reibbelägen ist es möglich, daß zuerst der radial innere oder der radial äußere Reibbelag mit der Ge­ genreibfläche in Wirkkontakt tritt. Es hat sich jedoch als vorteilhaft herausgestellt zuerst den radial äußeren Reibbelag in Wirkkontakt treten zu lassen, da durch den größeren mittleren Radius des Reibbelages eine stärkere Kupplung erreicht wird.

Die Erfindung ist in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt und wird nachfol­ gend näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 die obere Hälfte eines Schnittes durch eine Überbrückungskupplung für einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit einer Mehrzahl von Reibzonen und mit einer Einrichtung zum Kühlen;

Fig. 2 die vergrößerte Darstellung der Lamelle mit beidseitig auf der Lamelle angeordnete, aus jeweils zwei Reibbelägen bestehende Reibzone im druckentlasteten Zustand, entsprechend Fig. 1;

Fig. 3 wie Fig. 2 im druckbelasteten Zustand;

Fig. 4 Draufsicht auf den oberen Reibbelag einer Reibzone mit polygonförmiger radialer Innenseite;

Fig. 5 Draufsicht auf einen unteren Reibbelag der Reibzone mit polygonförmi­ ger radialer Außenseite;

Fig. 6 Draufsicht auf eine auf der Lamelle sitzenden Reibzone, wobei innere und äußere Reibbeläge formschlüssig verbunden sind;

Fig. 7 Schnitt durch eine Lamelle, die im Bereich des äußeren Reibbelages einseitig angefedert ist, im druckunbelastetem Betriebszustand;

Fig. 8 wie Fig. 7 im druckbelastetem Betriebszustand;

Fig. 9 wie Fig. 7, nur beidseitig angefedert, im druckunbelastetem Betriebs­ zustand;

Fig. 10 wie Fig. 9 beidseitig angefedert, im druckbelastetem Betriebszustand.

Fig. 11 Überbrückungskupplung mit einer beidseitig mit Reibfläche verschiede­ ner Elastizität versehenen Lamelle.

Der prinzipielle Aufbau einer Überbrückungskupplung wird anhand Fig. 1 erläu­ tert. 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 im radial inneren Bereich über eine Feder 30 mit einer Halterung 31 drehfest mit dem Wandlerge­ häuse 2 verbunden und aus einer Ruhestellung in begrenztem Umfang in Achs­ richtung auslenkbar ist. Der Kolben 7 ist mit einem radial außen liegenden ebenen Bereich 8 versehen, der mit einer an einer Lamelle 10 befestigten Reibzone 11 in Anlage bringbar ist. Diese Reibzone 11 besteht aus zwei Reibbelägen 17, 18 mit unterschiedlicher axialer Ausdehnung, wobei der Reibbelag 17 mit der größeren axialen Ausdehnung radial außen angeordnet ist. Die Lamelle 10 ist über einen Bügel 12 drehfest, aber axial verschiebbar mit dem Turbinenrad 3 verbunden. Sie trägt an ihrer der Reibzone 11 abgewandten Seite eine weitere Reibzone 13. Die­ se Reibzone 13 besteht aus zwei Reibbelägen 15, 16 mit unterschiedlicher axialer Ausdehnung, wobei der Reibbelag mit der größeren axialen Ausdehnung 15 radial außen angeordnet ist. Diese Reibzone 13 tritt mit einem ebenen Bereich 14 des Wandlergehäuses 2 in Wirkkontakt. Diese auf der Lamelle 10 angeordneten Reib­ beläge 15, 16, 17, 18 sind mit Kanälen 19 in Form von Nuten 19a versehen, wie Fig. 6 entnehmbar.

Der Verlauf der Nuten 19a in den Reibbelägen ist derart, daß eine Kammer 25, die einerseits durch das Wandlergehäuse 2 und andererseits durch den Kolben 7 begrenzt ist, durch diese Nuten für vom Wandler stammendes Öl erreichbar ist. Radial innerhalb der Kammer 25 ist zwischen der Turbinennabe 5 und dem Wandlergehäuse 2 eine Bohrung 27 angeordnet. Über diese Bohrung 27 kann das in die Kammer 25 nach radial innen durchfließendes Öl ins Zentrum des Drehmomentwandlers gelangen, von wo aus es über eine Mittenbohrung 26 der Abtriebswelle 6 in einen Vorratsbehälter für Öl gepumpt werden kann.

An dieser Stelle sei eine kurze Beschreibung der Funktion der Überbrückungs­ kupplung 1 angefügt. Das Wandlergehäuse 2 treibt mit dem von der Brennkraft­ maschine kommenden Drehmoment eine Pumpe an, die über ein hydraulisches Medium, vorzugsweise Öl, das Turbinenrad 3 zum Umlauf bewegt. Das letztge­ nannte überträgt über die Turbinennabe 5 diese Drehbewegung über eine Ver­ zahnung 29, 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 zwischen einem Pumpenrad des Drehmomentwandlers und dem Turbinenrad 3 vorhanden. Um diesen Schlupf in bestimmten Betriebszuständen ausscheiden zu können, ist die Überbrückungskupplung 1 vorgesehen, die bei Druckbeaufschlagung des Kol­ bens 7 von der Turbinenradseite her bewirkt, daß der Kolben 7 über die Reibzo­ nen 11 und 13 und die Lamelle 10 in Wirkverbindung mit dem Wandlergehäuse gehalten wird. Dadurch wird das Drehmoment direkt vom Wandlergehäuse 2 sowie vom Kolben 7 über die jeweils zugeordneten Reibzonen 11 und 13 auf die Lamelle 10 und von dieser über den Bügel 12 auf das Turbinenrad 3 übertragen, von wo aus es über eine Verzahnung 29 der Turbinennabe 5 auf die Abtriebswel­ le 6 gelangt. Der hydraulische Übertragungsweg ist somit durch die Überbrüc­ kungskupplung 1 geschlossen und es findet kein Schlupf mehr statt. Zum Lösen der Verbindung des Kolbens 7 zum Wandlergehäuse 2 wird die im letztgenannten zugewandte Seite des Kolbens 7 über eine zugeordnete Versorgungsleitung 20 mit Drucköl beaufschlagt, wodurch der Kolben vom Wandlergehäuse 2 entfernt und dadurch die mit den Reibzonen 11 und 13 versehene Lamelle 10 entlastet wird. Die Drehmomentübertragung auf die Reibzonen 11 und 13 sowie über die Lamelle 10 und den Bügel 12 auf das Turbinenrad 3 endet damit.

Wenn die Überbrückungskupplung 1 bei Beaufschlagung der dem Wandlergehäu­ se 2 zugewandten Seite des Kolbens 7 in Funktion ist, kann es durch Aufbau ei­ nes gezielten Schlupfes zur Torsionsdämpfung zu einer Relativbewegung des Wandlergehäuses 2 sowie des Kolbens 7 gegenüber der Lamelle 10 und damit den Reibbelägen 15-18 der Reibzonen 11 und 13 kommen. Bedingt durch diesen Schlupf werden sich die in Wirkverbindung stehenden Reibbeläge der Reibzo­ nen 11 und 13 sowie die zugeordneten Wandlerbauteile, wie Kolben 7 und Wandlergehäuse 2 erhitzen. Aus diesem Grund sind Nutungen 19a in den die Reibzonen 11, 13 bildenden Reibbelägen 15-18 für Kühlflüssigkeit vorgesehen. Diese Kühlflüssigkeit stammt vom Wandler und fließt aufgrund des Druckgefälles zwischen Wandler und der Kammer 25 durch die Nutungen 19a. Dieses in die Kammer 25 strömende Öl führt auf der einen Seite die durch den Schlupf frei­ werdende Wärme ab, auf der anderen Seite erzeugt es einen unerwünschten Ge­ gendruck zu dem auf den Kolben wirkenden Anpreßdruck. Dadurch wird die re­ sultierende Anpreßkraft reduziert, was die Übertragungsfähigkeit der Kupplung mindern würde.

Um diesem Effekt entgegenzuwirken dienen die erfindungsgemäßen Reibzo­ nen 11, 13, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt. Eine Reibzone 11, 13 besteht jeweils aus zwei Reibflächen 15 u. 16; 17 u. 18, die radial benachbart sind. Bei gerin­ gem zu übertragendem Drehmoment wirkt ein niedriger Anpreßdruck und es ste­ hen nur die Reibbeläge 15, 17 mit der größten axialen Ausdehnung und vorzugs­ weise einer höheren Elastizität in Wirkverbindung mit der Gegenreibfläche, siehe Fig. 2. Mit Erhöhung des Anpreßdruckes nimmt die Flächenpressung zu, wobei der Schlupf und die damit freiwerdende Wärme abnehmen. Dadurch ist die axiale Ausdehnung der in Wirkverbindung stehenden Reibbeläge in Abhängigkeit vom Anpreßdruck durch die Wahl der Elastizität einstellbar. Ist der vom Wandler wir­ kende Druck so groß, daß die mit der Gegenreibfläche in Wirkkontakt stehenden Reibbeläge 15, 17 dieselbe axiale Ausdehnung wie die Reibbeläge 16, 18 auf­ weisen, so treten auch diese Reibbeläge 16, 18 in Wirkkontakt, wie in Fig. 3 dar­ gestellt. Die Kupplung nimmt durch die Zunahme der in Eingriff stehenden Fläche sowie durch die durch die stärkere Flächenpressung durch den vom Wandler wir­ kenden, höheren Druck zu.

Mit der Reduzierung der axialen Ausdehnung der Reibbeläge der Reibzonen geht eine Verkleinerung der Nutquerschnitte einher, wodurch der die Reibzonen durch­ strömende Kühlmittelstrom reduziert ist. Zusätzlich kann durch ein sich in dem zweitem Reibbelag einer Reibzone fortsetzendes Nutbild, wie in Fig. 6 dargestellt, eine Reduzierung der diese Reibzone durchströmende Kühlmittelstrom durch eine Richtungsänderung des Nutverlaufs, sowie kleinerer Querschnitte der Nuten, er­ zielt werden. Die größere axiale Ausdehnung von Reibbelägen kann auch durch das Anbringen der Reibbeläge auf angefederten Bauteilen erreicht werden. Bei solch einer Überbrückungskupplung können auch beide Reibbeläge 23 einer Reib­ zone dieselben Elastizitäten aufweisen. In Fig. 7 ist eine einfache Konstruktion einer Anfederung mittels Ringfeder 8 dargestellt, die sich im druckentlasteten Zustand befindet. Im druckbelasteten Zustand befinden sich die Oberflächen der Reibbeläge einer Reibzone auf gleichem Niveau (s. Fig. 8). Die Lamelle kann auch beidseitig angefedert sein (Fig. 9, 10). Zum Einstellen des Arbeitsbereiches der Feder und zur Begrenzung der maximalen axialen Ausdehnung ist das Sicherung­ selement 9 vorgesehen. Mit steigendem Anpreßdruck ist der Kühlmittelstrom re­ duzierbar, was durch mehrere Konstruktionen erreichbar ist. Es besteht die Mög­ lichkeit, daß die Nutungen 19a in den elastischen Reibbelägen durch den wirken­ den Anpreßdruck bei der Reduzierung der axialen Ausdehnung reduziert oder ver­ schlossen werden. Des weiteren besteht die Möglichkeit, daß die bei höheren Drücken in Wirkkontakt tretenden Reibflächen eine geringere Anzahl von Nu­ ten 19a aufweisen.

In Fig. 4 ist ein radial außen auf der Lamelle angeordneter Reibbelag der Reibflä­ che 15, 17 dargestellt, dessen nach radial innen weisende Begrenzung in Form eines Polygon 21 ausgebildet ist. Der Reibbelag der die radial innere Reibflä­ che 16, 18 bildet weist radial außen auch eine derarte polygonförmige Begren­ zungskante auf (wie in Fig. 5 dargestellt), so daß die beiden Reibbeläge form­ schlüssig verbindbar sind. Wie in Fig. 6 dargestellt sind die beiden Reibbeläge derart verbunden, daß sich das Nutbild über beide Reibbeläge erstreckt.

Die in Fig. 11 dargestellte Lamelle weist beidseitig jeweils eine Reibflä­ che 115, 117 auf, wobei diese Reibbeläge sich in ihrer Elastizität unterscheiden. Bei wirksamer Überbrückungskupplung treten beide Reibbeläge in Wirkkontakt mit einer jeweils dem Reibbelag zugeordneten Gegenreibfläche. Mit steigendem vom Wandler wirkendem Druck wird der Nutquerschnitt in dem Reibbelag mit der größeren Elastizität verringert, womit der Kühlmittelstrom durch den vom Wand­ ler wirkenden Druck regelbar ist.

Claims (6)

1. Überbrückungskupplung eines hydrodynamischen Drehmomentwand­ lers, umfassend einen Kolben (7), welcher unter Zwischenlagerung einer gegen eine Gegenreibfläche preßbaren Reibbelaganordnung (15, 16, 17, 18; 23, 24; 115, 117) in Abhängigkeit von einem in einem Wandlerkreis des Drehmomentwandlers vorherrschenden Hydraulikflüssigkeitsdruck im wesentlichen in Richtung der Wandlerdrehachse (26) auf ein Wandlergehäuse (2) zu bewegbar ist, wobei zum Durchfluß von Hydraulikflüssigkeit vom Wandlerkreis zu einer zwischen den Kolben (7) und dem Wandlergehäuse (2) gebildeten Kammer (25) im Bereich der Reibbelaganordnung (15, 16, 17, 18; 23, 24; 115, 117) wenigstens ein Kanal (19) vorgesehen ist und eine Fluiddurchflußmenge durch den wenigstens einen Kanal (19) hindurch durch Veränderung der axialen Erstreckung der Reibbelaganordnung (15, 16, 17, 18; 23, 24; 115, 117) in Abhängigkeit von dem im Wandlerkreis vorherrschenden Druck veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Überbrückungskupplung insgesamt mindestens zwei Reibbeläge mit unterschiedlicher axialer Erstreckung aufweist, deren Oberflächen jeweils parallel zu den Gegenreibflächen verlaufen.

2. Überbrückungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibbelaganordnung (15, 16, 17, 18; 115, 117) wenigstens einen axial elastischen Reibbelag (15, 16, 17, 18; 115, 117) aufweist und daß durch axiale Kompression des wenigstens einen axial elasti­ schen Reibbelags (15, 16, 17, 18; 115, 117) die Fluiddurchflußmenge durch den wenigstens einen Kanal (19) reduzierbar ist.

3. Überbrückungskupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Reibbelaganordnung (15, 16, 17, 18; 23, 24) radial aufeinanderfolgend wenigstens zwei Reibbeläge (15, 16, 17, 18; 23, 24) aufweist, welche jeweils eine Reibzone bilden, wobei die wenig­ stens zwei Reibbeläge mindestens einer Reibzone unterschiedliche axiale Erstreckung aufweisen und wobei die Axialerstreckung des zuerst mit der Gegenreibfläche in Wirkverbindung tretenden Reibbelags ver­ änderbar ist.

4. Überbrückungskupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibbelag mit der größten axialen Erstreckung axial elastisch verformbar ist.

5. Überbrückungskupplung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens einer der Reibbeläge der Reibbelaganordnung (23, 24) auf einem angefederten Bauteil angeordnet ist.

6. Überbrückungskupplung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Verlauf des wenigstens einen Kanals eines Reibbelags in dem jeweils benachbarten Reibbelag einer Reibzone fortsetzt.