DE4424989A1 - Hydrodynamischer Drehmomentwandler mit einer Überbrückungskupplung - Google Patents

Description

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

Durch die DE 31 49 232 C2 ist ein derartiger Drehmomentwandler bekannt. Dieser weist eine Überbrückungskupplung mit einem Kolben auf, der im Bereich eines Reibbelags durch eine ring­ förmige Platte gebildet wird, an deren radial innerem Ende ein in Achsrichtung elastisches Verbindungselement an einer Halterung befestigt ist. Bei dem beschriebenen Ausführungs­ beispiel wird das Verbindungselement durch eine Membrane ge­ bildet, die über Niete an der fest mit dem Wandlergehäuse verbundenen Halterung befestigt ist.

Der Kolben ist an seiner dem Turbinenrad zugewandten Seite durch mit Druck vom Turbinenrad kommendes Öl beaufschlagt, wodurch ein Anpressen des ringförmigen Teils des Kolbens über den Reibbelag an den Wandler gegeben ist. Zum Bewegen des Kolbens in Gegenrichtung wird eine Kammer, die sich zwischen dem Kolben und dem Wandlergehäuse befindet, mit Druck beauf­ schlagt. Wegen der Elastizität des Verbindungselementes kann am Kolben bei dessen Auslenkbewegung auf eine axiale Verschiebebewegung gegenüber einem rotierenden Wandlerteil, wie beispielsweise dem Wandlergehäuse oder einer Abtriebswel­ le, verzichtet werden. Demgegenüber besteht das Problem, daß der Kolben bei zu weicher Ausbildung des Verbindungselementes bei Umsteuerung hart auf den Reibbelag auftrifft oder so rasch von diesem zurückgezogen wird, daß er in Richtung zum Turbi­ nenrad weiter ausfedert und ggf. dort anschlägt. Umgekehrt hat eine zu feste Auslegung des Verbindungselementes zur Folge, daß eine Umsteuerung vergleichsweise träge in eine Kolbenbe­ wegung umgesetzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem über ein Verbindungselement an einer Halterung befestigten Kolben das Verbindungselement so auszuführen, daß bei einer Umsteuerung des Kolbens dieser mit der jeweils optimalen Beschleunigung in der entsprechenden Richtung bewegt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Hierbei hat es sich gezeigt, daß durch die Ausbildung von Anformungen am Verbindungselement, die beispielsweise durch Anprägen oder durch Andrücken hergestellt sein können, sich der Verfor­ mungswiderstand des Verbindungselementes erheblich ändern kann. Maßgeblich dafür, ob der Verformungswiderstand gegenüber einem Verbindungselement mit glatter Oberfläche in Achsrich­ tung ansteigt oder absinkt, ist die Erstreckungsrichtung ebenso wie die Ausdehnung der Anformungen. Hierbei gilt gene­ rell, daß Anformungen, die sich in radialer Richtung oder vorzugsweise radialer Richtung erstrecken, den Verformungswi­ derstand erhöhen und dadurch das Verbindungselement härter erscheinen lassen, während Anformungen, die in Umfangsrichtung oder vorzugsweise in dieser Richtung verlaufen, den Verfor­ mungswiderstand reduzieren und dadurch das Verbindungselement als weich erscheinen lassen. Weiterhin lädt sich das Verbin­ dungselement durch Anformungen kleiner Ausdehnung in vorbe­ stimmbaren Bereichen entweder verstärken oder abschwächen, während bei großflächigen Anformungen ganze Bereiche des Ver­ bindungselementes bestimmte Verformungseigenschaften aufwei­ sen.

In Anspruch 2 ist eine vorteilhafte Ausbildung eines Kolbens mit dem erfindungsgemäßen Verbindungselement angegeben. Auf­ grund der Einteiligkeit des dem Reibbelag zugewandten Teils des Kolbens mit dem Verbindungselement ist der Kolben denkbar einfach aufgebaut und erfüllt dennoch die axiale Auslenkbarkeit aufgrund seiner Elastizität im Verbindungsele­ ment. Vorteilhaft wäre hierbei, als Kolben eine Membran- oder Tellerfeder zu verwenden.

Anspruch 3 ist auf einen Kolben gerichtet, der mit einem Tor­ sionsschwingungsdämpfer ausgebildet ist. Derartige Kolben sind prinzipiell bekannt, beispielsweise aus der DE 41 09 485 A1, jedoch ist dort der Kolben ebenso wie der daran aufgenommene Torsionsschwingungsdämpfer in Achsrichtung bewegbar geführt, während bei der erfindungsgemäßen Ausführung das jeweilige ausgangsseitige Element des Torsionsschwingungsdämpfers, beispielsweise die Nabenscheibe, über das Verbindungselement an der Halterung befestigt und dadurch zusammen mit dem dem Reibbelag zugewandten Teil des Kolbens in Achsrichtung ohne eine Verschiebebewegung gegenüber dem die Halterung aufnehmenden rotierenden Teil des Drehmomentwandlers, wie beispielsweise dem Gehäuse oder der Turbinennabe in Achsrichtung auslenkbar ist. Eine vorteilhafte Weiterbildung hiervon ist in Anspruch 4 angegeben, wobei das Verbindungselement in seinem radial äußeren Bereich, der an einem Element des Torsionsschwingungsdämpfers angreift, verstärkt ist, um den ansonsten vorhandenen sprunghaften Anstieg des Verformungswiderstandes beim Übergang vom Verbindungselement zu dem Element harmonischer zu gestalten.

In Anspruch 5 ist eine bevorzugte Ausführungsform des Verbin­ dungselementes angegeben, da eine Tellerfeder mit Vorspannung eingebaut werden kann, so daß die Auslenkung des dem Reibbelag zugewandten Teils des Kolbens und damit des Verbindungsele­ mentes nur in einer vorbestimmbaren Richtung, nämlich entgegen der Vorspannung, erfolgt.

Um zu vermeiden, daß bei einem Auslenken des Kolbens derselbe überschwingt und beispielsweise auf das Turbinenrad prallt, ist nach Anspruch 6 ein Anschlag vorgesehen, der die Auslenk­ bewegung des Kolbens begrenzt. Anspruch 7 gibt einen vorteil­ haften Anbringungsort für den Anschlag an.

In den Ansprüchen 8 und 9 sind vorteilhafte Erstreckungsrichtungen für die Anformungen angegeben, um den Verformungswiderstand des Verbindungselementes in der bereits zu Anspruch 1 beschriebenen Weise zu beeinflussen. Wie bereits ausgeführt, bewirkt hierbei die Erstreckungsrichtung der An­ formungen gemäß Anspruch 8 eine Versteifung des Verbindungs­ elementes in Achsrichtung, während dieses durch die Anfor­ mungen gemäß Anspruch 9 eine größere Elastizität in Achsrich­ tung erhält.

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

Fig. 1 die obere Hälfte eines Schnittes durch eine Über­ brückungskupplung an einem hydrodynamischen Dreh­ momentwandler, wobei der Kolben der Überbrüc­ kungskupplung über ein mit in Achsrichtung stabi­ lisierenden Anformungen ausgebildetes Verbin­ dungselement an einem drehbaren Teil des Drehmo­ mentwandlers angreift;

Fig. 2 wie Fig. 1, aber mit einem Verbindungselement, das die Elastizität in Achsrichtung vergrößernde An­ formungen aufweist;

Fig. 3 wie Fig. 1, aber mit einem Torsionsschwingungs­ dämpfer zwischen dem Kolben und dem Verbindungs­ element;

Fig. 4 wie Fig. 1, aber mit einem Anschlag für das Ver­ bindungselement;

Fig. 5 wie Fig. 1, aber mit einer Membranfeder als Kol­ ben.

Der prinzipielle Aufbau einer Überbrückungskupplung wird an­ hand Fig. 1 erläutert. Die Überbrückungskupplung 1 wirkt mit einem teilweise dargestellten Wandlergehäuse 2 zusammen, welches an der nicht dargestellten Kurbelwelle einer Brenn­ kraftmaschine befestigt ist. Im Wandlergehäuse 2 und mit axi­ alem Abstand zu diesem ist ein Turbinenrad 3 angeordnet, welches über Niete 4 an einer Turbinennabe 5 befestigt ist, die drehfest auf einer Abtriebswelle 17 sitzt.

Die Überbrückungskupplung 1 weist einen Kolben 6 auf, der aus einer Ruhestellung in begrenztem Umfang in Achsrichtung aus­ lenkbar ist. Der Kolben weist einen radial außen liegenden ebenen Teil 7 auf, der gegenüber einem ebenfalls ebenen Teil 50 des Wandlergehäuses 2 mit einem Reibbelag 8 versehen ist. Der Kolben ist an seinem radial inneren Ende über Niete 10 an einem Verbindungselement 11 befestigt, das vor­ zugsweise als Tellerfeder 12 ausgebildet ist. Das radial in­ nere Ende des Verbindungselementes 11 greift zwischen die Turbinennabe 5 und eine am radial inneren Ende verlaufende Wurzel 13 des Turbinenrades 3 und ist über die Niete 4 sowohl mit der als Halterung 52 wirksamen Turbinennabe 5 als auch mit der Wurzel 13 fest verbunden. Bei anderer konstruktiver Aus­ bildung des Drehmomentwandlers sind auch andere rotierende Bauteile, wie beispielsweise das Wandlergehäuse 2, als Halterung 52 für das Verbindungselement 11 denkbar.

Das Verbindungselement 11 ist unmittelbar radial innerhalb der Niete 10 mit Anformungen 15 versehen, die beispielsweise durch Andrückungen entstanden sind und sich im wesentlichen in ra­ dialer Richtung erstrecken. Ein danebenstehend mit Blickrich­ tung A herausgezeichneter Ausschnitt aus dem Verbindungsele­ ment 11 zeigt die Erstreckungsrichtung, die Ausdehnung und die Gestalt dieser Anformungen 15. Radial außerhalb der Anfor­ mungen 15 sind in dieser Darstellung die Öffnungen für die Niete 10 und 4 zu sehen.

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 über­ trägt über die Turbinennabe 5 diese Drehbewegung über eine Verzahnung 16 auf die Abtriebswelle 17, die in nicht gezeigter Weise mit einem Getriebe in Verbindung steht. Bei dieser Be­ triebsweise ist prinzipiell Schlupf zwischen einem nicht dar­ gestellten Pumpenrad des Drehmomentwandlers und dem Turbinen­ rad 3 vorhanden. Um diesen Schlupf in bestimmten Betriebszu­ ständen ausschalten zu können, ist die Überbrückungskupplung 1 vorgesehen, die bei Druckbeaufschlagung des Kolbens 6 von der Turbinenradseite her bewirkt, daß der Kolben 6, durch das Verbindungselement 11 in Form einer Tellerfeder 12 mit seinem Reibbelag 8 an dem Teil 50 am Wandlergehäuse 2 in Anlage ge­ halten wird. Dadurch wird das Drehmoment direkt vom Wandler­ gehäuse 2 auf den Kolben 6 und von diesem über das Verbin­ dungselement 11 auf die Turbinennabe 5 bzw. die Wurzel 13 des Turbinenrades 3 geleitet. Damit ist der hydraulische Übertra­ gungsweg durch die Überbrückungskupplung 1 geschlossen und es findet kein Schlupf mehr statt. Zum Lösen der Verbindung des Kolbens 6 zum Wandlergehäuse 2 wird die dem letztgenannten zu­ gewandte Seite des Kolbens 6 über eine zugeordnete Versor­ gungsleitung mit Drucköl beaufschlagt, wodurch der Kolben ge­ gen die Wirkung des Verbindungselementes 11 vom Wandlergehäu­ se 2 abgehoben wird. Hierbei ist das Verbindungselement 11 durch die in radialer Richtung verlaufenden Anformungen 15 gegen Auslenkungen in Achsrichtung derart versteift, daß der Kolben 6 dem zwischen diesem und dem Wandlergehäuse 2 ein­ strömenden Drucköl einen relativ hohen Widerstand bei einer Auslenkung in Achsrichtung entgegensetzt. Wie in Fig. 1 ge­ zeigt, können die Anformungen in radialer Richtung sehr kom­ pakt sein, wodurch einzelne Bereiche des Verbindungsele­ mentes 11 gezielt versteifbar sind, die Anformungen 15 können aber ebenso über den gesamten Radiusbereich des Verbindungs­ elementes verlaufen und dadurch dieses insgesamt stabilisie­ ren.

Dem Verbindungselement 11 kommt eine Zusatzfunktion zu, indem es für eine Abdichtung des Kolbens 6 gegenüber der Turbinen­ nabe 5 bzw. der Wurzel 13 des Turbinenrades 3 sorgt und damit einen Durchgang von Öl an dieser Stelle verhindert. Im Gegen­ satz zum Verbindungselement 11 nach Fig. 1 weist dasjenige nach Fig. 2 in Umfangsrichtung verlaufende Anformungen 15 auf, wodurch eine in Achsrichtung erhöhte Elastizität des Verbin­ dungselementes 11 erzielbar ist. Hierbei wechseln sich radial von innen nach außen gehend, Berge 18, in Richtung des Wand­ lergehäuses 2 gesehen, mit Tälern 19 des Verbindungsele­ mentes 11 ab, wodurch ein erheblicher Anteil von Mehrmaterial in die eine Verformung in Achsrichtung ermöglichende Zone des Verbindungselementes 8 gebracht wird.

Im Gegensatz zu dieser Ausführung, bei welcher das Verbin­ dungselement 11 am radial äußeren Ende über die Niete 10 am Kolben 6 befestigt wird, ist der letztgenannte gemäß Fig. 3 mit einem Torsionsschwingungsdämpfer 20 versehen. Bei diesem sind beidseitig einer Nabenscheibe 22 Deckplatten 23 vorgese­ hen, die ebenso wie die Nabenscheibe 22 mit Fenstern 24 zur Aufnahme jeweils eines Federelementes 25 eine Torsionsfede­ rung 26 versehen sind. Die Deckplatten 23 sind über Niete 54 mit ihrem radial äußeren Ende am Teil 7 des Kolbens 6 befe­ stigt, während die Nabenscheibe 22 mit ihrem radial inneren Ende fest mit dem Verbindungselement 11 in Eingriff steht. Das letztgenannte ist unmittelbar innerhalb des radial inneren Endes der Nabenscheibe 2 mit Anformungen 15 zur axialen Ver­ steifung des Verbindungselementes 11 versehen. Das radial in­ nere Ende des Verbindungselementes greift an der Turbinenna­ be 5 drehfest an. Ein Durchgang des vom Turbinenrad 3 kommen­ den Öls durch die Fenster 24 wird durch eine in Achsrichtung elastische Abdeckung 56 für die Fenster 24 verhindert, die an der dem Turbinenrad 13 zugewandten Deckplatte 23 befestigt ist.

Bei dieser Ausführung wird ein vom Wandlergehäuse 2 über den Reibbelag 8 auf den Kolben 6 eingeleitetes Drehmoment über die Deckplatten 23 auf die Federelemente 25 der Torsionsfede­ rung 26 und von diesen über die Nabenscheibe 22 und das Ver­ bindungselement 11 auf die Turbinennabe 5 und dadurch auf das Turbinenrad 3 geleitet. Bei einer gegen nicht gezeigte Dämp­ fungseinrichtungen des Torsionsschwingungsdämpfers 20 erfol­ genden Relativbewegung zwischen den Deckplatten 23 und der Nabenscheibe 22 werden Stöße, die vom Wandlergehäuse 2 auf den Kolben 6 geleitet werden, in gedämpfter Form an das Turbinen­ rad 3 übertragen.

Insbesondere bei Verwendung eines Verbindungselementes 11, das durch die entsprechende Erstreckungsrichtung der Anfor­ mungen 15 gemäß Fig. 2 in Achsrichtung relativ elastisch ist, besteht die Gefahr, daß bei Einbringen von Drucköl zwischen das Wandlergehäuse 2 und den Kolben 6 der letztgenannte sehr rasch in Richtung zum Turbinenrad 3 ausgelenkt wird, wobei aufgrund der Elastizität des Verbindungselementes 11 der Kol­ ben weiter als beabsichtigt ausschwingen kann. Hierbei besteht die Gefahr eines Anschlagens des Kolbens 6 gegen das Turbi­ nenrad. Zur Vermeidung dieses Problems ist die Turbinennabe 5 gemäß Fig. 4 mit einem Anschlag 28 versehen, der sich, radial außen an der Turbinennabe 5 aufgenommen, unter einem vorbe­ stimmbaren Winkel gegenüber der Achsrichtung weg vom Verbin­ dungselement 11 erstreckt. Das letztgenannte kommt demnach bei einer Auslenkbewegung des Kolbens 6 um einen vorbestimmbaren Winkel über seine Ruhestellung, in welcher er ohne die Beauf­ schlagung mit Drucköl an der dem Wandlergehäuse 2 zugewandten Seite des Kolbens 6 in Anlage gehalten werden würde, zum An­ schlag 28, wodurch eine weitere Auslenkbewegung des Kolbens 6 in dieser Richtung unterbunden wird.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführung der Überbrückungskupp­ lung, wobei hier der gesamte Kolben 6 durch eine Membranfeder gebildet wird und demnach als Verbindungselement 11 wirksam ist. Dadurch ist der Kolben mit vergleichsweise geringem kon­ struktiven Aufwand herstellbar, da jegliche Verbindungsstellen zwischen dem radial inneren und dem radial äußeren Ende des Kolbens 6 fehlen. Auf eine Bewegung in Achsrichtung relativ zur Turbinennabe 5 oder einem anderen Bauteil des Drehmoment­ wandlers kann aufgrund der Elastizität des Verbindungsele­ mentes 11 in Achsrichtung verzichtet werden.

Claims (9)

1. Hydrodynamischer Drehmomentwandler mit einer Überbrüc­ kungskupplung, die einen über wenigstens einen Reibbelag mit dem Wandlergehäuse verbindbaren Kolben aufweist, von dem zumindest ein im Erstreckungsbereich des Reibbelags angeordneter Teil in Achsrichtung auslenkbar ist und der über ein in dieser Richtung elastisches Verbindungsele­ ment an einer Halterung aufgenommen ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verbindungselement (11) mit Anfor­ mungen (15) ausgebildet ist, durch die in Abhängigkeit von ihrer Erstreckungsrichtung und Ausdehnung der bei einer Auslenkung des Verbindungselementes (11) aus seiner Ruhelage zu überwindende Verformungswiderstand beein­ flußbar ist.

2. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der dem Reibbelag (8) zuge­ wandte Teil (7) des Kolbens (6) einstückig mit dem Ver­ bindungselement (11) ausgebildet ist.

3. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 1 mit einem Kolben, der mit Elementen eines Torsionsschwin­ gungsdämpfers, beispielsweise mit dessen Deckplatten verbunden ist, wobei der Torsionsschwingungsdämpfer weitere Elemente, wie eine Nabenscheibe aufweist, die ebenso wie die Deckplatten Ausnehmungen für jeweils ein Federelement einer Torsionsfederung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsionsschwingungsdämpfer (20) radial zwischen dem dem Reibbelag (8) zugewandten Teil (7) des Kolbens (6) und dem Verbindungselement (11) angeordnet ist, wobei das letzt­ genannte an wenigstens einem der Elemente (22, 23) dreh­ fest angreift.

4. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (11) angrenzend an den dem Reibbelag (8) zugewandten Teil (7) des Kolbens (6) mit in Achsrichtung als Versteifungen wirksamen Anformungen (15) ausgebildet ist.

5. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach einem der An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbin­ dungselement (11) durch eine Tellerfeder (12) gebildet wird.

6. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach einem der An­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verbin­ dungselement (11) ein dessen Bewegung in Auslenkrichtung begrenzender Anschlag (28) zugeordnet ist.

7. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Anschlag (28) an der Halterung (52) für das Verbindungselement (11) befestigt ist.

8. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach einem der An­ sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbin­ dungselement (11), bezogen auf dessen Drehachse, mit vorbestimmbaren Winkelabständen zueinander ausgebildete, radial verlaufende Anformungen (15) aufweist.

9. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach einem der An­ sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbin­ dungselement (11) mit vorbestimmbaren radialen Abständen voneinander ausgebildete, in Umfangsrichtung verlaufende Anformungen (15) aufweist.