DE4444242B4 - Kupplungsanordnung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
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Abstract
Kupplungsanordnung für ein Kraftfahrzeug, mit einer mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbundenen Föttinger-Kupplung, umfassend ein Pumpenrad und ein Turbinenrad mit jeweils einem unteren, nabenseitigen Fußteil und oberen Schaufeln, und mit einer mit der Föttinger-Kupplung in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengefassten, mit der Föttinger-Kupplung und einer Getriebeeingangswelle verbundenen, mechanischen Schaltkupplung, welche koaxial zu der Getriebeeingangswelle und der Föttinger-Kupplung angeordnet und derart mit dem Pumpenrad und dem Turbinenrad der Föttinger-Kupplung verbunden ist, dass unter Überbrückung der Föttinger-Kupplung die Kurbelwelle direkt mit der Getriebeeingangswelle verbindbar ist, wobei die mechanische Schaltkupplung mittels einer Kolben-Zylinderanordnung betätigbar ist und die Getriebeeingangswelle eine sich in axialer Richtung erstreckende Bohrung aufweist, durch welche die Kolben-Zylinderanordnung mit einem flüssigkeitsvermittelten Steuerdruck versorgbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Fußteil (4) des Pumpenrades (2) in Richtung zum Getriebe hin als Hohlwelle (7) ausgebildet ist, wobei der Hohlraum (14) zwischen der Hohlwelle (7) und der in ihr angeordneten Getriebeeingangswelle (8) als Ringkanal zur Versorgung...
Description
- Die Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung für ein Kraftfahrzeug, mit einer mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbundenen Föttinger-Kupplung, umfassend ein Pumpenrad und ein Turbinenrad mit jeweils einem unteren, nabenseitigen Fußteil und oberen Schaufeln, und mit einer mit der Föttinger-Kupplung in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengefassten, mit der Föttinger-Kupplung und einer Getriebeeingangswelle verbundenen, mechanischen Schaltkupplung, welche koaxial zu der Getriebeeingangswelle und der Föttinger-Kupplung angeordnet und derart mit dem Pumpenrad und dem Turbinenrad der Föttinger-Kupplung verbunden ist, dass unter Überbrückung der Föttinger-Kupplung die Kurbelwelle direkt mit der Getriebeeingangswelle verbindbar ist, wobei die mechanische Schaltkupplung mittels einer Kolben-Zylinderanordnung betätigbar ist und die Getriebeeingangswelle eine sich in axialer Richtung erstreckende Bohrung aufweist, durch welche die Kolben-Zylinderanordnung mit einem flüssigkeitsvermittelten Steuerdruck versorgbar ist.
- Kupplungsanordnungen mit Föttinger-Wandler und mechanischer Schaltkupplung sind allgemein bekannt. Sie werden bekanntermaßen bei Kraftfahrzeugen mit Automatikgetrieben eingesetzt, bei denen einerseits auf einen im Aufbau aufwendigeren hydrodynamischen Drehmomentwandler verzichtet werden soll, andererseits aber die Vorteile einer hydrodynamischen Kupplung, beispielsweise für den Anfahrvorgang, genutzt werden sollen. Mit Hilfe der Überbrückungskupplung ist es möglich, bei hohen Geschwindigkeiten den Föttinger-Wandler zu überbrücken und so eine direkte mechanische Verbindung zwischen der Brennkraftmaschine und dem Automatikgetriebe zu schaffen.
- Eine gattungsbildende Kupplungsanordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus der
DE 734 875 C bekannt. Dabei ist für jeden der dort vorgesehenen beiden Druckzylinder zur Betätigung jeweils einer mechanischen Schaltkupplung ein sich in axialer Richtung erstreckender Kanal innerhalb der Getriebeeingangswelle vorgesehen. Über diese Kanäle sind die Kolben-Zylinderanordnungen mit einem Steuerdruck beaufschlagbar. Für die Versorgung der mechanischen Schaltkupplung sowie der Föttinger-Kupplung mit Kühl- und Schmieröl sind keine besonderen Maßnahmen vorgesehen, da die gesamte Einheit in einem ölgefüllten Gehäuse angeordnet ist. Dies führt jedoch zu dem Nachteil erheblichen Platzbedarfs. - Bei einer ähnlichen, aus
DE 961 058 C bekannten Kupplungsanordnung sind die Versorgungskreisläufe für das Druckmedium zur Betätigung der mechanischen Schaltkupplung einerseits und zur Kühlung und Schmierung der Föttinger-Kupplung andererseits im Wesentlichen getrennt. In diesem Fall sind zwei koaxial ineinander angeordnete Kanäle innerhalb der Getriebeeingangswelle vorgesehen. Zwar werden bei Kanäle, d.h. beide Funktionskreisläufe aus demselben Reservoir gespeist; die Kreise sind jedoch als von einander getrennt. Auch arbeitet die bekannte mechanische Schaltkupplung als Mehrscheibentrockenkupplung, die keine Versorgung mit Kühl- und Schmieröl benötigt. Nachteilig bei dieser Konstruktion ist die komplizierte Kanalführung, die einen hohen Herstellungsaufwand bedingt. - Weitere verwandte Kupplungsanordnungen sind beispielsweise aus
US 4,388,987 ,DE 965 982 C ,DE 969 481 C ,DE 717 306 C ,DE 34 14 490 A1 undDE 35 07 915 A1 bekannt, die jedoch keine Einzelheiten zu dem im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders relevanten Aspekt der speziellen Kanalführung zur Versorgung der Doppelkupplung mit Küh1- und Schmiermittel einerseits sowie mit Druckfluid zur Betätigung der mechanischen Schaltkupplung andererseits offenbaren. - Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine kurzbauende Kupplungsanordnung, bestehend aus einer Föttinger-Kupplung und einer mechanischen Schaltkupplung, mit einfacher Kanalführung, geringer Baugröße und großer Zuverlässigkeit vorzustellen.
- Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen der Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der Fußteil des Pumpenrades in Richtung zum Getriebe hin als Hohlwelle ausgebildet ist, wobei der Hohlraum zwischen der Hohlwelle und der in ihr angeordneten Getriebeeingangswelle als Ringkanal zur Versorgung der mechanischen Schaltkupplung und der Föttinger-Kupplung mit Kühl- und Schmieröl dient, und dass ein Ringzylinder der Kolben-Zylinderanordnung durch eine Bohrung mit einem zwischen Turbinenrad und Gehäuse angeordneten, von dem Kühl- und Schmieröl durchströmten Turbinenradraum verbunden ist, sodass bei Betrieb der Ringzylinder ständig durchströmt wird und die Betätigung der mechanischen Schaltkupplung durch Vertauschen der Strömungsrichtung in dem Kanal der Getriebeeingangswelle steuerbar ist.
- Diese erfindungsgemäßen Merkmale führen trotz einfacher Kanalführung und somit einfacher Herstellungsweise zu einer guten Kühlung und Schmierung aufgrund dauerhafter Zirkulation des Kühl- und Schmiermittels sowie zu einer einfachen und reversiblen Betätigung der mechanischen Schaltkupplung über die Kolben-Zylinderanordnung. In jeder Laufrichtung, d.h. bei Vorwärts- sowie Rückwärtsfahrt, kann die mechanische Schaltkupplung durch einfache Umkehr der Strömungsrichtung in dem Kanal der Getriebeeingangswelle gesteuert werden. Eine Rückstellung des Druckkolbens erfolgt auf einfache Weise durch den Druckunterschied zwischen Druckzylinder und Turbinenradraum. Ein spezielle, mechanische Vorrichtung zur Rückstellung, wie etwa die sowohl in
DE 734 875 C als auch inDE 961058 C vorgesehenen Rückstellfedern, ist nicht erforderlich, was zu einer Bauteileinsparung sowie zu erhöhter Betriebssicherheit durch fehlende Bruchgefahr der Federn führt. - Die Versorgung mit Schmier- und Kühlöl, das auch als Übertragungsmedium dient, erfolgt mit geringem Druck durch eine Zu- und Rückleitung innerhalb der Getriebeeingangswelle. Bei einem entsprechenden Kupplungsdruck ist beispielsweise auch ein Dauerschlupf an der Überbrückungskupplung möglich, so daß auf einen separaten Schwingungsdämpfer zwischen der Brennkraftmaschine und dem Automatikgetriebe verzichtet werden kann.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
- Der erfindungsgemäße Aufbau der Kupplungsanordnung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können mit Hilfe in der Zeichnung an zwei in Ausführungsbeispielen dargestellten Kupplungsanordnungen erläutert werden. Im einzelnen zeigen
-
1 eine Kupplungsanordnung mit separater Öl-Rückführleitung und -
2 eine Kupplungsanordnung ohne separater Öl-Rückführleitung. - In dem in
1 dargestellten Ausführungsbeispiel zur erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung ist mit 23 die Föttinger-Kupplung bezeichnet. Diese Föttinger-Kupplung besteht aus einem Gehäusebauteil1 , das über Befestigungskörper21 ,22 mit einem Mitnehmerblech19 verbunden ist, das seinerseits an der Kurbelwelle18 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine befestigt ist. An diesem Gehäusebauteil1 ist das Pumpenrad2 der Föttinger-Kupplung befestigt, das aus einem Fußteil5 und einem oberen, mit Pumpenschaufeln27 besetzten Teil besteht. Der Fußteil5 des Pumpenrades2 ist in Richtung zum nicht dargestellten Automatikgetriebe als Hohlwelle7 ausgebildet. - Innerhalb des Gehäuses
1 der Föttinger-Kupplung23 ist gegenüber dem Pumpenrad2 ein Turbinenrad3 angeordnet, das ebenfalls einen mit Turbinenschaufeln28 besetzten oberen Teil, und einen über eine Buchse24 auf der Getriebeeingangswelle8 befestigten Fußteil4 aufweist. - Die Getriebeeingangswelle
8 ist koaxial zur Hohlwelle7 der Föttinger-Kupplung23 angeordnet, und in einem Lagerzapfen20 gelagert, der wiederum in der Kurbelwelle18 geführt wird. Dabei ist die Welle7 im Zapfen20 und dieser Zapfen20 in der Kurbelwelle18 jeweils axial verschieblich angeordnet. - Koaxial zwischen den Turbinen- und Pumpenschaufeln
27 ,28 der Föttinger-Kupplung auf der einen Seite und der Getriebeeingangswelle8 auf der anderen Seite ist die mechanische Schaltkupplung6 angeordnet. Sie ist genau in dem Bauraum untergebracht, der durch die Fußteile4 ,5 des Pumpenrades2 und des Turbinenrades3 der Föttinger-Kupplung gebildet wird. Die Kupplungsscheiben11 dieser mechanischen Schaltkupplung sind dabei mit dem Fußteil4 des Turbinenrades2 verbunden, während die Kupplungskörper12 an dem Fußteil5 des Pumpenrades2 befestigt sind. - Zur Betätigung der mechanischen Schaltkupplung ist eine Kolben-Zylinderanordnung vorgesehen, die aus einem Ringzylinder
9 besteht, der zwischen einem Ringkolben10 und dem Fußteil4 des Turbinenrades3 gebildet wird. Zwischen dem Ringkolben10 und den Kupplungskörpern12 ist eine Druckplatte25 vorgesehen, die ihrerseits am Fußteil4 des Turbinenrades befestigt ist. - Die Kolben-Zylinderanordnung
9 ,10 der mechanischen Schaltkupplung6 wird mit einem Druckmedium versorgt, das durch eine Bohrung13 in der Getriebeeingangswelle8 sowie über einen Kanal16 in der Buchse24 und dem Fußteil4 des Turbinenrades in den Ringzylinder9 geführt wird. - Zur Versorgung der mechanischen Schaltkupplung und der Föttinger-Kupplung mit Kühl- und Schmieröl wird der Hohlraum
14 zwischen der Hohlwelle7 und der Getriebeeingangswelle8 genutzt. Die Abfuhr dieses Mediums erfolgt über eine weitere Bohrung15 in der Getriebeeingangswelle8 , die über einen weiteren Kanal17 mit dem Turbinenradraum26 zwischen dem Turbinenrad3 und dem Gehäuse1 in Verbindung steht. - In
2 ist eine Variante zur Versorgung dieser Doppelkupplungsanordnung mit Steuerdruck-, sowie Kühl- und Schmieröl dargestellt. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß1 ist hier nur eine Bohrung13 in der Getriebeeingangswelle8 vorgesehen. Über diese Bohrung und den Kanal16 wird der Ringzylinder9 mit dem für die mechanische Kupplung notwendigen Steuerdruck versorgt. Die Zu- und Abfuhr des Kühl- und Schmiermediums für die mechanische Kupplung6 und für die Föttinger-Kupplung23 erfolgt wie bekannt über den zwischen der Hohlwelle7 und der Getriebeeingangswelle8 gebildeten Ringraum14 . Zusätzlich ist jedoch eine Bohrung31 in dem Fußteil4 des Turbinenrades3 vorgesehen, die den Turbinenradraum26 mit dem Ringzylinder9 der Kolbenzylinderanordnung9 ,10 verbindet. Durch diese Bohrung31 wird der Ringzylinder9 ständig durchströmt, wobei das Ein- und Ausschalten der mechanischen Schaltkupplung durch das Vertauschen der Strömungsrichtung in Bohrung13 in der Getriebeeingangswelle gesteuert. Die Rückstellung des Ringkolbens10 der mechanischen Schaltkupplung6 erfolgt durch die Druckdifferenz zwischen dem Öldruck im Turbinenradraum26 , und dem Druck im Ringzylinder9 . Durch diese Anordnung ist ein Durchströmen der mechanischen Schaltkupplung und der Föttinger-Kupplung mit Kühl- und Schmieröl über den Hohlraum14 zwischen der Hohlwelle7 und der Getriebeeingangswelle8 in beiden Strömungsrichtungen (siehe Pfeil29 ,30 ) möglich. - Wenngleich die Föttinger-Kupplung gegenüber den typischerweise in Kombination mit automatischen Getrieben eingesetzten hydrodynamischen Drehmomentwandlern einige Nachteile aufweist, so kann die erfindungsgemäße Kupplungsanordnung etwa im Zusammenwirken mit einem stufenlosen Umschlingungsgetriebe (CVT-Getriebe) doch von erheblichem Vorteil sein. Da moderne CVT-Getriebe eine Spreizung von ca. sechs aufweisen, kann die Anfahrübersetzung so kurz gewählt werden, daß man durchaus ohne die zusätzliche Drehmomentverstärkung eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers auskommen kann.
- Ein weiterer Vorteil, der üblicherweise bei der Kombination zwischen einem hydrodynamischen Drehmomentwandler und einem automatischen Stufenwechselgetriebe genutzt wird, nämlich daß der Wandler beim plötzlichen Gasgeben sofort durch Öffnen der Überbrückungskupplung Zugkraft zur Verfügung stellen kann, ohne daß eine Rückschaltung des Getriebes notwendig wird, wird beim CVT-Getriebe nicht benötigt, da mit ihm eine schnelle und kontinuierliche Verstellung der Übersetzung möglich ist. Aus diesen Anforderungen heraus folgt, daß ein CVT-Getriebe mit einer hydraulischen Föttinger-Kupplung und einer parallel geschalteten Lamellen-Überbrückungskupplung den gleichen Komfort erzielt, wie ein konventionelles automatisches Stufenwechselgetriebe mit Drehmomentwandler. Da eine Föttinger-Kupplung mit integrierter Überbrückungskupplung einen geringeren Bauraum benötigt als ein Drehmomentwandler, ist in allen Fällen, in denen die Länge des CVT-Getriebes zu Einbauproblemen führt, die Föttinger-Kupplung mit Überbrückungskupplung das ideale Anfahrelement für ein derartiges Antriebsaggregat.
- Ein weiterer Vorteil ergibt sich für Kraftfahrzeuge, bei denen in Schubbetriebsphasen die Brennkraftmaschine vom Rest des Antriebsstranges abgetrennt wird. Derartige, als Fahrzeuge mit "Schwungnutzautomatik" bekannt gewordene Kraftfahrzeuge benötigen dann, wenn sie mit einem CVT-Getriebe mit Drehmomentwandler ausgerüstet sind, für diesen Schwungnutzbetrieb eine sehr viel aufwendigere Trennkupplung, damit der Motor während der Fahrt abgestellt werden kann ohne mitgeschleppt zu werden. Bei der vorgeschlagenen Kupplungsanordnung mit einer Föttinger-Kupplung und einer mechanischen Schaltkupplung ist dies nicht nötig. Durch Kippen der Pumpen- und/oder Turbinenschaufeln in Drehrichtung ist ein beliebiges Verhältnis der Momentensteifigkeit zwischen Schub und Zug einstellbar. Man kann also auf hydraulischem Wege einen Freilauf wie beim hydrodynamischen Drehmomentwandler erzeugen, der im Vergleich zu einem mechanischen Freilauf jedoch noch weicher zu- und abgeschaltet werden kann.
-
- 1
- Gehäuse
- 2
- Pumpenrad
- 3
- Turbinenrad
- 4
- Fußteil
- 5
- Fußteil
- 6
- mechanische Schaltkupplung
- 7
- Hohlwelle
- 8
- Getriebeeingangswelle
- 9
- Ringzylinder
- 10
- Ringkolben
- 11
- Kupplungskörper
- 12
- Kupplungsscheibe
- 13
- Bohrung
- 14
- Ringraum
- 15
- Bohrung
- 16
- Kanal
- 17
- Kanal
- 18
- Kurbelwelle
- 19
- Mitnehmerblech
- 20
- Lagerzapfen
- 21
- Befestigungskörper
- 22
- Befestigungskörper
- 23
- Föttinger-Kupplung
- 24
- Buchse
- 25
- Druckplatte
- 26
- Turbinenradraum
- 27
- Pumpenschaufel
- 28
- Turbinenschaufel
- 29
- Strömungsrichtung
- 30
- Strömungsrichtung
- 31
- Bohrung
Claims (7)
- Kupplungsanordnung für ein Kraftfahrzeug, mit einer mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbundenen Föttinger-Kupplung, umfassend ein Pumpenrad und ein Turbinenrad mit jeweils einem unteren, nabenseitigen Fußteil und oberen Schaufeln, und mit einer mit der Föttinger-Kupplung in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengefassten, mit der Föttinger-Kupplung und einer Getriebeeingangswelle verbundenen, mechanischen Schaltkupplung, welche koaxial zu der Getriebeeingangswelle und der Föttinger-Kupplung angeordnet und derart mit dem Pumpenrad und dem Turbinenrad der Föttinger-Kupplung verbunden ist, dass unter Überbrückung der Föttinger-Kupplung die Kurbelwelle direkt mit der Getriebeeingangswelle verbindbar ist, wobei die mechanische Schaltkupplung mittels einer Kolben-Zylinderanordnung betätigbar ist und die Getriebeeingangswelle eine sich in axialer Richtung erstreckende Bohrung aufweist, durch welche die Kolben-Zylinderanordnung mit einem flüssigkeitsvermittelten Steuerdruck versorgbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Fußteil (
4 ) des Pumpenrades (2 ) in Richtung zum Getriebe hin als Hohlwelle (7 ) ausgebildet ist, wobei der Hohlraum (14 ) zwischen der Hohlwelle (7 ) und der in ihr angeordneten Getriebeeingangswelle (8 ) als Ringkanal zur Versorgung der mechanischen Schaltkupplung (6 ) und der Föttinger-Kupplung (23 ) mit Kühl- und Schmieröl dient, und dass ein Ringzylinder (9 ) der Kolben-Zylinderanordnung durch eine Bohrung (31 ) mit einem zwischen Turbinenrad (2 ) und Gehäuse angeordneten, von dem Kühl- und Schmieröl durchströmten Turbinenradraum (26 ) verbunden ist, sodass bei Betrieb der Ringzylinder (9 ) ständig durchströmt wird und die Betätigung der mechanischen Schaltkupplung (6 ) durch Vertauschen der Strömungsrichtung in dem Kanal (13 ) der Getriebeeingangswelle (8 ) steuerbar ist. - Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Schaltkupplung (
6 ) im Nabenbereich zwischen den Fußteilen (4 ,5 ) des Pumpenrades (2 ) und des Turbinenrades (3 ) der Föttinger-Kupplung (23 ) angeordnet ist. - Kupplungsanordnung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (
1 ) der Föttinger-Kupplung (23 ) mit Befestigungskörpern (21 ,22 ) ausgestattet ist, an denen ein mit der Kurbelwelle (18 ) verbundenes Mitnehmerblech (19 ) befestigt ist. - Kupplungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem Gehäuse (
1 ) der Föttinger-Kupplung (23 ) verbundene Pumpenrad (2 ) wenigstens einen an seinem Fußteil (5 ) befestigten Kupplungskörper (12 ) trägt. - Kupplungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das auf der Getriebeeingangswelle (
8 ) befestigte Turbinenrad (3 ) der Föttinger-Kupplung (23 ) wenigstens eine Kupplungsscheibe (11 ), eine Druckplatte (25 ) und einen den Ringzylinder (9 ) verschließenden Ringkolben (10 ) trägt. - Kupplungsanordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinenrad (
3 ) mit seinem Fußteil (4 ) über eine Buchse (24 ) auf der Getriebeeingangswelle (8 ) befestigt ist. - Kupplungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle (
8 ) in einem Lagerzapfen (20 ) axial verschiebbar gelagert ist, der seinerseits in der Kurbelwelle (18 ) axial verschiebbar geführt wird.
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