DE10213950B4

DE10213950B4 - Hydrodynamische Kupplung, insbesondere Drehmomentwandler

Info

Publication number: DE10213950B4
Application number: DE10213950A
Authority: DE
Inventors: Thomas Bauer; Peter Dipl.-Ing. Frey (Fh)
Original assignee: ZF Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2011-03-10
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: US6837349B2; US20030183469A1; DE10213950A1

Abstract

Hydrodynamische Kupplung, insbesondere Drehmomentwandler,
– wobei ein Pumpenrad (1) mit einem Antriebselement (3) drehfest verbunden ist, das mit einer Antriebswelle drehfest verbindbar ist, ein Turbinenrad (5) von dem Pumpenrad (1) hydrodynamisch antreibbar ist und das Turbinenrad (5) direkt oder über einen Torsionsschwingungsdämpfer mit einer Abtriebswelle (10) verbunden ist,
– wobei das Turbinenrad (5) über eine Überbrückungskupplung (11) mit dem Pumpenrad (1) kuppelbar ist, der Überbrückungskupplung (11) ein Betätigungskolben (12) zugeordnet ist, die Abtriebswelle (10) als Hohlwelle (10) ausgebildet ist und der Betätigungskolben (12) über die Abtriebswelle (10) und ein Nabenteil (15) mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar ist,
– wobei die Hydraulikflüssigkeit außerhalb der Abtriebswelle (10) über eine Anzahl von Fluidkanälen (16) mit einem an den Betätigungskolben (12) angrenzenden Kolbenraum (13) in Wirkverbindung steht und die Fluidkanäle (16) in einem Teilabschnitt (18) axial verlaufen und
– wobei jeder Fluidkanal (16) in dem Teilabschnitt (18) radial innen von der Abtriebswelle...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydrodynamische Kupplung, insbesondere einen Drehmomentwandler,

– wobei ein Pumpenrad mit einem Antriebselement drehfest verbunden ist, das mit einer Antriebswelle drehfest verbindbar ist, ein Turbinenrad von dem Pumpenrad hydrodynamisch antreibbar ist und das Turbinenrad direkt oder über einen Torsionsschwingungsdämpfer mit einer Abtriebswelle drehfest verbunden ist,
– wobei das Turbinenrad über eine Überbrückungskupplung mit dem Pumpenrad kuppelbar ist, der Überbrückungskupplung ein Betätigungskolben zugeordnet ist, die Abtriebswelle als Hohlwelle ausgebildet ist und der Betätigungskolben über die Abtriebswelle und ein Nabenteil mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar ist,
– wobei die Hydraulikflüssigkeit außerhalb der Abtriebswelle über eine Anzahl von Fluidkanälen mit einem an den Betätigungskolben angrenzenden Kolbenraum in Wirkverbindung steht und die Fluidkanäle in einem Teilabschnitt axial verlaufen,
– wobei jeder Fluidkanal in dem Teilabschnitt radial außen von dem Nabenteil umgeben ist.

Eine derartige hydrodynamische Kupplung, ausgebildet als Drehmomentwandler, ist beispielsweise aus der DE 199 20 542 A1 , 7, bekannt. Bei dieser hydrodynamischen Kupplung ist der Nabenteil durch einen sich in Richtung zu einem Antrieb erstreckenden, über den Gehäusedeckel des Kupplungsgehäuses hinaus ragenden Lagerhohlzapfen gebildet, in den die Abtriebswelle hineinragt, und der die Abtriebswelle mit radialer Distanz umschließt. Aufgrund dieser radialen Distanz ergibt sich zwischen der radialen Außenseite der Abtriebswelle und der radialen Innenseite des Nabenteils ein Strömungsweg für Hydraulikflüssigkeit, der sich axial erstreckt und eine Verbindung zwischen dem antriebsseitigen Strömungsaustritt der Abtriebswelle und dem Kolbenraum herstellt. Die DE 199 20 542 A1 gibt allerdings keinen Hinweis auf die Ausbildung dieses Strömungsweges in Umfangsrichtung.
Auch die DE 33 14 061 A1 zeigt eine als Drehmomentwandler ausgebildete hydrodynamische Kupplung, bei welcher der Nabenteil durch einen sich in Richtung zu einem Antrieb erstreckenden, über den Gehäusedeckel des Kupplungsgehäuses hinaus ragenden Lagerhohlzapfen gebildet wird, in den eine Welle hineinragt, und der diese Welle mit radialer Distanz umschließt, so dass sich zwischen der radialen Außenseite der Welle und der radialen Innenseite des Nabenteils ein Strömungsweg für Hydraulikflüssigkeit ergibt, der sich axial erstreckt und eine Verbindung zwischen dem antriebsseitigen Strömungsaustritt der Abtriebswelle und dem Kolbenraum herstellt. Allerdings handelt es sich bei der Welle nicht um eine Abtriebswelle, sondern statt dessen um eine Antriebswelle für Zusatzaggregate, wie beispielsweise eine Hydraulikpumpe. Deshalb steht diese Welle mittels einer Verzahnung in Drehverbindung mit dem Kupplungsgehäuse.
Eine weitere hydrodynamische Kupplung ist aus der DE 199 02 190 A1 bekannt. Bei dieser hydrodynamischen Kupplung besteht das Nabenteil aus zwei Komponenten, die zwischen sich die Fluidkanäle bilden.
Die Konstruktion gemäß der DE 199 02 190 A1 ist bereits recht günstig, aber noch verbesserbar. Insbesondere ist es bei der DE 199 02 190 A1 erforderlich, entweder die beiden Teile als solche – z. B. durch Schmieden – geeignet auszuprägen oder aber in eines der beiden Teile ein Passstück einzupressen. Beide Herstellungsverfahren sind vergleichsweise aufwendig.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine hydrodynamische Kupplung zu schaffen, bei der die Begrenzungen der Fluidkanäle, soweit sie in dem Teilabschnitt axial verlaufen, auf einfachere Weise erstellbar sind.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass jeder Fluidkanal in dem Teilabschnitt – zusätzlich zur Begrenzung radial außen durch das Nabenteil – auch in Umfangsrichtung von dem Nabenteil umgeben ist und radial innen von der Abtriebswelle umgeben ist.
Denn dann kann die Aufteilung des Nabenteils in zwei Komponenten entfallen bzw. auf die Bildung der Fluidkanäle in radial verlaufenden Außenabschnitten beschränkt werden.
Wenn das Nabenteil in Kanalbereichen, in denen es die Fluidkanäle radial außen begrenzt, radial innen konisch ausgebildet ist, ist das Nabenteil fertigungstechnisch besonders einfach herstellbar. Dies gilt ganz besonders, wenn ein Konuswinkel des Nabenteils in den Kanalbereichen zwischen drei und zehn Grad, insbesondere zwischen fünf und sieben Grad, liegt.
Wenn das Nabenteil in Zwischenbereichen, in denen es die Fluidkanäle in Umfangsrichtung begrenzt, radial innen zylindrisch ausgebildet ist, ergibt sich eine besonders gute Begrenzung in Umfangsrichtung.
Wenn die Zwischenbereiche einen Innendurchmesser beschreiben und der Innendurchmesser um 0,5 bis 2,0 mm, insbesondere um 0,8 bis 1,2 mm, größer als ein Außendurchmesser der Abtriebswelle ist, besteht keine Gefahr eines direkten Kontakts zwischen Nabenteil und Abtriebswelle.
Das Nabenteil ist vorzugsweise als Schmiedeteil ausgebildet, das in den Zwischenbereichen radial innen durch Drehen nachbearbeitet ist.
Wenn die Anzahl von Fluidkanälen mindestens drei, insbesondere genau vier, beträgt, ergibt sich beim Zusammenbau der hydrodynamischen Kupplung auf einfache Weise eine Vorzentrierung der Abtriebswelle und des Nabenteils zueinander.
Die Fluidkanäle weisen im Regelfall Außenabschnitte auf, die im wesentlichen radial verlaufen und im Kolbenraum münden. Die Fluidkanäle können in den Außenabschnitten als Bohrungen ausgebildet sein. Alternativ kann das Nabenteil aus zwei Komponenten bestehen und die Komponenten zwischen sich die Fluidkanäle bilden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung
1 einen Teilschnitt durch eine hydrodynamische Kupplung,
2 einen Schnitt durch ein Nabenteil und ein Abtriebswelle,
3 eine perspektivische Ansicht eines Schnitts durch das Nabenteil von 2,
4 einen Schnitt durch einen Schmiederohling,
5 eine perspektivische Ansicht des Schnitts von 4,
6 eine perspektivische Ansicht des Schmiederohlings von 4 und
7 eine alternative Ausgestaltung des Nabenteils.
Gemäß 1 weist eine hydodynamische Kupplung ein Pumpenrad 1 auf. Das Pumpenrad 1 ist mit einer Pumpenradschale 2 drehfest verbunden. Die Pumpenradschale 2 ist mit einer Gehäuseschale 3 drehfest verbunden. Gemäß 1 ist die Pumpenradschale 2 mit der Gehäuseschale 3 verschweißt. Es sind aber auch andere Befestigungsarten, insbesondere Verschraubungen, denkbar.
Die Gehäuseschale 3 ist ein Antriebselement, das über schematisch angedeutete Schraubverbindungen 4 mit einer nicht dargestellten Antriebswelle (in der Regel der Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs) drehfest verbindbar ist.
Die hydodynamische Kupplung weist ferner ein Turbinenrad 5 auf. Das Turbinenrad 5 ist von dem Pumpenrad 1 hydrodynamisch antreibbar. Zwischen dem Pumpenrad 1 und dem Turbinenrad 5 ist ein Leitrad 6 angeordnet. Die hydrodynamische Kupplung ist daher als Drehmomentwandler ausgebildet.
Das Turbinenrad 5 ist über eine Turbinenradschale 7 mit einer Turbinenradnabe 8 verbunden. Die Turbinenradnabe 8 ist über eine Verzahnung 9 mit einer Abtriebswelle 10 drehfest verbunden. Die Abtriebswelle 10 ist in der Regel die Getriebeeingangswelle eines der hydrodynamischen Kupplung nachgeordneten Getriebes.
Gemäß 1 ist die Turbinenradschale 7 mit der Turbinenradnabe 8 direkt und damit drehfest verbunden. Zwischen der Turbinenradschale 7 und der Turbinenradnabe 8 könnte aber auch ein Torsionsschwingungsdämpfer angeordnet sein. In diesem Fall wäre die Turbinenradschale 7 mit der Turbinenradnabe 8 drehbegrenzt verbunden.
Die hydrodynamische Kupplung weist ferner eine Überbrückungskupplung 11 auf. Mittels der Überbrückungskupplung 11 ist das Turbinenrad 5 mit dem Pumpenrad 1 kuppelbar. Gemäß 1 erfolgt dabei eine direkte, drehfeste Kupplung zwischen Pumpenrad 1 und Turbinenrad 5. Auch hier könnte wieder ein Torsionsschwingungsdämpfer zwischen der Überbrückungskupplung 11 und der Turbinenradschale 7 angeordnet sein. Dieser Torsionsschwingungsdämpfer kann dabei wahlweise alternativ oder zusätzlich zum Torsionsschwingungsdämpfer zwischen Turbinenradschale 7 und Turbinenradnabe 8 vorhanden sein.
Der Überbrückungskupplung 11 ist ein Betätigungskolben 12 zugeordnet. Mittels des Betätigungskolbens 12 ist die Überbrückungskupplung 11 betätigbar. Hierzu wird Hydraulikflüssigkeit entweder in einen vorderen Kolbenraum 13 oder in einen hinteren Kolbenraum 14 geleitet. Der Betätigungskolben 12 wird also mit der Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt. Aus dem jeweils anderen Kolbenraum 14, 13 wird hiermit korrespondierend Hydraulikflüssigkeit abgezogen. Wie aus 1 ersichtlich ist, ist der vordere Kolbenraum 13 zwischen der Gehäuseschale 3 und dem Betätigungskolben 12 angeordnet, der hintere Kolbenraum 14 zwischen dem Betätigungskolben 12 und der Turbinenradschale 7. Beide Kolbenräume 13, 14 grenzen also an den Betätigungskolben 12 an.
Das Beaufschlagen des Betätigungskolbens 12 mit Hydraulikflüssigkeit erfolgt über die Abtriebswelle 10 und ein Nabenteil 15. Die Abtriebswelle 10 ist daher zum Führen der Hydraulikflüssigkeit als Hohlwelle 10 ausgebildet.
Außerhalb der Abtriebswelle 10 steht die Hydraulikflüssigkeit mit dem vorderen Kolbenraum 13 über eine Anzahl von Fluidkanälen 16 in Wirkverbindung. Die Fluidkanäle 16 weisen dabei gemäß 1 Außenabschnitte 17 auf, die im wesentlichen radial verlaufen und im vorderen Kolbenraum 13 münden.
Gemäß 2 verlaufen die Fluidkanäle 16 in weiteren Teilabschnitten 18 im wesentlichen axial. Gemäß 2 sind die Fluidkanäle 16 in den Teilabschnitten 18 dabei radial außen von dem Nabenteil 15 und radial innen von der Antriebswelle 10 umgeben. In Umfangsrichtung sind die Fluidkanäle in den Teilabschnitten 18 ebenfalls von dem Nabenteil 15 umgeben. Die Bereiche, in denen das Nabenteil 15 die Fluidkanäle 16 in den Teilabschnitten 18 radial außen begrenzt, sind nachfolgend als Kanalbereiche 19 bezeichnet, die Abschnitte, in denen es die Fluidkanäle 16 in den Teilabschnitten 18 in Umfangsrichtung begrenzt, als Zwischenbereiche 20 (siehe 3).
Wie besonders deutlich aus 2 ersichtlich ist, ist das Nabenteil 15 in den Kanalbereichen 19 radial innen konisch ausgebildet. Es bildet also mit einer Rotationsachse R einen Konuswinkel α. Der Konuswinkel α liegt vorzugsweise zwischen drei und zehn Grad, insbesondere zwischen fünf und sieben Grad. Gemäß 2 beträgt er beispielsweise sechs Grad.
Wie besonders deutlich aus 3 ersichtlich ist, ist das Nabenteil 15 in den Zwischenbereichen 20 radial innen zylindrisch ausgebildet. Die Zwischenbereiche 20 beschreiben somit einen Innendurchmesser D. Der Innendurchmesser D ist größer als ein Außendurchmesser d der Abtriebswelle 10. In der Regel sollte der Innendurchmesser D um 0,5 bis 2,0 mm größer als der Außendurchmesser d der Abtriebswelle 10 sein. Vorzugsweise ist er um 0,8 bis 1,2 mm größer als der Außendurchmesser d, z. B. 1,0 mm größer.
Die Konizität des Nabenteils 15 in den Kanalbereichen 19 kann besonders einfach dadurch erreicht werden, dass zunächst ein entsprechend geformter Schmiedestempel in einen Rohling eingepresst wird, aus dem später das Nabenteil 15 hergestellt wird. Die Zylindrizität der Zwischenbereiche 20 kann dann durch Drehen erreicht werden. Das Nabenteil 15 ist also vorzugsweise als Schmiedeteil ausgebildet, das in den Zwischenbereichen 20 radial innen durch Drehen nachbearbeitet ist. Die 4 bis 6 zeigen einen derartigen Schmiederohling nach dem Einpressen des Schmiedestempels und vor dem Nachbearbeiten der Zwischenbereiche 20.
Wie besonders deutlich aus 6 ersichtlich ist, beträgt die Anzahl von Fluidkanälen 16 genau vier. Ferner sind die Fluidkanäle 16 in Umfangsrichtung gleichmäßig um die Abtriebswelle 10 herum verteilt angeordnet. Das Nabenteil 15 könnte aber auch derart ausgebildet sein, dass es mit der Abtriebswelle 10 eine andere Anzahl von Fluidkanälen 16 bildet. Drei Fluidkanäle 16 sollten aber mindestens gebildet werden. Auch sollte die gleichmäßige Verteilung um die Antriebswelle 10 herum stets beibehalten werden.
Bei der oben stehend in Verbindung mit den 1 bis 6 beschriebenen ersten Ausführungsform des Nabenteils 15 ist dieses einstückig ausgebildet. Die Fluidkanäle 16 sind daher in den Außenabschnitten 17 als Bohrungen 17 ausgebildet. Es ist aber auch möglich, dass das Nabenteil 15 gemäß einer zweiten Ausführungsform – siehe 7 – aus zwei Komponenten 15', 15'' besteht. In diesem Fall können die Komponenten 15', 15'' zwischen sich die Außenabschnitte 17 der Fluidkanäle 16 bilden. Die Verbindung der Komponenten 15', 15'' kann dabei auf beliebige Weise erfolgen. Insbesondere können die Komponenten 15', 15'' – z. B. durch Schrauben – lösbar miteinander verbunden sein. Sie können aber auch – z. B. durch Verschweißen oder Nieten – unlösbar miteinander verbunden sein.
Mittels der vorliegenden Erfindung können somit auf einfache Weise nur mit einem einstückigem Nabenteil 15 bzw. mit zwei einfach ausgebildeten Nabenteilkomponenten 15', 15'' und der Abtriebswelle 10 die Fluidkanäle 16 gebildet werden.
Bezugszeichenliste

1: Pumpenrad
2: Pumpenradschale
3: Gehäuseschale
4: Schraubverbindungen
5: Turbinenrad
6: Leitrad
7: Turbinenradschale
8: Turbinenradnabe
9: Verzahnung
10: Abtriebswelle
11: Überbrückungskupplung
12: Betätigungskolben
13: vorderer Kolbenraum
14: hinterer Kolbenraum
15: Nabenteil
15', 15'': Komponenten
16: Fluidkanäle
17: Außenabschnitte
18: Teilabschnitte
19: Kanalbereiche
20: Zwischenbereiche
d: Außendurchmesser
D: Innendurchmesser
R: Rotationsachse
α: Konuswinkel

Claims

Hydrodynamische Kupplung, insbesondere Drehmomentwandler, – wobei ein Pumpenrad (1) mit einem Antriebselement (3) drehfest verbunden ist, das mit einer Antriebswelle drehfest verbindbar ist, ein Turbinenrad (5) von dem Pumpenrad (1) hydrodynamisch antreibbar ist und das Turbinenrad (5) direkt oder über einen Torsionsschwingungsdämpfer mit einer Abtriebswelle (10) verbunden ist, – wobei das Turbinenrad (5) über eine Überbrückungskupplung (11) mit dem Pumpenrad (1) kuppelbar ist, der Überbrückungskupplung (11) ein Betätigungskolben (12) zugeordnet ist, die Abtriebswelle (10) als Hohlwelle (10) ausgebildet ist und der Betätigungskolben (12) über die Abtriebswelle (10) und ein Nabenteil (15) mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar ist, – wobei die Hydraulikflüssigkeit außerhalb der Abtriebswelle (10) über eine Anzahl von Fluidkanälen (16) mit einem an den Betätigungskolben (12) angrenzenden Kolbenraum (13) in Wirkverbindung steht und die Fluidkanäle (16) in einem Teilabschnitt (18) axial verlaufen und – wobei jeder Fluidkanal (16) in dem Teilabschnitt (18) radial innen von der Abtriebswelle (10) und radial außen und in Umfangsrichtung von dem Nabenteil (15) umgeben ist.
Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nabenteil (15) in Kanalbereichen (19), in denen es die Fluidkanäle (16) radial außen begrenzt, radial innen konisch ausgebildet ist.
Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Konuswinkel (α) des Nabenteils (15) in den Kanalbereichen (19) zwischen drei und zehn Grad, insbesondere zwischen fünf und sieben Grad, liegt.
Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Nabenteil (15) in Zwischenbereichen (20), in denen es die Fluidkanäle (16) in Umfangsrichtung begrenzt, radial innen zylindrisch ausgebildet ist.
Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenbereiche (20) einen Innendurchmesser (D) beschreiben und dass der Innendurchmesser (D) um 0,5 bis 2,0 mm, insbesondere um 0,8 bis 1,2 mm, größer als ein Außendurchmesser (d) der Abtriebswelle (10) ist.
Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Nabenteil (15) als Schmiedeteil (15) ausgebildet ist, das in den Zwischenbereichen (20) radial innen durch Drehen nachbearbeitet ist.
Hydrodynamische Kupplung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Fluidkanälen (16) mindestens drei, insbesondere genau vier, beträgt und dass die Fluidkanäle (16) in Umfangsrichtung gleichmäßig um die Abtriebswelle (10) herum verteilt angeordnet sind.
Hydrodynamische Kupplung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkanäle (16) Außenabschnitte (17) aufweisen, die radial verlaufen und im Kolbenraum (13) münden.
Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkanäle (16) in den Außenabschnitten (17) als Bohrungen (17) ausgebildet sind.
Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Nabenteil (15) aus zwei Komponenten (15', 15'') besteht und dass die Komponenten (15', 15'') zwischen sich die Außenabschnitte (17) der Fluidkanäle (16) bilden.