Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit einem Pumpenrad, einem Turbinenrad, einer Wandlerüberbrückungskupplung sowie einem Drehschwingungsdämpfer und einem Drehschwingungstilger.

Derartige Drehmomentwandler sind aus Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen bekannt und sind vorzugsweise zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe angeordnet. Dabei wird zum Anfahren des Kraftfahrzeuges bevorzugt die Wandlerfunktion mit Drehmomentüberhöhung genutzt, indem das Drehmoment vom Gehäuse, das von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, über das Pumpenrad geleitet wird, das das Turbinenrad antreibt, welches das Drehmoment über ein Ausgangsteil unter Abstützung an einem Leitrad zur Momentenerhöhung auf eine Getriebeeingangswelle des Getriebes überträgt. Bei höheren Drehzahlen wird die Wandlerüberbrückungskupplung geschlossen, so dass das Drehmoment unter Überbrückung der Wandlerkomponenten direkt vom Gehäuse über das Ausgangsteil auf die Getriebeeingangswelle übertragen wird und somit der sich verschlechternde Wirkungsgrad der Wandlerkomponenten bei höheren Drehzahlen eliminiert wird.

Die verwendeten Brennkraftmaschinen, insbesondere 4-Zylinder-Diesel-Motoren, weisen hohe Drehungleichförmigkeiten auf, so dass in dem Gehäuse von Drehmomentwandler Drehschwingungsdämpfer vorgesehen sind, die bei geschlossener Wandlerüberbrückungskupplung zwischen dem Gehäuse und dem Ausgangsteil und/oder bei geöffneter Wandlerüberbrückungskupplung zwischen Turbinenrad und dem Ausgangsteil des Drehmomentwandlers wirksam angeordnet sein können. Dabei ist unter einem Drehschwingungsdämpfer in bekannter Weise eine Anordnung mit einem Eingangs- und einem Ausgangsteil zu verstehen, die entgegen der Wirkung von beispielsweise über den Umfang angeordneten Energiespeichern begrenzt gegeneinander verdrehbar sind. Derartige Drehschwingungsdämpfer können mehrere Dämpferstufen enthalten, die zueinander seriell und/oder parallel angeordnet sind.

Zur verbesserten Schwingungsisolation der Drehschwingungen der Brennkraftmaschine ist die Verwendung von Fliehkraftpendeln im Gehäuse des Drehmomentwandlers bekannt geworden, die auch in Verbindung mit Drehschwingungsdämpfern wirksam im Gehäuse inte- griert sein können. Eine derartige Anordnung von Dämpfungseinheiten kann bei Brennkraftmaschinen des oben genannten Typs immer noch nicht ausreichend sein, so dass ein Anschlagen der Pendelgewichte von Fliehkraftpendeln auftreten kann. Die Auslegung des Fliehkraftpendels kann sich daher insbesondere bei niedrigen Drehzahlen mit hohen Schwenkwinkeln der Brennkraftmaschine schwierig gestalten. Anschläge der Pendelgewichte oder -massen wirken sich insbesondere durch ein als unkomfortabel wahrgenommenes Brummen des Antriebsstranges des Kraftfahrzeugs aus.

Aufgabe der Erfindung ist daher, einen Drehmomentwandler mit entsprechender Schwingungsisolation vorzuschlagen, bei der das Fliehkraftpendel nicht oder in vermindertem Maße Pendelanschlägen ausgesetzt ist beziehungsweise die Auslegung des Fliehkraftpendels unter derartigen Bedingungen vereinfacht ist, indem beispielsweise die Schwingwinkel des Fliehkraftpendels herabgesetzt werden können.

Die Aufgabe wird durch einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit einem von einem Pumpenrad angetriebenen, mit einem Ausgangsteil verbundenen Turbinenrad sowie einem Gehäuse, in dem zusätzlich ein Drehschwingungsdämpfer mit mehreren Dämpferstufen und einem Drehschwingungstilger sowie eine Gehäuse und Ausgangsteil verbindende Wandler- überbrückungskupplung untergebracht sind, gelöst, wobei der Drehschwingungstilger mit dem Turbinenrad verbunden und aus einem Fliehkraftpendel und einem Turbinentilger gebildet ist. Durch die Aufteilung des Drehschwingungstilgers in einen Turbinentilger und ein Fliehkraftpendel erfolgt eine Verbesserung der Schwingungsisolation, indem durch Vorschaltung des Turbinentilgers im Drehmomentpfad vor das Fliehkraftpendel dieses auf kleinere Schwingwinkel und damit weniger aufwendig abgestimmt werden kann. So können beispielsweise Schwingwinkel der Pendelmassen gegenüber dem diese tragenden Scheibenteil kleiner 40° vorgesehen werden, ohne dass diese unter den üblichen Betriebsbedingungen eines Antriebsstrangs beispielsweise in Verbindung mit einem 4-Zylinder-Dieselmotor an dem Scheibenteil anschlagen.

Dabei kann die aus Drehschwingungsdämpfer, der aus einem der Wandlerüberbrückungs- kupplung zugeordneten Kupplungsdämpfer und einem dem Turbinenrad zugeordneten Turbinendämpfer gebildet sein kann, und Drehschwingungstilger bestehende Drehschwingungs- isolationseinheit so ausgelegt sein, dass einzelne Komponenten mit einer Mehrfachfunktion abhängig vom Betriebszustand der Wandlerüberbrückungskupplung ausgestattet sind. Beispielseise können Dämpferelemente wie Dämpferstufen des Drehschwingungsdämpfers dem Drehmomentpfad über die Wandlerkomponenten wie Pumpenrad und Turbinenrad dem Drehmomentpfad über die Wandlerüberbrückungskupplung zugeordnet sein. Außerdem kann der Turbinentilger abhängig von der Betriebsweise der Wandlerüberbrückungskupplung als reiner Tilger oder als Schwingungsdämpfer ausgestaltet sein. Beispielsweise arbeitet der Turbinentilger bei geschlossener Wandlerüberbrückungskupplung als Tilger, wobei das Turbinenrad eine Tilgermasse des Turbinentilgers bildet. Bei geöffneter Wandlerüberbrückungskupplung bildet der Turbinentilger eine Dämpferstufe eines zwischen Turbinenrad und Ausgangsteil wirksamen Turbinendämpfers.

Weiterhin kann ein der Wandlerüberbrückungskupplung zugeordneter Kupplungsdämpfer zweistufig ausgebildet sein. In vorteilhafter weise kann dabei eine Dämpferstufe des Kupplungsdämpfers bei geöffneter Wandlerüberbrückungskupplung dem Turbinendämpfer zugeschaltet werden, so dass diese vom Kupplungsdämpfer und dem Turbinendämpfer gemeinsam genutzt wird. Hierzu weist der Kupplungsdämpfer eine den beiden Dämpferstufen gemeinsames Zwischenteil auf. Dieses Zwischenteil kann weiterhin mit einem Flanschteil des Turbinentilgers drehfest verbunden sein. Dabei ist zur Bildung der Funktion eines Drehschwingungsdämpfers der Turbinentilger mit einem gegen das Flanschteil begrenzt entgegen der Wirkung von Energiespeichern verdrehbaren Gegenscheibenteil ausgestattet, das seinerseits mit dem Turbinenrad drehfest verbunden ist. Bei geöffneter Wandlerüberbrückungskupplung fließt das am Gehäuse anliegende, von der Brennkraftmaschine eingespeiste Drehmoment über das Pumpenrad auf das Turbinenrad. Der Turbinentilger dient als erste Dämpferstufe und leitet über das Gegenscheibenteil und die Energiespeicher das Drehmoment auf das Zwischenteil und von dort über die zweite Dämpferstufe des Kupplungsdämpfers in das Ausgangsteil des Drehmomentwandlers, von wo es in die Getriebeeingangswelle eingeleitet wird. Das Fliehkraftpendel ist drehfest mittels dessen Scheibenteil dem Turbinenrad zugeordnet und wirkt in diesem Beschaltungszustand als einziger Drehschwingungstilger.

Im geschlossenen Zustand der Wandlerüberbrückungskupplung wird das Drehmoment vom Gehäuse über die Wandlerüberbrückungskupplung in die erste Dämpferstufe des Drehschwingungsdämpfers und von dort in das Ausgangsteil und in die Getriebeeingangswelle eingeleitet. Durch die Anbindung des Turbinentilgers an das Zwischenteil der beiden Dämpferstufen koppelt der Turbinentilger mittels seines Flanschteils an den Kupplungsdämpfer an, wobei das über das Gegenscheibenteil angebundene Turbinenrad als Tilgermasse dient. Dabei können weiterhin hydrodynamische Effekte insbesondere der Beschaufelung des Tur- binenrads zusätzliche Trägheitsmomente beitragen. Das bevorzugt mit dem Turbinenrad gekoppelte Fliehkraftpendel ist dabei nur den noch nicht durch den Turbinentilger getilgten Schwingungswinkeln ausgesetzt und kann entsprechend auf geringere Schwingwinkel ausgelegt werden.

Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht hierzu ein Ausgangsteil des Drehmomentwandlers vor, das mit einer Getriebeeingangswelle eines Getriebes drehfest verbunden ist, wobei auf dem Ausgangsteil, beispielsweise einer sogenannten Dämpfernabe, die mit der Getriebeeingangswelle verzahnt ist, ein Eingangsteil des Kupplungsdämpfers und eine Turbinennabe verdrehbar und ein Ausgangsteil des Drehschwingungsdämpfers drehfest aufgenommen ist. Vorteilhafterweise sind dabei das Ausgangsteil des Drehschwingungsdämpfers und das Ausgangsteil des Drehmomentwandlers einteilig ausgebildet, beispielsweise mittels eines Sinter- oder Schmiedeverfahrens hergestellt. Die Turbinennabe nimmt in dieser Ausführungsform das Gegenscheibenteil, das Turbinenrad und das die Pendelmassen tragende Scheibenteil des Fliehkraftpendels drehfest auf der Turbinennabe auf, wobei an der Turbinennabe ein radial erhabener, umlaufender Flansch vorgesehen sein kann, an dem Gegenscheibenteil, Turbinennabe und Scheibenteil vorzugsweise mittels gemeinsamer Nieten oder anderer Befestigungsmittel aufgenommen sind.

In vorteilhafter Weise kann zwischen Flanschteil und Gegenscheibenteil eine Reibeinrichtung vorgesehen sein, beispielsweise in Form einer zwischen Flanschteil und Gegenscheibenteil verspannten Tellerfeder.

Die Erfindung wird anhand der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele und Funktionsdarstellungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 ein Funktionsmuster in schematischer Darstellung,

Figur 2 ein Diagramm zur Darstellung der Schwingungsisolation unterschiedlicher

Drehschwingungsisolationseinheiten und Figur 3 einen Teilschnitt durch einen hydrodynamischen Drehmomentwandler.

Figur 1 zeigt ein schematisch dargestelltes Funktionsmuster eines Antriebsstrangs 100 in einem Kraftfahrzeug mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler 1 , der von einer Brennkraftmaschine 2, beispielsweise einem 4-Zylinder-Diesel-Motor, angetrieben wird und das durch diese geleitete und gegebenenfalls gewandelte Drehmoment über ein Ausgangsteil 3 auf eine zum Getriebe 4 gehörige Getriebeeingangswelle 5 überträgt. Im Getriebe 4, das ein automatisiertes Schaltgetriebe, ein Schaitstufenautomat oder ein kontinuierlich verstellbares Getriebe wie Toroid- oder Umschlingungsmittelgetriebe sein kann, werden den Fahrzuständen des Kraftfahrzeugs entsprechende Übersetzungen eingestellt und das Antriebsmoment über ein Differenzial 6 auf zumindest ein Antriebsrad 7 übertragen.

Der Drehmomentwandler 1 dient dabei als Anfahr- und Drehmomentübertragungselement und stellt hierzu zwei Drehmomentpfade zur Übertragung des von der Brennkraftmaschine 2 bereitgestellten, drehschwingungsbehafteten Drehmoments zur Verfügung. Der eine Drehmomentpfad wird durch die hydrodynamische Übertragung über das Pumpenrad 8 und das mittels eines Arbeitsfluids an dieses angekoppelte Turbinenrad 9 geführt, wobei dem Turbinenrad 9 symbolisch die Turbinenmasse 10 zugeordnet ist, an der das Fliehkraftpendel 11 angeordnet ist. Zwischen der Turbinenmasse 10 beziehungsweise dem Turbinenrad 9 und einem Zwischenteil 12 sind Energiespeicher 13 und eine Reibeinrichtung 14 angeordnet, die bei einer Relativverdrehung des Turbinenrads 9 gegenüber dem Zwischenteil 12 wirksam sind. Über das Zwischenteil 12, das Eingangsteil der Dämpferstufe 17 mit den Energiespeichern 15 und dem Ausgangsteil 16 wird das Drehmoment vom Ausgangsteil 16 auf das Ausgangsteil 3 des Drehmomentwandlers 1 übertragen.

Der zweite Drehmomentpfad erfolgt über die Wandlerüberbrückungskupplung 18, der direkt beziehungsweise über ein nicht dargestelltes Gehäuse des Drehmomentwandlers 1 der Drehschwingungsdämpfer 19 mit den beiden Dämpferstufen 17, 20 nachgeschaltet ist. Das Drehmoment fließt dabei von dem Eingangsteil 21 des Drehschwingungsdämpfers 19 über die Energiespeicher 22 der ersten Dämpferstufe, deren Ausgangsteil durch das Zwischenteil 12 gebildet wird, über die zweite Dämpferstufe 17 und das Ausgangsteil 3 in die Getriebeeingangswelle 5.

Die Funktionsweise der Drehschwingungsisolationseinheit 23, bestehend aus Drehschwingungsdämpfer 19 und Drehschwingungstilger 30, zur Dämpfung der von der Brennkraftmaschine 2 eingetragenen Drehschwingungen erfolgt abhängig vom Drehmomentfluss über die beiden Drehmomentpfade unterschiedlich. Bei geöffneter Wandlerüberbrückungskupplung 18 ist der Turbinentilger 24 infolge eines über diesen fließenden Drehmomentflusses als Turbinendämpferstufe 25 wirksam, wobei das Turbinenrad 9 das Eingangsteil und das Zwischenteil 12 das Ausgangsteil dieser Dämpferstufe bilden und der Turbinendämpferstufe 25 die Dämpfungsstufe 17 unter Ausbildung eines zweistufigen Turbinendämpfers 26 nachgeschaltet ist. Das Fliehkraftpendel 11 mit seinem Scheibenteil 28 und den gegenüber diesem in Drehrichtung begrenzt verlagerbaren Pendelmassen 29 ist dabei dem Turbinenrad 9 zugeordnet und wirkt als einzige Komponente des Drehschwingungstilgers 30. Die Dämpferstufe 20 ist im Wandlerbetrieb ohne Funktion. Es versteht sich, dass im Wandlerbetrieb zur Drehmomenterhöhung ein nicht dargestelltes, zwischen Pumpenrad 8 und Turbinenrad 9 angeordnetes Leitrad wirksam vorgesehen sein kann.

Bei geschlossener Wandlerüberbrückungskupplung 18 sind die beiden seriell gegeneinander angeordneten Dämpferstufen 17, 20 als Kupplungsdämpfer 31 wirksam, die Wirkung der Turbinendämpferstufe 25 entfällt, da das Turbinenrad 9 bis auf ein durch die Turbinenmasse 10 und durch ein Viskositätsmoment gegenüber dem Arbeitsfluid eingestelltes Trägheitsmoment frei drehbar ist. Dadurch ändert sich die Funktion des mit dem Zwischenteil 12 drehgekoppelten Gegenscheibenteils 31 in Verbindung mit den an die Turbinenmasse 10 gekoppelten Energiespeichern 13 und der Reibeinrichtung 14 in den Turbinentilger 24, der bei geschlossener Wandlerüberbrückungskupplung 18 in Verbindung mit dem an die Turbinenmasse 10 gekoppelten Fliehkraftpendel 12 einen zweiteiligen Drehschwingungstilger 30 bildet.

Figur 2 zeigt ein Diagramm, bei dem am Differential 6 abgegriffene Kurven 32, 33, die jeweils eine verbliebene Drehungleichförmigkeit ΔM über die Drehzahl n darstellen, verschiedener, in einem Drehmomentwandler angeordneter Drehschwingungsisolationseinheiten gezeigt sind. Die Kurve 32 mit den Symbolen (o) zeigt die Drehungleichförmigkeiten eines Antriebsstrangs mit einem 4-Zylinder-Diesel-Motor mit einem Drehmomentwandler, in der ein Fliehkraftpendel ohne zugeschalteten Turbinentilger wirksam ist. Durch die weiten Schwingwinkel dieser Brennkraftmaschine in einem Drehzahlbereich bei ca. 1000 1/min schlagen die Pendelmassen des Fliehkraftpendels am Scheibenteil an und verursachen ein als Brummen wahrgenommenes Geräusch am Differential, das über die Karosserie des Kraftfahrzeugs verstärkt werden kann. Eine Ausstattung des Fliehkraftpendels mit Schwingwinkeln, die ein Anstoßen der Pendelmassen vermeiden könnten, ist beispielsweise aus Gründen der Abstimmung und Herstellung mit entsprechend engen Toleranzen mit einem technisch hohen Aufwand verbunden und nicht zielführend.

Die Kurve 33 mit den Symbolen (x) zeigt die Anordnung der Figur 1. Es treten trotz kleiner Schwingwinkel der Pendelmassen im Bereich kleiner 40° keine über dem gleichmäßigen Verlauf der Kurve 33 signifikant herausragenden Spitzen auf, die auf einen Kontakt der Pendelmassen mit dem Scheibenteil hinweisen. Der Turbinentilger 24 (Figur 1) ist daher im Stande, die Schwingwinkel mit großen Amplituden auszufiltern, so dass das Fliehkraftpendel zur Tilgung kleinerer Schwingwinkel ausgelegt werden kann.

Figur 3 zeigt eine konstruktiv vorteilhafte Ausführungsform eines Drehmomentwandlers 1 der Figur 1. Der Drehmomentwandler 1 ist in dem von der Brennkraftmaschine angetriebenen Gehäuse 34 untergebracht, an dem das Pumpenrad 8 - wie gezeigt - direkt angekoppelt oder in anderen Ausführungsbeispielen mittels einer Trennkupplung verbindbar ist. Das Pumpenrad 8 treibt das Turbinenrad 9 an, zwischen Pumpenrad 8 und Turbinenrad 9 ist das mittels eines Freilaufs 36 an einem nicht dargestellten getriebegehäusefesten Leitradstutzen aufgenommene Leitrad 35 angeordnet.

Das Turbinenrad 9 ist mittels der Nieten 37 auf der Turbinennabe 38 aufgenommen. Mittels der Nieten 37 sind auch das Scheibenteil 31 des Fliehkraftpendels 11 mit den Pendelmassen 29 und das Gegenscheibenteil 31 , das aus zwei die Energiespeicher 13 aufnehmenden Blechteilen, die radial außen miteinander vernietet sind, gebildet ist, drehfest auf der Turbinennabe 36 aufegnommen. Der Turbinentilger 24 ist durch das mit dem Turbinenrad 9 verbundene und die Energiespeicher 13 einerseits beaufschlagende Gegenscheibenteil 31 und das die Energiespeicher 13 andererseits beaufschlagende Flanschteil 39 sowie die dazwischen wirksame, durch die zwischen dem Gegenscheibenteil 31 und dem Flanschteil 39 verspannte Tellerfeder gebildete Reibeinrichtung 14 gebildet.

Die Wandlerüberbrückungskupplung 18 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch ein Lamellenpaket 40 gebildet, das bei geschlossener Wandlerüberbrückungskupplung 18 das am Gehäuse 34 anliegende Drehmoment auf den Lamellenträger 41 , der mit dem Eingangsteil 21 des Drehschwingungsdämpfers 19 fest verbunden wie vernietet ist. Der Drehschwingungsdämpfer 19 ist zweistufig mit den Dämpferstufen 17, 20 ausgebildet, wobei zwischen den beiden Dämpferstufen 17, 20 das Zwischenteil 12 angeordnet ist, das jeweils die Energiespeicher 15, 22 jeweils eingangsseitig beziehungsweise ausgangsseitig beaufschlagt. Die Energiespeicher 15 der zweiten Dämpferstufe 17 werden ausgangsseitig von dem Ausgangsteil 16 des Drehschwingungsdämpfers 19 beaufschlagt, das einteilig mit dem Ausgangsteil 3 ausgebildet ist. Das Ausgangsteil 3 ist mit der in diesem Ausführungsbeispiel nicht dargestellten Getriebeeingangswelle verzahnt und nimmt die Turbinennabe 38 begrenzt verdrehbar auf. Es versteht sich, dass ohne Änderung des vorgeschlagenen Konzepts weitere vorteilhafte Bauraumoptimierungen des in Figur 3 dargestellten Drehmomentwandlers 1 durchgeführt werden können. Beispielsweise können die Energiespeicher 13 entsprechend unter Ausnutzung des Bauraums des im Bereich radial oberhalb der Vernietung mit der Turbinennabe 38 axial eingezogenen torusförmigen Ringraums des Turbinenrads 9 eingebracht werden, wobei das Scheibenteil 28 und die Bestandteile des Turbinentilgers 24 entsprechend angepasst werden.

Die Funktionsweise des Drehmomentwandlers 1 der Figur 1 wurde anhand der Prinzipskizze der Figur 1 näher erläutert und ist zumindest im Wesentlichen auf den in Figur 3 dargestellten Drehmomentwandler 1 anwendbar, der lediglich als Ausführungsbeispiel in konstruktiv ausgearbeiteter Darstellungsweise vom Drehmomentwandler 1 der Figur 1 abweicht.

Bezugszeichenliste

Hydrodynamischer Drehmomentwandler

Brennkraftmaschine

Ausgangsteil

Getriebe

Getriebeeingangswelle

Differenzial

Antriebsrad

Pumpenrad

Turbinenrad

Turbinenmasse

Fliehkraftpendel

Zwischenteil

Energiespeicher

Reibeinrichtung

Energiespeicher

Ausgangsteil

Dämpferstufe

Wandlerüberbrückungskupplung

Drehschwingungsdämpfer

Dämpferstufe

Eingangsteil

Energiespeicher

Drehschwingungsisolationseinheit

Turbinentilger

Turbinendämpferstufe

Turbinendämpfer

Kupplungsdämpfer

Scheibenteil

Pendelmasse

Drehschwingungstilger

Gegenscheibenteil

Kurve 33 Kurve

34 Gehäuse

35 Leitrad

36 Freilauf

37 Niet

38 Turbinennabe

39 Flanschteil

40 Lamellenpaket

41 Lamellenträger

100 Antriebsstrang

ΔM Drehungleichförmigkeit n Drehzahl