Die Erfindung betrifft einen Drehmomentwandler mit den Merkmalen von Anspruch 1. Stand der Technik

Zum Übertragen von Drehmoment von einem Antriebsmotor an ein Getriebe in einem

Kraftfahrzeug kann ein Drehmomentwandler eingesetzt werden. Der Drehmomentwandler um- fasst eine Turbine mit einem Pumpenrad und einem Turbinenrad, die wenigstens teilweise von einer Flüssigkeit umspült sind, so dass das sich drehende Pumpenrad das Turbinenrad antreibt. Zur Minimierung von Verlusten ist zusätzlich eine Wandlerkupplung vorgesehen, um bei Bedarf die Bewegung des Turbinenrads mechanisch an die des Pumpenrads zu koppeln. Die Drehmomentübertragung erfolgt beispielsweise während eines Anfahrvorgangs des Kraftfahrzeugs durch die hydrodynamische Kopplung mittels der Turbine und während eines normalen Fahrbetriebs durch die mechanische Kopplung mittels der Wandlerkupplung.

Um im Fahrbetrieb Torsionsschwingungen um eine Eingangswelle des Drehmomentwandlers möglichst abzubauen, bevor sie eine Ausgangswelle des Drehmomentwandlers erreichen, sind unterschiedliche Anordnungen am und im Drehmomentwandler bekannt, die üblicherweise ein Fliehkraftpendel und einen Torsionsdämpfer umfassen.

DE 10 2008 057 648 A1 schlägt vor, ein Rotationselement mit einem Fliehkraftpendel mittels eines ersten Torsionsdämpfers mit der Eingangswelle und mittels eines zweiten Torsionsdämpfers mit der Ausgangswelle zu verbinden. Mit dieser Anordnung sollen Drehungleichför- migkeiten in der Kraftübertragung zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle verbessert reduzierbar sein.

DE 10 2009 024 743 A1 schlägt vor, das Fliehkraftpendel am Turbinenrad zu befestigen und eine Wandlerüberbrückungskupplung zur Überbrückung der Turbine im Lastbetrieb vorzusehen. Ein erster Torsionsdämpfer leitet Drehmoment vom Turbinenrad an die Abtriebswelle ein und ein zweiter Torsionsdämpfer leitet Drehmoment von der Wandlerüberbrückungskupplung an die Abtriebswelle ein. Dabei besteht der zweite Torsionsdämpfer aus zwei Torsionsdämp-

BESTÄTIGUNGSKOPIE ferelementen, die in Serie angeordnet sind. Die Anordnung der Dämpferelemente soll dazu beitragen, einen Bauraumbedarf des beschriebenen Drehmomentwandlers zu minimieren.

Drehmomentwandler der beschriebenen Art stellen grundsätzlich ein Torsionsschwingungs- system dar, das beispielsweise durch Drehungleichmäßigkeiten eines die Antriebswelle antreibenden Motors in eine Torsionsschwingung versetzt werden kann. Das Fliehkraftpendel wirkt als drehzahladaptiver Tilger und schwingt gegenphasig zu dem Rotationselement, auf dem es angebracht ist. Je geringer eine Federrate des Torsionsdämpfers ist, der die Eingangswelle mit dem Rotationskörper verbindet, desto besser ist die Isolation des Rotationskörpers von der Eingangswelle bezüglich der Drehunregelmäßigkeiten und desto geringer ist ein Schwingwinkel des Fliehkraftpendels.

Aus konstruktiven Gründen, beispielsweise wegen eines beschränkten zur Verfügung stehenden Bauraums, steht üblicherweise nur ein begrenzter Schwingwinkel für das Fliehkraftpendel zur Verfügung. Unter Einfluss von starken Torsionsschwingungen kann das Fliehkraftpendel gegen einen mechanischen Anschlag laufen, was zu einer sehr schlechten Isolation der Abtriebswelle gegenüber den Torsionsschwingungen führen kann. Außerdem können mit dem Anschlagen verbundene Geräusche als unangenehm empfunden werden und das Anschlagen kann zu einem erhöhten Verschleiß bzw. einer Ermüdung der betreffenden Elemente führen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen hydrodynamischen Drehmomentwandler anzugeben, der eine verbesserte Resistenz gegenüber Torsionsschwingungen aufweist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers mit den Merkmalen von Anspruch 1. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.

Offenbarung der Erfindung

Ein erfindungsgemäßer hydrodynamischer Drehmomentwandler zur Umsetzung eines Drehmoments von einer Eingangswelle auf eine Ausgangswelle umfasst ein Turbinenrad, ein mit der Eingangswelle verbundenes Pumpenrad zum hydromechanischen Antrieb des Turbinenrads, ein mit dem Turbinenrad verbundenes Fliehkraftpendel zur Dämpfung von Torsionsschwingungen (Drehschwingungen), einen ersten Torsionsdämpfer zum Antrieb der Aus- gangswelle durch das Turbinenrad sowie eine Wandlerkupplung und einen zweiten Torsionsdämpfer zur selektiven torsionsgedämpften Kopplung der Eingangswelle mit dem Turbinenrad. Dabei umfasst einer der Torsionsdämpfer zwei Torsionsdämpferelemente, die miteinander in Serie angeordnet sind.

Eine Federkapazität des Torsionsdämpfers kann durch die Verwendung zweier Torsionsdämpferelemente gesteigert sein, so dass eine verbesserte Isolation des Turbinenrads erzielt wird und das Fliehkraftpendel einen verringerten Schwingwinkel aufweisen kann. Ein Anschlagen bzw. Aufsetzen des Fliehkraftpendels kann vermieden sein, wodurch eine Verschlechterung der Isolation verhindert werden kann. Außerdem kann durch die serielle Anordnung der Torsionsdämpferelemente ein zur Verfügung stehender Bauraum verbessert nutzbar sein.

In einer weiteren Ausführungsform kann wenigstens einer der Torsionsdämpfer noch ein weiteres Torsionsdämpferelement umfassen. Somit sind auch Anordnungen des Drehmomentwandlers mit vier oder mehr Torsionsdämpferelementen möglich. Jedes der weiteren Torsionsdämpferelemente kann dazu beitragen, die Isolation zu verbessern und den

Schwingwinkel des Fliehkraftpendels unterhalb eines maximalen Schwingwinkels zu halten.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst der erste Torsionsdämpfer ein erstes Torsionsdämpferelement und der zweite Torsionsdämpfer ein zweites und ein drittes Torsionsdämpferelement. Torsionsschwingungen sind üblicherweise eher von der Seite der Eingangswelle zu erwarten und können durch die in Serie angeordneten Torsionsdämpferelemente seitens der Eingangswelle verbessert abbaubar sein. Ein konstruktiver und ein Materialaufwand können durch diese Anordnung minimiert sein. Außerdem kann ein Bauraumerfordernis der Anordnung verringert sein.

Umfasst der zweite Torsionsdämpfer mehrere Torsionsdämpferelemente, so kann eines dieser Torsionsdämpferelemente einen Anschlag zur Überbrückung der Torsionsdämpfung oberhalb eines vorbestimmten übertragenen Drehmoments umfassen. Vorzugsweise ist der Anschlag an einem starr mit dem Turbinenrad verbundenen Torsionsdämpferelement vorgesehen. Wird die Torsionsdämpfung überbrückt, so ist die gesamte Masse des überbrückten Torsionsdämpferelements starr mit dem Turbinenrad verbunden. Die rotierende Masse des Turbinenrads wird dadurch vergrößert, so dass die Rotationsträgheit des Turbinenrads gesteigert und der Schwingwinkel des Fliehkraftpendels verringert sein kann. Eines der Torsionsdämpferelemente des zweiten Torsionsdämpfers kann auch ein

Reibelement zur Verringerung der Torsionsdämpfung in Abhängigkeit eines übertragenen Drehmoments umfassen. Dadurch kann ein ähnlicher Effekt erzielt werden wie mit dem oben beschriebenen Anschlag zur Überbrückung der Torsionsdämpfung. Allerdings kann bei Einsatz eines Reibelements die Verringerung der Torsionsdämpfung in Abhängigkeit des übertragenen Drehmoments graduell verringert sein. Dadurch kann eine Gefahr sekundärer Schwingungseffekte verringert und ein Materialverschleiß bzw. eine Materialermüdung vermindert sein. In Kombination mit dem Anschlag kann ein Anschlaggeräusch des beschriebenen Anschlags reduziert oder vermieden werden.

Vorzugsweise ist das Reibelement dazu eingerichtet, die Torsionsdämpfung erst oberhalb eines vorbestimmten übertragenen Drehmoments zu verringern. Liegt das übertragene Drehmoment unterhalb des vorbestimmten Drehmoments, so kann das Torsionsdämpferelement unvermindert zur Tilgung bzw. Isolation von Schwingungen betrieben werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Reibelement an einem starr mit dem Turbinenrad verbundenen Torsionsdämpferelement vorgesehen.

Kurze Beschreibung der Figuren.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:

Figur 1 ein schematisches Kraftflussdiagramm eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers;

Figur 2 eine schematische Anordnung von Elementen des Drehmomentwandlers von Figur

1 ; und

Figur 3 ein schematisches Kraftflussdiagramm einer Variation des hydrodynamischen

Drehmomentwandlers von Figur 1 darstellt. Genaue Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Figur 1 zeigt ein schematisches Kraftflussdiagramm eines dynamischen Drehmomentwandlers 100.

Der Drehmomentwandler 100 umfasst eine Eingangswelle 105, die üblicherweise mit einem Motor, beispielsweise einem Hubkolben-Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, verbunden ist. Eine Ausgangswelle 110 des Drehmomentwandlers 100 ist üblicherweise mit einem Getriebe, insbesondere einem Antriebsgetriebe des Kraftfahrzeugs, verbunden. Der Drehmomentwandler 100 ist dazu eingerichtet, Drehmoment von der Eingangswelle 105 auf die Ausgangswelle 110 umzusetzen.

Durch den Drehmomentwandler 100 sind zwei unterschiedliche Drehmomentflüsse

realisierbar, die je nach Betriebszustand des Kraftfahrzeugs aktivierbar sind. Der erste Dreh- momentfluss ist hydrodynamisch realisiert und wird beispielsweise beim Anfahren des Kraftfahrzeugs verwendet, während der zweite Drehmomentfluss mechanisch realisiert ist und während eines normalen Fahrbetriebs verwendet wird, um einen Übertragungsverlust der hydrodynamischen Übertragung zu vermeiden. Üblicherweise ist zu jedem Zeitpunkt maximal einer der Drehmomentflüsse aktiviert, wobei während eines Übergangs vom einen zum anderen Drehmomentfluss auch beide ganz oder teilweise aktiviert sein können.

Der erste Drehmomentfluss verläuft von der Eingangswelle 105 auf ein Pumpenrad 115 und von dort durch hydrodynamische Übertragung auf ein Turbinenrad 120. Zwischen dem Pumpenrad 115 und dem Turbinenrad 120 ist symbolisch eine hydraulische Kupplung 125 eingezeichnet, die diesen Abschnitt des ersten Drehmomentflusses modelliert. Das Turbinenrad 120 ist mittels eines ersten Torsionsdämpfers 130 mit einem Flansch 135 verbunden, an dem das von der Eingangswelle übertragene Drehmoment an die Ausgangswelle 1 10 bereitgestellt wird.

Der zweite Drehmomentfluss verbindet die Eingangswelle 105 auf mechanische Weise mit dem Turbinenrad 120. Die Eingangswelle 105 bzw. das Pumpenrad 115 sind mit einer steuerbaren Wandlerkupplung 140 verbunden, um den zweiten Drehmomentfluss zu ermöglichen oder zu trennen. Eine Drehplatte 145 der Wandlerkupplung 140 bildet einen Übergabepunkt des zweiten Drehmomentflusses aus der Wandlerkupplung 140 in einen zweiten Torsionsdämpfer 1 5, der den zweiten Drehmomentfluss in das Turbinenrad 120 einleitet. Vom Turbi- nenrad 120 aus setzt sich der zweite Drehmomentfluss genau wie der erste Drehmomentfluss durch den ersten Torsionsdämpfer 130 und den Flansch 135 auf die Ausgangswelle 110 fort.

Am Turbinenrad 120 ist ein Fliehkraftpendel 150 zum drehzahladaptiven Tilgen von

Torsionsschwingungen angebracht.

Während der erste Torsionsdämpfer 130 in der Darstellung von Figur 1 über lediglich ein erstes Torsionsdämpferelement 155 verfügt, umfasst der zweite Torsionsdämpfer 145 ein zweites Torsionsdämpferelement 160 und ein drittes Torsionsdämpferelement 165, wobei die beiden Torsionsdämpferelemente 160 und 165 miteinander in Serie angeordnet sind. Rechts von den Torsionsdämpferelementen 160 und 165 sind jeweils optionale Zwischenflansche 170 bzw. 175 angedeutet. In anderen als der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform können die Torsionsdämpfer 130 und 145 auch jeweils eine größere oder kleinere Anzahl Torsionsdämpferelemente umfassen, wobei einer der Torsionsdämpfer 130, 145 wenigstens ein Torsionsdämpferelement und der andere Torsionsdämpfer 130, 145 wenigstens zwei Torsionsdämpferelemente umfasst.

Durch die serielle Anordnung zweier Torsionsdämpferelemente kann der betreffende

Torsionsdämpfer 130, 145 mit einem größeren Federweg ausgestattet sein. Dadurch kann ein Verdrehwinkel des Fliehkraftpendels 150 bezüglich des Turbinenrads 120 reduzierbar sein, so dass das Fliehkraftpendel 150 davon abgehalten werden kann, einen zur Verfügung stehenden Verdrehwinkel vollständig auszunutzen bzw. gegen einen am Ende des Verdrehwinkels angebrachten Anschlag zu laufen.

Figur 2 zeigt eine schematische Anordnung von Elementen des Drehmomentwandlers 100 von Figur 1. Die in Figur 2 dargestellte Anordnung der Elemente des Drehmomentwandlers 100 ist exemplarisch und gibt eine bevorzugte Verteilung an, die sowohl platzsparend als auch effizient im Sinne einer Schwingungsdämpfung sein kann.

Bezüglich einer Symmetrieachse 205, um die die Eingangswelle 105 und die Ausgangswelle 110 drehbar gelagert sind, ist die obere Hälfte eines Längsschnitts durch den Drehmomentwandler 100 dargestellt. Das Pumpenrad 115 ist von der Darstellung in Figur 2 nicht umfasst. Ebenfalls nicht dargestellt sind Dichtelemente, Lager und weitere bekannte Elemente des Drehmomentwandlers, die auf das vorliegende Funktionsprinzip keinen unmittelbaren Einfluss haben. Die Eingangswelle 105 ist mit einem Gehäuse 210 verbunden, in dem die restlichen Elemente des Drehmomentwandlers 100 aufgenommen sind. Im Gehäuse 210 befindet sich eine Flüssigkeit zur hydrostatischen Kopplung des Pumpenrads 115 mit dem Turbinenrad 120. Die Wandlerkupplung 140 ist als Mehrscheiben-Nasskupplung ausgeführt, die eine Anzahl Kupplungsscheiben und -lamellen umfasst, die in axialer Richtung aneinander gepresst werden können, um durch gegenseitigen Reibschluss das Drehmoment des Gehäuses 210 zu übertragen. Die Lamellen sind am Gehäuse 210 und die Reibscheiben an der Drehplatte 1 2 befestigt oder umgekehrt. Die Drehbewegung der Drehplatte 142 wird mittels des dritten Torsionsdämpferelements 165 auf den zweiten Zwischenflansch 175 übertragen, wobei das dritte Torsionsdämpferelement 165 eine Schraubenfeder umfasst, die im Wesentlichen auf einem Umfang um die Symmetrieachse 205 angeordnet ist und deren Enden mit der Drehplatte 142 bzw. dem zweiten Zwischenflansch 175 verbunden sind. Mit steigendem durch das dritte Torsionsdämpferelement 165 übertragenem Drehmoment wird die Schraubenfeder in zunehmendem Maß zusammengedrückt.

Auf entsprechende Weise wie das dritte Torsionsdämpferelement 165 umfasst das zweite Torsionsdämpferelement 160 eine weitere Schraubenfeder, mittels derer die Drehbewegung vom zweiten Zwischenflansch 175 auf den ersten Zwischenflansch 170 übertragen wird. Das zweite Torsionsdämpferelement 160 und das dritte Torsionsdämpferelement 165 bilden zusammen den zweiten Torsionsdämpfer 145.

Der erste Zwischenflansch 170 ist außer mit dem zweiten Torsionsdämpferelement 160 auch mit dem Turbinenrad 120, dem Fliehkraftpendel 150 und dem ersten Torsionsdämpferelement 155 verbunden, das den Torsionsdämpferelementen 160 und 165 entsprechend aufgebaut ist. Das Fliehkraftpendel 150 ist derart gelagert, dass es sich in Umfangsrichtung um die Symmetrieachse 205 um eine Achse schwenken lässt, die radial außerhalb der Symmetrieachse 205 liegt. Das erste Torsionsdämpferelement 155 überträgt die Bewegung des ersten Zwischen- flanschs 170 bzw. des Turbinenrads 120 auf den Flansch 135, der mit der Ausgangswelle 110 verbunden ist.

Figur 3 zeigt ein schematisches Kraftflussdiagramm einer Variation des hydrodynamischen Drehmomentwandlers 100 von Figur 1. Im Unterschied zur Darstellung von Figur 1 sind gegenüberliegende Enden des zweiten Torsionsdämpferelements 160 mit gegenüberliegenden Enden eines Anschlags 305 und mit gegenüberliegenden Enden eines Reibelements 310 verbunden. In der dargestellten Ausführungsform ist außerdem der erste Zwischenflansch 170 entfallen, der in anderen Ausführungsformen jedoch auch vorgesehen sein kann. Der Anschlag 305 oder das Reibelement 310 können in weiteren Ausführungsformen auch entfallen.

Der Anschlag 305 ist dazu eingerichtet, eine maximale relative Bewegung zwischen einander gegenüberliegenden Enden des zweiten Torsionsdämpferelements 160 zu begrenzen. Eine derartige Begrenzung kann beispielsweise durch ein Anschlagselement oder einen in einer Nut geführten Bolzen realisiert sein. Übersteigt das durch das zweite Torsionsdämpferelement 160 übertragene Drehmoment einen vorbestimmten Wert, der durch eine Federkonstante und einen Federweg des zweiten Torsionsdämpferelements 160 bestimmt ist, so begrenzt der Anschlag 305 die relative Bewegung des zweiten Zwischenflanschs 175 bezüglich des Turbinenrads 120. In der Folge sind alle Rotationsmassen zwischen dem zweiten Zwischenflansch 175 und dem Turbinenrad 120 miteinander verbunden, so dass sich eine vergrößerte Rotationsträgheit des Rotationselements ergibt, mit dem das Fliehkraftpendel 150 verbunden ist. Torsionsschwingungen, die insbesondere von Seiten der Eingangswelle 105 in den Drehmomentwandler 100 eingetragen werden, können somit abgebaut werden, ohne einen Schwingwinkel des Fliehkraftpendels 150 zu erfordern, der einen zur Verfügung stehenden Schwingwinkel übersteigt.

Das Reibelement 310 wirkt ähnlich wie der Anschlag 305 auf die gegenüberliegenden Enden des zweiten Torsionsdämpferelements 160 mit dem Unterschied, dass durch die Reibverbindung eine weniger starre Verbindung als durch den Anschlag 305 gegeben ist. In einer Ausführungsform steigt ein Reibungskoeffizient des Reibelements 310 in Abhängigkeit von einem Verdrehwinkel zwischen den Enden des Reibelements 310 bzw. zwischen dem zweiten Zwischenflansch 175 und dem Turbinenrad 120 an. In einer weiteren Ausführungsform kann das Reibelement 310 dazu eingerichtet sein, einen vorbestimmten Verdrehwinkel zuzulassen, ohne eine Reibungskraft auszuüben. In noch einer weiteren Ausführungsform sind sowohl ein Anschlag 305 als auch ein Reibelement 310 am Drehmomentwandler 100 vorgesehen.

Die mit Bezug auf Figur 3 beschriebenen Merkmale, die über die Merkmale der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform des Drehmomentwandlers 00 hinausgehen, sind mit der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform frei kombinierbar. Bezugszeichenliste

100 Hydrodynamischer Drehmomentwandler

105 Eingangswelle

110 Ausgangswelle

115 Pumpenrad

120 Turbinenrad

125 hydraulische Kupplung

130 erster Torsionsdämpfer

135 Flansch

140 Wandlerkupplung

142 Drehplatte

145 zweiter Torsionsdämpfer

150 Fliehkraftpendel

155 erstes Torsionsdämpferelement

160 zweites Torsionsdämpferelement

165 drittes Torsionsdämpferelement

170 erster Zwischenflansch

75 zweiter Zwischenflansch

205 Symmetrieachse

210 Gehäuse

305 Anschlag

310 Reibelement