DE10065871C2 - Hydrodynamische Kopplungseinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydrodynamische Kopplungsein­ richtung, insbesondere hydrodynamischer Drehmomentwandler oder Fluid­ kupplung, umfassend eine Gehäuseanordnung, ein in der Gehäuseanord­ nung bezüglich dieser um eine Drehachse drehbar angeordnetes Turbinen­ rad, eine Überbrückungskupplungsanordnung, durch welche wahlweise eine Drehmomentübertragungsverbindung zwischen der Gehäuseanordnung und dem Turbinenrad herstellbar ist, wobei die Überbrückungskupplungs­ anordnung ein Kupplungselement umfasst, das durch eine Verbindungs­ anordnung mit der Gehäuseanordnung im Wesentlichen drehfest, bezüglich dieser jedoch axial verlagerbar verbunden ist, wobei die Verbindungsanord­ nung wenigstens ein elastisch verformbares Verbindungselement umfasst, das mit der Gehäuseanordnung einerseits und mit dem Kupplungselement andererseits fest verbunden ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 195 81 383 T1 ist eine hydrodynamische Kopplungseinrich­ tung bekannt, bei welcher eine Kupplungskomponente einer Überbrüc­ kungskupplungsanordnung, also beispielsweise ein Kupplungskolben, in seinem radial inneren Bereich axial beweglich, insbesondere abgedichtet, auf einem Gehäusenabenelement angeordnet ist. Im radial mittleren Bereich ist durch eine Verbindungsanordnung eine drehfeste Mitnahmeverbindung zwischen einem Gehäusedeckel der Gehäuseanordnung und dem Kupp­ lungselement hergestellt. Zu diesem Zwecke ist ein elastisches Verbin­ dungselement vorgesehen, das näherungsweise ringartig aufgebaut ist und von dem nach radial innen und in Umfangsrichtung einzelne Verbindungs­ armabschnitte abstehen. Im Bereich der Verbindungsarmabschnitte ist eine Anbindung an das Kupplungselement durch Vernietung vorgesehen, im Bereich von dazwischen liegenden Körperabschnitten ist eine Nietanbin­ dung an den Gehäusedeckel vorgesehen.

Die DE 198 80 709 T1 offenbart einen hydrodynamischen Drehmoment­ wandler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein der Anbindung eines Kupplungskolbens an die Gehäuseanordnung dienendes elastisches Ver­ bindungselement weist in seinem radial inneren Bereich eine erste Um­ fangsmitnahmeanordnung, hier in Form einer Verzahnung auf, welche in Eingriff mit einer an einer Gehäusenabe gebildeten Verzahnung steht. Auf diese Art und Weise ist eine drehfeste Verbindung zwischen dem Verbin­ dungselement und der Gehäusenabe und somit auch dem mit der Gehäuse­ nabe durch Schweißung verbundenen Gehäusedeckel generiert. In seinem radial inneren Bereich liegt das Verbindungselement in axialer Richtung zwischen einer Stirnfläche der Gehäusenabe und einer gegenüber liegenden Oberfläche des Gehäusedeckels.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hydrodynamische Kopplungseinrichtung bereitzustellen, bei welcher der Vorgang des Zu­ sammensetzens, insbesondere der Verbindung eines Kupplungselements mit der Gehäuseanordnung, vereinfacht werden kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine hydrodynamische Kopplungseinrichtung, insbesondere hydrodynamischer Drehmomentwandler oder Fluidkupplung, umfassend eine Gehäuseanord­ nung, ein in der Gehäuseanordnung bezüglich dieser um eine Drehachse drehbar angeordnetes Turbinenrad, eine Überbrückungskupplungsanord­ nung, durch welche wahlweise eine Drehmomentübertragungsverbindung zwischen der Gehäuseanordnung und dem Turbinenrad herstellbar ist, wobei die Überbrückungskupplungsanordnung ein Kupplungselement umfasst, das durch eine Verbindungsanordnung mit der Gehäuseanordnung im Wesentlichen drehfest, bezüglich dieser jedoch axial verlagerbar ver­ bunden ist, wobei die Verbindungsanordnung wenigstens ein elastisch verformbares Verbindungselement umfasst, das mit der Gehäuseanordnung einerseits und mit dem Kupplungselement andererseits fest verbunden ist.

Weiter ist vorgesehen, dass an dem wenigstens einen Verbindungselement eine erste Umfangsmitnahmeanordnung vorgesehen ist, dass an dem Gehäusenabenelement oder/und dem Gehäuseelement eine mit der ersten Umfangsmitnahmeanordnung in Mitnahmeformschlussverbindung stehende zweite Umfangsmitnahmeanordnung vorgesehen ist, und dass das Ge­ häuseelement mit dem Gehäusenabenelement durch Verschweißung, vorzugsweise wenigstens eine Laserschweißnaht, verbunden ist. Dabei ist weiter vorgesehen, dass die erste Umfangsmitnahmeanordnung in dem wenigstens einen Verbindungselement wenigstens eine Durchgriffsaus­ sparung umfasst, in welche die vorzugsweise durch Umformung gebildete zweite Umfangsmitnahmeanordnung eingreift, und wenn das Gehäuse­ element mit dem Gehäusenabenelement zumindest im Bereich der in die wenigstens eine Durchgriffsaussparung eingreifenden zweiten Umfangsmit­ nahmeanordnung materialschlüssig verbunden ist.

Im Bereich der Verbindung des wenigstens einen Verbindungselements mit dem Kupplungselement ist es aus Gründen der Stabilität und des einfachen Aufbaus bevorzugt, wenn das wenigstens eine Verbindungselement wenig­ stens einen Verbindungsarmabschnitt aufweist, in dessen Bereich es mit dem Kupplungselement verbunden ist, vorzugsweise durch Vernietung.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausgestaltungsformen detailliert beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Teil-Längsschnittansicht einer hydrodynamischen Kopp­ lungseinrichtung;

Fig. 2 eine Teil-Längsschnittansicht einer erfindungsgemäßen hydro­ dynamischen Kopplungseinrichtung;

Fig. 3 eine Axialansicht eines Verbindungselements;

Fig. 4 eine weitere alternative Ausgestaltungsform eines elastischen Verbindungselements.

Mit Bezug auf die Fig. 1 wird der grundsätzliche Aufbau einer hydrodynami­ schen Kopplungseinrichtung, hier am Beispiel eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers dargestellt, beschrieben. Der hydrodynamische Drehmomentwandler 10 umfasst eine allgemein mit 12 bezeichnete Ge­ häuseanordnung. Diese Gehäuseanordnung 12 weist eine Pumpenradschale 14 auf, die in einem radial inneren Bereich mit einer Pumpenradnabe 16 beispielsweise durch Verschweißung fest verbunden ist und an ihrer zum Innenraum 18 hin gewandten Seite eine Mehrzahl von Pumpenradschaufeln 20 trägt. Die Pumpenradschale 14 mit den daran getragenen Pumpenrad­ schaufeln 20 und der Pumpenradnabe 16 bildet ein allgemein mit 22 be­ zeichnetes Pumpenrad.

Radial außen ist mit der Pumpenradschale 14 durch Verschweißung ein Gehäusedeckel 24 fest verbunden. Der Gehäusedeckel 24 erstreckt sich nach radial innen und ist in seinem zentralen, der Drehachse A nahen Bereich an seiner Außenseite mit einem Lagerzapfen 26 durch Verbindung oder integrale Ausbildung fest verbunden. Dieser Lagerzapfen 26 kann in einer nicht dargestellten Lagerausnehmung einer Antriebswelle, beispiels­ weise Kurbelwelle, drehbar aufgenommen sein, um eine Zentrierung des Drehmomentwandlers 10 bezüglich der Antriebswelle zu erhalten. Ferner ist an der Außenseite des Gehäusedeckels 14 eine Ankoppelanordnung 28 vorgesehen, durch welche die Gehäuseanordnung 12 beispielsweise über eine Flexplatte oder dergleichen drehfest an die angesprochene Antriebs­ welle angebunden werden kann. Diese Ankoppelanordnung 28 umfasst beispielsweise ein ringartiges Trägerteil 30, das einerseits an den Gehäuse­ deckel 24 angeschweißt ist, und das andererseits eine Mehrzahl von Befe­ stigungsmuttern 32 trägt. In diese Befestigungsmuttern 32 können dann die Flexplatte oder dergleichen an die Gehäuseanordnung 12 anbringende Schrauben eingeschraubt werden.

Im Innenraum 18 des Drehmomentwandlers 10 ist ferner ein Turbinenrad 34 angeordnet. Dieses umfasst eine Turbinenradsschale 36, das an einer dem Pumpenrad 22 zugewandten Seite eine Mehrzahl von Turbinenrad­ schaufeln 38 trägt. Radial innen ist die Turbinenradschale 36 mit einer Turbinenradnabe 40 beispielsweise durch Vernietung fest verbunden, wobei hier ggf. zwischen diesen beiden Komponenten ein Drehschwin­ gungsdämpfer wirken kann.

Axial zwischen dem Pumpenrad 22 und dem Turbinenrad 34 liegt im radial inneren Bereich ein allgemein mit 42 bezeichnetes Leitrad. Auf einem Leitrad-Außenring 44 sind mehrere Leitradschaufeln 46 getragen. Der Leitrad-Außenring 44 ist ferner über einen Freilauf 48 an einem nicht darge­ stellten Stützelement, beispielsweise einer Stützhohlwelle, abgestützt und ist bezüglich dieses Stützelements in einer Drehrichtung frei drehbar, gegen Drehung in der anderen Richtung jedoch blockiert. Axial ist das Leitrad 42 beispielsweise im Bereich des Freilaufs 48 durch Lageranordnungen, bei­ spielsweise Wälzkörperlager oder Gleitelementlager, am Pumpenrad 22 einerseits und an dem Turbinenrad 34 im Bereich der Turbinenradnabe 40 andererseits abgestützt. Die Turbinenradnabe 40 ihrerseits ist an der ande­ ren axialen Seite axial an einer Gehäusenabe oder Deckelnabe 50 abge­ stützt. Diese ist an der Innenseite des Gehäusedeckels 24 angeordnet und wie nachfolgend beschrieben, mit diesem verbunden.

Der Drehmomentwandler 10 weist ferner eine Überbrückungskupplungs­ anordnung 52 auf. Diese umfasst einen Kupplungskolben 54 als axial bewegbares, im Wesentlichen jedoch mit der Gehäuseanordnung 12 dreh­ fest verbundenes Kupplungselement. In seinem radial inneren Bereich ist mit einem zylindrischen Abschnitt 56 der Kupplungskolben 54 auf einer Außenumfangsfläche der Gehäusenabe 50 unter Zwischenlagerung eines Dichtungselements 58 axial bewegbar und fluiddicht geführt. Weiter außen weist das Kupplungselement 54 eine Reibfläche 60 auf, die einer Gegen­ reibfläche 62 an dem Gehäusedeckel 24 axial gegenüberliegt. Zwischen diesen beiden Flächen 60, 62 liegt eine Kupplungslamelle 64 mit ihren beiden Reibbelägen 66, 68. Die Kupplungslamelle 64 ist wiederum durch ein Mitnahmeelement 70 drehfest mit dem Turbinenrad 34 verbunden. Man erkennt also, dass hier zwei Flächenbereiche vorliegen, in welchen bei hergestelltem Überbrückungszustand oder bei Herstellung des Überbrüc­ kungszustands eine Reibkraft erzeugt wird. Es ist selbstverständlich mög­ lich, mehrere derartige Flächenpaarungen vorzusehen, wenn beispielsweise mit dem Turbinenrad 34 mehrere derartige Lamellen 64 verbunden sind, zwischen welchen jeweilige mit der Gehäuseanordnung 12 drehfest ver­ bundene Lamellen liegen.

Zur Herstellung einer drehfesten Verbindung zwischen dem Kupplungs­ kolben 54 und der Gehäuseanordnung 12 ist eine Verbindungsanordnung 72 vorgesehen, die im Wesentlichen ein elastisches Verbindungselement 74 umfasst. Dieses Verbindungselement 74, das beispielsweise als Blech­ teil oder dergleichen ausgebildet ist, ist in seinem radial äußeren Bereich 76 beispielsweise durch Vernietung mit dem Kupplungskolben 54 verbunden, und ist in seinem radial inneren Bereich 78 axial zwischen zwei einander zugewandt positionierten Oberflächen 80, 82 der Gehäusenabe 50 einer­ seits und des Gehäusedeckels 24 andererseits angeordnet. Durch eine schematisch angedeutete Laserschweißnaht 84 wird eine feste Verbindung zwischen der Gehäusenabe 50, dem Verbindungselement 74 und dem Gehäusedeckel 24 hergestellt.

Eine Ausgestaltungsvariante eines derartigen Verbindungselements 74 ist in Fig. 3 dargestellt. Man erkennt, dass im radial inneren Bereich dieses Verbindungselement 74 einen Körperbereich 86 aufweist, von welchem sich nach radial außen hin einzelne Verbindungsarmabschnitte 88 erstrecK­ ken. Diese verlaufen zunächst ausgehend vom Körperbereich 86 nähe­ rungsweise nach radial außen, sind dann umgeknickt und erstrecken sich zu ihren freien Enden 90 hin im Wesentlichen in Umfangsrichtung. Im Bereich dieser freien Enden 90 sind jeweilige Durchtrittsöffnungen 92 vorgesehen, durch welche die die Anbindung an den Kupplungskolben 54 herstellenden Nietelemente hindurchgreifen können. Es sei darauf hingewie­ sen, dass diese Nietelemente integral an den Kupplungskolben 55 ange­ formt sein können oder auch durch herkömmliche Niete oder Blindniete gebildet sein können.

Mit dem Körperbereich wird, wie in Fig. 1 erkennbar, das Verbindungs­ element 74 dann zwischen den beiden einander zugewandt positionierten Flächenbereichen 80, 82 angeordnet.

Eine abgewandelte Ausgestaltungsform eines derartigen Verbindungsele­ ments 74 ist in Fig. 4 dargestellt. Man erkennt, dass ausgehend vom Körperbereich 86 die Verbindungsarmabschnitte 88 sowohl nach radial außen als auch in Umfangsrichtung gekrümmt verlaufen. Die Breite dieser Verbindungsarmabschnitte, also beispielsweise gemessen durch den loka­ len orthogonalen Abstand einer Außenkante derselben zu einer Längsmittel­ linie L derselben, nimmt ausgehend vom Körperbereich 86 zum Bereich des freien Endes 90 hin ab. Ferner erkennt man, dass auch der Krümmungs­ raius dieser Verbindungsarmabschnitte 88, beispielsweise repräsentiert durch den Krümmungsradius der Längsmittellinie L derselben, ausgehend vom Bereich der Verbindung mit dem Körperbereich 86 abnimmt. Es hat sich gezeigt, dass diese in Fig. 12 dargestellte Ausgestaltungsvariante zur Aufnahme der im Betrieb auftretenden Drehmomente und Spannungen hervorragend ausgebildet ist, so dass lokale Überbelastungen vermieden werden können.

Es sei darauf hingewiesen, dass zur Bereitstellung der axialen Elastizität und zur Erzeugung der Vorspannkraft, beispielsweise in eine Einrücklage oder eine Ausrücklage, das Verbindungselement 74, wie bereits angespro­ chen, aus einem elastischen Blechteil, beispielsweise aus Stahlblech, gebildet werden kann, das zusätzlich noch zumindest in seinem radial außen liegenden Bereich, also im Bereich der Verbindungsarmabschnitte 88, induktiv gehärtet werden kann. Ferner sei darauf hingewiesen, dass bei allen erfindungsgemäßen Ausgestaltungsformen ein Axialanschlag für den Kupplungskolben 54 in einer Richtung auf das Turbinenrad 34 zu dadurch bereitgestellt werden kann, dass im Außenumfangsbereich der Gehäuse­ nabe 50 ein Sicherungsring vorgesehen wird, der beispielsweise in eine Umfangsnut der Gehäusenabe 50 eingreift.

Eine erfindungsgemäße Ausgestaltungsform einer hydrodynamischen Kopplungseinrichtung ist in Fig. 2 gezeigt. Bei der in Fig. 2 dargestellten Einrichtung weist das Verbindungselement 74 im Körperbereich 86 eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung aufeinander folgenden Durchtrittsaus­ sparungen 100 auf, die beispielsweise durch Öffnungen oder auch nach radial innen offene Ausnehmungen gebildet sein können. In diese Aus­ sparungen 100 greifen beispielsweise im Gehäusedeckel 24 durch Um­ formung gebildete Ausformungen 102 ein und stellen somit eine form­ schlüssige Verbindung zwischen dem Verbindungselement 74 und dem Gehäusedeckel 24 her. Auch an der Gehäusenabe 50 können derartige Ausformungen vorgesehen sein. Im Bereich dieser Ausformungen liegen dann der Gehäusedeckel 24 und die Gehäusenabe 50 unmittelbar anein­ ander an und werden dort verschweißt. Die Verschweißung kann auf diesen Bereich der unmittelbaren Anlage beschränkt sein.

Zur Herstellung kann in einem ersten Verfahrensschritt dann wieder eine Verbindung zwischen dem Verbindungselement 74 und dem Kupplungs­ kolben 54 geschaffen werden, danach werden der Gehäusedeckel 24, das Verbindungselement 74 und die Gehäusenabe 50 aneinander positioniert und beispielsweise durch axiales Prägen umgeformt. In einem dritten Ver­ fahrensschritt werden dann diese drei Teile durch die Laserschweißnaht 84 miteinander verbunden, wobei eine materialschlüssige Verbindung vorzugs­ weise nur zwischen dem Gehäusedeckel 24 und der Gehäusenabe 50 erzeugt wird, während zum Verbindungselement 74 hin eine formschlüs­ sige Mitnahmeverbindung besteht. Auch hier kann selbstverständlich der Kupplungskolben 54 erst nach dem Verbinden der Gehäusenabe 50 mit dem Gehäusedeckel 24 herangeführt und angenietet werden. Auch kann die Umformung des Gehäusedeckels 24 oder/und der Gehäusenabe 50 bereits vor dem Zusammenfügen mit dem Verbindungselement 74 erfolgen.

Vorangehend ist eine hydrodynamische Kopplungseinrichtung beschrieben worden, die insbesondere durch die Art und Weise der drehfesten Ver­ bindung zwischen dem Kupplungskolben und der Gehäuseanordnung einen einfach herzustellenden, gleichwohl jedoch stabil wirkenden Aufbau bereit­ stellt. Es sei abschließend noch darauf hingewiesen, dass selbstverständ­ lich bei derartigen hydrodynamischen Kopplungseinrichtungen die Fluidzu­ fuhr und die Fluidabfuhr so wie aus dem Stand der Technik bekannt erfol­ gen kann. Beispielsweise kann eine Fluidzufuhr im Bereich zwischen dem Kupplungskolben und der Pumpenradschale erfolgen, eine Fluidabfuhr kann aus diesem Raumbereich und auch aus dem Raumbereich zwischen dem Gehäusedeckel und dem Kupplungskolben erfolgen, wobei dann beispiels­ weise in der Gehäusenabe von radial innen nach radial außen sich er­ streckende Fluidkanäle vorgesehen sind oder in Verbindung mit dem Ge­ häusedeckel geschaffen werden, um den Fluiddurchtritt zu ermöglichen. Die Reibbeläge der Lamelle oder der Lamellen können mit Belagsnuten versehen sein, welche auch im eingerückten Zustand der Überbrückungs­ kupplungsanordnung einen Fluiddurchtritt ermöglichen. Ferner ist es mög­ lich, im Kupplungskolben selbst mehrere Drosselöffnungen bereitzustellen, welche den angesprochenen Fluidaustausch ermöglichen.

Claims (3)

1. Hydrodynamische Kopplungseinrichtung, insbesondere hydrodyna­ mischer Drehmomentwandler oder Fluidkupplung, umfassend eine Gehäuseanordnung (12), ein in der Gehäuseanordnung (12) bezüg­ lich dieser um eine Drehachse (A) drehbar angeordnetes Turbinenrad (34), eine Überbrückungskupplungsanordnung (52), durch welche wahlweise eine Drehmomentübertragungsverbindung zwischen der Gehäuseanordnung (12) und dem Turbinenrad (34) herstellbar ist, wobei die Überbrückungskupplungsanordnung (52) ein Kupplungs­ element (54) umfasst, das durch eine Verbindungsanordnung (72) mit der Gehäuseanordnung (12) im Wesentlichen drehfest, bezüglich dieser jedoch axial verlagerbar verbunden ist, wobei die Verbin­ dungsanordnung (72) wenigstens ein elastisch verformbares Ver­ bindungselement (74) umfasst, das mit der Gehäuseanordnung (12) einerseits und mit dem Kupplungselement (54) andererseits fest verbunden ist,
wobei das wenigstens eine Verbindungselement (74) mit der Gehäu­ seanordnung (12) in einem Bereich zwischen einander zugewandten Flächen (80, 82) eines Gehäuseelements (24) und eines mit dem Ge­ häuseelement (24) fest verbundenen Gehäusenabenelements (50) verbunden ist,
wobei an dem wenigstens einen Verbindungselement (74) eine erste Umfangsmitnahmeanordnung (100) vorgesehen ist, in welche eine an dem Gehäusenabenelement (50) oder/und dem Gehäuseelement (24) vorgesehene zweite Umfangsmitnahmeanordnung (102) ein­ greift,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste Umfangsmitnahmean­ ordnung wenigstens eine Durchgriffsaussparung (100) umfasst und dass das Gehäuseelement (24) mit dem Gehäusenabenelement (50) zumindest im Bereich der in die wenigstens eine Durchgriffsausspa­ rung (100) eingreifenden zweiten Umfangsmitnahmeanordnung (102) materialschlüssig verbunden ist.

2. Hydrodynamische Kopplungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Verbindungsele­ ment (74) wenigstens einen Verbindungsarmabschnitt (88) aufweist, in dessen Bereich es mit dem Kupplungselement (54) verbunden ist, vorzugsweise durch Vernietung.

3. Hydrodynamische Kopplungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Umfangsmitnahmeanord­ nung (102) durch Umformung gebildet ist.