Multifunktioneller Drehmomentwandler zum Trennen der Turbine vom Motor im

Leerlauf und Steuerverfahren zum Trennen eines multifunktionellen

Drehmomentwandlers vom Motor im Leerlauf

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft Verbesserungen an einer Vorrichtung zur Kraftübertragung zwischen einer rotatorischen Antriebseinheit (zum Beispiel dem Motor eines Motorfahrzeugs) und einer rotatorisch angetriebenen Einheit (zum Beispiel dem Automatikgetriebe im Motorfahrzeug). Insbesondere betrifft die Erfindung einen multifunktionellen Drehmomentwandler mit einer Turbine, die gesteuert mit einer Abtriebsnabe des Drehmomentwandlers verbunden werden kann. Insbesondere kann die Turbine von der Nabe getrennt werden, während sich der Motor im Leerlauf befindet.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Fig. 1 veranschaulicht ein allgemeines Blockschaubild, das die Beziehungen zwischen dem Motor 7, dem Drehmomentwandler 10, dem Getriebe 8 und der Differenzial- /Achsbaugruppe 9 in einem typischen Fahrzeug zeigt. Bekanntlich dient ein Drehmomentwandler zur übertragung eines Drehmoments von einem Motor zu einem Getriebe eines Motorfahrzeugs.

Die Pumpe 37, die Turbine 38 und der Stator 39 stellen die drei Hauptkomponenten des Drehmomentwandlers dar. Wenn die Pumpe an den Deckel 11 angeschweißt wird, wird der Drehmomentwandler zu einer abgeschlossenen Kammer. Der Deckel ist mit der Wandlermitnehmerscheibe 41 (flexplate) verbunden, die wiederum mit der Kurbelwelle 42 des Motors 7 verschraubt ist. Der Deckel kann unter Verwendung von Stegen oder Zapfen mit der Wandlermitnehmerscheibe verbunden sein, die an den Deckel angeschweißt sind. Die Schweißverbindung zwischen der Pumpe und dem Deckel überträgt das Motordrehmoment zur Pumpe. Deshalb dreht sich die Pumpe immer mit der Motordrehzahl. Die Funktion der Pumpe besteht darin, unter Verwendung dieser Drehbewegung die Flüssigkeit in radialer Richtung nach außen und in axialer Richtung zur Turbine zu befördern. Deshalb dient als Pumpe eine Zentrifugalpumpe, welche die Flüssigkeit von einem kleinen radialen Einlass zu einem großen radialen Auslass befördert

und so die Energie der Flüssigkeit erhöht. Der Druck zum Einkuppeln der Getriebekupplungen und der Drehmomentwandlerkupplung wird durch eine zusätzliche Pumpe im Getriebe erzeugt, die durch die Pumpennabe angetrieben wird.

Im Drehmomentwandler 10 wird durch die Pumpe (mitunter auch als Laufrad bezeichnet), die Turbine und den Stator (mitunter auch als Reaktor bezeichnet) ein Flüssigkeitskreislauf gebildet. Durch den Flüssigkeitskreislauf kann der Motor weiter drehen, wenn das Fahrzeug anhält, und das Fahrzeug wieder beschleunigen, wenn das von einem Fahrer gewünscht wird. ähnlich wie bei einer Getriebeuntersetzung unterstützt der Drehmomentwandler das Motordrehmoment durch ein Drehmomentverhältnis. Das Drehmomentverhältnis ist das Verhältnis von Abtriebsdrehmoment zu Antriebsdrehmoment. Das Drehmomentverhältnis ist am höchsten, wenn die Drehzahl der Turbine niedrig oder gleich null ist (auch als Abwürgen bezeichnet). Die Drehmomentverhältnisse beim Abwürgen liegen üblicherweise im Bereich von 1 ,8 bis 2,2. Das bedeutet, dass das Abtriebsdrehmoment des Drehmomentwandlers 1 ,8- bis 2,2-mal so groß ist wie das Antriebsdrehmoment. Die Abtriebsdrehzahl hingegen ist wesentlich niedriger als die Antriebsdrehzahl, da die Turbine mit der Abtriebsseite verbunden ist und sich nicht dreht, während die Antriebsseite mit der Motordrehzahl läuft.

Die Turbine 38 nutzt die mit der Flüssigkeit von der Pumpe 37 aufgenommene Energie zum Antreiben des Fahrzeugs. Das Turbinengehäuse 22 ist mit der Turbinennabe 19 verbunden. Die Turbinennabe 19 überträgt das Drehmoment der Turbine mittels einer Zahnkranzverbindung auf die Antriebswelle 43 des Getriebes. Die Antriebswelle ist über Zahnräder und Wellen im Getriebe 8 sowie ein Achsdifferenzial 9 mit den Rädern des Fahrzeugs verbunden. Die auf die Turbinenschaufeln einwirkende Kraft der Flüssigkeit wird von der Turbine in Form eines Drehmoments ausgegeben. Axiale Drucklager 31 nehmen die durch die Flüssigkeit auf die Komponenten einwirkenden axialen Kräfte auf. Sobald das Abtriebsdrehmoment zur überwindung der Trägheit des stehenden Fahrzeugs ausreicht, setzt sich das Fahrzeug in Bewegung.

Nachdem die Energie der Flüssigkeit durch die Turbine in ein Drehmoment umgesetzt wurde, enthält die Flüssigkeit noch restliche Energie. Die aus der kleinen radialen Auslassöffnung 44 austretende Flüssigkeit tritt normalerweise so in die Pumpe ein, dass sie der Drehung der Pumpe entgegenwirkt. Der Stator 39 dient zum Umlenken der Flüssigkeit, um zur Beschleunigung der Pumpe beizutragen und dadurch das

Drehmomentverhältnis zu erhöhen. Der Stator 39 ist durch einen Freilauf 46 mit der Statorweile 45 verbunden. Die Statorwelle ist mit dem Getriebegehäuse 47 verbunden und dreht sich nicht. Der Freilauf 46 verhindert, dass sich der Stator 39 bei niedrigen Drehzahlverhältnissen dreht (wenn sich die Pumpe schneller dreht als die Turbine). Die vom Turbinenauslass 44 in den Stator 39 eintretende Flüssigkeit wird durch die Statorschaufeln 48 umgelenkt, sodass sie in Drehrichtung in die Pumpe 37 eintritt.

Die Ein- und Austrittswinkel der Schaufeln, die Form des Pumpen- und des Turbinengehäuses sowie der Gesamtdurchmesser des Drehmomentwandlers beeinflussen dessen Leistungsparameter. Als Parameter für die Konstruktion kommen das Drehmomentverhältnis, der Wirkungsgrad und die Fähigkeit des Drehmomentwandlers infrage, das Motordrehmoment aufzunehmen, ohne dass der Motor „durchdrehen" kann. Dazu kommt es, wenn der Drehmomentwandler zu klein ist und die Pumpe den Motor nicht abbremsen kann.

Bei niedrigen Drehzahlverhältnissen arbeitet der Drehmomentwandler zufriedenstellend, indem er den Motor drehen lässt, während das Fahrzeug steht, und das Motordrehmoment zur Leistungssteigerung unterstützt. Bei Drehzahlverhältnissen kleiner als 1 hat der Drehmomentwandler einen Wirkungsgrad von weniger als 100 %. Indem sich die Drehzahl der Turbine an die Drehzahl der Pumpe angleicht, geht das Drehmomentverhältnis des Drehmomentwandlers von einem hohen Wert von ungefähr 1 ,8 bis 2,2 allmählich auf ein Drehmomentverhältnis von ungefähr 1 zurück. Das Drehzahlverhältnis beim Erreichen eines Drehzahlverhältnisses von 1 wird als Einkuppelpunkt bezeichnet. An diesem Punkt braucht die in den Stator eintretende Flüssigkeit nicht mehr umgelenkt zu werden, und der Freilauf im Stator lässt die Drehung in derselben Richtung wie die Pumpe und die Turbine zu. Da der Stator die Flüssigkeit nicht umlenkt, ist das vom Drehmomentwandler abgegebene Drehmoment gleich dem aufgenommenen Drehmoment. Der gesamte Flüssigkeitskreislauf dreht sich als eine Einheit.

Aufgrund von Verlusten in der Flüssigkeit liegt der maximale Wirkungsgrad des Drehmomentwandlers bei 92 bis 93 %. Deshalb wird zur mechanischen Verbindung der Antriebsseite mit der Abtriebsseite des Drehmomentwandlers eine Drehmomentwandlerkupplung 49 eingesetzt, die den Wirkungsgrad auf 100 % erhöht. Das Kupplungskolbenblech 17 wird durch Befehle von der Getriebesteuerung hydraulisch

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betätigt. Das Kolbenblech 17 ist an seinem Innendurchmesser durch einen O-Ring 18 gegen die Turbinennabe 19 und an seinem Außendurchmesser durch einen Ring 51 aus Reibungsmaterial gegen den Deckel 11 abgedichtet. Diese Dichtungen bilden eine Druckkammer und verbinden das Kolbenblech 17 mit dem Deckel 11. Diese mechanische Verbindung umgeht den Flüssigkeitskreislauf des Drehmomentwandlers.

Die mechanische Verbindung der Drehmomentwandlerkupplung 49 überträgt wesentlich mehr Torsionsschwankungen an den Antriebsstrang. Da der Antriebsstrang im Grunde ein Federn-Massen-System darstellt, können Torsionsschwankungen vom Motor Resonanzschwingungen des Systems anregen. Um die Resonanzschwingungen des Antriebsstrangs aus dem Fahrbereich zu entfernen, wird ein Dämpfer verwendet. Der Dämpfer beinhaltet in Reihe mit dem Motor 7 und dem Getriebe 8 angeordnete Federn 15, um die wirksame Federkonstante des Systems und so die Resonanzfrequenz zu verringern.

Die Drehmomentwandlerkupplung 49 umfasst im Allgemeinen vier Komponenten: ein Kolbenblech 17, Deckplatten 12 und 16, Federn 15 und einen Flansch 13. Die Deckplatten 12 und 16 übertragen das Drehmoment vom Kolbenblech 17 auf die Druckfedern 15. An der Deckplatte sind um die Federn 15 herum Nasen 52 gebildet, um die Federn in axialer Richtung zu haltern. Das Drehmoment wird über eine genietete Verbindung vom Kolbenblech 17 auf die Deckplatten 12 und 16 übertragen. Die Deckplatten 12 und 16 lassen das Drehmoment durch den Kontakt mit einer Kante einer Aussparung für die Feder auf die Druckfedern 15 einwirken. Die beiden Deckplatten unterstützen gemeinsam die Feder auf beiden Seiten ihrer Mittelachse. Die Federkraft wird durch den Kontakt mit einer Kante der Aussparung für die Flanschfeder auf den Flansch 13 übertragen. Mitunter weist der Flansch auch in Drehrichtung eine Zunge oder einen Schlitz auf, der in einen Teil der Deckplatte eingreift, um während der übertragung hoher Drehmomente ein zu starkes Zusammendrücken der Federn zu verhindern. Das Drehmoment wird vom Flansch 13 auf die Turbinennabe 19 und auf die Antriebswelle 43 des Getriebes übertragen.

Die Energie kann bei Bedarf durch Reibung, die mitunter auch als Hysterese bezeichnet wird, aufgenommen werden. Die Hysterese ergibt sich aus der Torsion und der Entspannung der Dämpfungsplatten und ist somit doppelt so groß wie das eigentliche Reibungsdrehmoment. Die Hysteresebaugruppe besteht im Allgemeinen aus einer Membranfeder (oder Bellevillefeder) 14 zwischen dem Flansch 13 und einer der

Deckplatten 16, um den Flansch 13 gegen die andere Deckplatte 12 zu drücken. Durch die Steuerung der auf die Membranfeder 14 ausgeübten Kraft kann auch die Größe des Reibungsdrehmoments gesteuert werden. Typische Hysteresewerte liegen im Bereich von 10 bis 30 Nm.

Wünschenswert ist die Verringerung des Kraftstoffverbrauchs eines mit einem Drehmomentwandler verbundenen Motors, während sich der Motor im Leerlauf befindet. Somit besteht seit langem ein Bedarf an einem Drehmomentwandler, um das Trägheitsmoment eines Motors im Leerlauf zu verringern. Insbesondere besteht seit langem ein Bedarf an einem Drehmomentwandler mit Teilen, wie z.B. der Turbine, die im Leerlauf vom Motor getrennt werden können.

KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung umfasst im Allgemeinen einen Drehmomentwandler, der Folgendes umfasst: eine mit einer Nabe des Drehmomentwandlers verbundene Dämpferbaugruppe; eine Turbinenkupplung, die mit einer Turbine und der Dämpferbaugruppe verbunden ist; und eine Wandlerkupplung, die mit einem Deckel des Drehmomentwandlers und der Dämpferbaugruppe verbunden ist. Wenn sich der Motor im Leerlaufmodus befindet, sind die Turbinenkupplung und die Wandlerkupplung ausgerückt, und der Wandlerdeckel und die Turbine sind in Bezug auf die Nabe frei drehbar. Im Wandlermodus sind die Turbinenkupplung eingerückt, die Wandlerkupplung ausgerückt und die Turbine und die Dämpferbaugruppe durch die Turbinenkupplung drehfest miteinander verbunden. Im Verriegelungsmodus ist die Wandlerkupplung eingerückt, und der Wandlerdeckel und die Dämpferbaugruppe sind durch die Wandlerkupplung drehfest miteinander verbunden.

Gemäß einigen Aspekten beinhaltet die Turbinenkupplung ein erstes Kolbenblech, und die Wandlerkupplung beinhaltet ein zweites Kolbenblech. Der Drehmomentwandler beinhaltet ein Laufrad; ein Turbinengehäuse; eine erste Kammer, welche die Turbine und das Laufrad beinhaltet und zumindest teilweise durch das erste und das zweite Kolbenblech definiert wird; eine zweite Kammer, die zumindest teilweise durch das erste Kolbenblech und das Turbinengehäuse definiert wird; und eine dritte Kammer, die zumindest teilweise durch den Wandlerdeckel und das zweite Kolbenblech definiert wird. Im Leerlaufmodus des Motors wird dann der Flüssigkeitsdruck in der ersten Kammer so eingestellt, dass er

kleiner als der Druck der entsprechenden Flüssigkeiten in der zweiten und dritten Kammer ist.

Gemäß einigen Aspekten beinhaltet die Turbinenkupplung ein erstes Kolbenblech, und die Wandlerkupplung beinhaltet ein zweites Kolbenblech. Der Drehmomentwandler beinhaltet ein Laufrad; ein Turbinengehäuse; eine erste Kammer, welche die Turbine und das Laufrad beinhaltet und zumindest teilweise durch das erste und das zweite Kolbenblech definiert wird; eine zweite Kammer, die zumindest teilweise durch das erste Kolbenblech und das Turbinengehäuse definiert wird; und eine dritte Kammer, die zumindest teilweise durch den Wandlerdeckel und das zweite Kolbenblech definiert wird. Im Wandlermodus wird dann der Flüssigkeitsdruck in der ersten Kammer so eingestellt, dass er kleiner als der Flüssigkeitsdruck in der dritten Kammer ist, und der Flüssigkeitsdruck in der ersten Kammer wird so eingestellt, dass er größer als der Flüssigkeitsdruck in der zweiten Kammer ist. Die Flüssigkeit in der ersten Kammer ist so angeordnet, dass sie zur Kühlung der Turbine und des Laufrads durch die erste Kammer strömt.

Gemäß einigen Aspekten beinhaltet die Turbinenkupplung ein erstes Kolbenblech, und die Wandlerkupplung beinhaltet ein zweites Kolbenblech. Der Drehmomentwandler beinhaltet ein Laufrad; ein Turbinengehäuse; eine erste Kammer, welche die Turbine und das Laufrad beinhaltet und zumindest teilweise durch das erste und das zweite Kolbenblech definiert wird; eine zweite Kammer, die zumindest teilweise durch das erste Kolbenblech und das Turbinengehäuse definiert wird; und eine dritte Kammer, die zumindest teilweise durch den Wandlerdeckel und das zweite Kolbenblech definiert wird. Im Verriegelungsmodus wird der Flüssigkeitsdruck in der ersten Kammer so eingestellt, dass er größer als der Flüssigkeitsdruck in der dritten Kammer ist.

Ferner umfasst die vorliegende Erfindung einen Drehmomentwandler mit einer Dämpferbaugruppe, die mit einer Nabe des Drehmomentwandlers verbunden ist; eine Turbinenkupplung in einem ersten Drehmomentpfad zwischen einer Turbine und der Dämpferbaugruppe; und eine Wandlerkupplung in einem zweiten Drehmomentpfad zwischen einem Deckel des Drehmomentwandlers und der Dämpferbaugruppe. Im Leerlaufmodus des Motors sind die Turbinenkupplung und die Wandlerkupplung ausgerückt und somit der erste und der zweite Drehmomentpfad unterbrochen. Im Wandlermodus ist die Turbinenkupplung eingerückt und die Wandlerkupplung ausgerückt, sodass der erste Drehmomentpfad durchgehend und der zweite Drehmomentpfad

unterbrochen ist. Im Verriegelungsmodus ist die Wandlerkupplung eingerückt und der zweite Drehmomentpfad durchgehend.

Ferner umfasst die vorliegenden Erfindung im Allgemeinen einen Drehmomentwandler, der im Leerlaufmodus des Motors ein verringertes Trägheitsmoment aufweist, bei dem eine Abtriebsnabe und eine Turbine so angeordnet sind, dass sie sich unabhängig von der Abtriebsnabe drehen. Gemäß einigen Aspekten beinhaltet der Drehmomentwandler eine Dämpferbaugruppe, die mit der Nabe und dem Wandlerdeckel verbunden ist, und eine Turbinenkupplung, die mit einer Turbine und der Dämpferbaugruppe verbunden ist. Die Turbinenkupplung ist so angeordnet, dass sie im Leerlaufmodus des Motors offen ist.

Die vorliegende Erfindung umfasst im Allgemeinen ein Verfahren zum Betätigen eines Drehmomentwandlers, welches die folgenden Schritte beinhaltet: Variieren des Hydraulikdrucks in der ersten, zweiten und dritten Kammer; und Verändern der entsprechenden Drehmomentübertragungspfade zwischen einem Deckel des Drehmomentwandlers und einer mit einer Nabe verbundenen Dämpferbaugruppe einerseits und zwischen einer Turbine und der Dämpferbaugruppe andererseits als Reaktion auf das Variieren des Hydraulikdrucks.

Gemäß einigen Aspekten beinhaltet das Variieren des Hydraulikdrucks das Halten des Drucks in der ersten Kammer auf einem Wert, der niedriger als die entsprechenden Drücke in der zweiten und dritten Kammer ist, und das Verändern der entsprechenden Drehmomentübertragungspfade beinhaltet das öffnen der entsprechenden Drehmomentübertragungspfade.

Gemäß einigen Aspekten beinhaltet das Variieren des Hydraulikdrucks das Halten des Drucks in der ersten Kammer auf einem Wert, der niedriger als der Druck in der dritten Kammer ist, und das Halten des Drucks in der zweiten Kammer auf einem Wert, der niedriger als der Druck in der ersten Kammer ist, und das Verändern der entsprechenden Drehmomentübertragungspfade beinhaltet das öffnen des

Drehmomentübertragungspfades zwischen dem Deckel und der Dämpferbaugruppe und das Schließen des Drehmomentübertragungspfades zwischen der Turbine und der Dämpferbaugruppe. Dann beinhaltet das Verfahren das Strömen der Flüssigkeit in die erste Kammer und durch diese hindurch.

Gemäß einigen Aspekten beinhaltet das Variieren des Hydraulikdrucks das Halten des Drucks in der ersten Kammer auf einem Wert, der höher als der Druck in der dritten Kammer ist, und das Verändern der entsprechenden Drehmomentübertragungspfade beinhaltet das Schließen des Drehmomentübertragungspfades zwischen dem Deckel und der Dämpferbaugruppe.

Eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Mittel zum Trennen einer Abtriebsnabe eines Drehmomentwandlers im Leerlauf des Motors bereitzustellen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Drehmomentwandler mit einer Turbinenkupplung und einer Wandlerkupplung bereitzustellen, die beide ein Drehmoment über eine Dämpferbaugruppe übertragen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Drehmomentwandler bereitzustellen, der eine Abtriebsnabe im Leerlauf des Motors trennt und die Ringleitung mit einem Kühlmittelstrom versorgt, während die Kupplungen im Wandlermodus hydraulisch betätigt werden.

Diese sowie weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsarten der Erfindung und aus den beiliegenden Zeichnungen und Ansprüchen klar.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In der folgenden detaillierten Beschreibung werden das Wesen und die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ausführlich beschrieben, wobei:

Fig. 1 ein allgemeines Blockschaubild des Kraftflusses in einem Motorfahrzeug zeigt, das zur Erläuterung der Beziehungen und der Funktion eines Drehmomentwandlers im Antriebsstrang des Motorfahrzeugs beitragen soll;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines Drehmomentwandlers nach dem Stand der Technik in Einbaulage an einem Motor eines Motorfahrzeugs ist;

Fig. 3 eine Ansicht des in Fig. 2 gezeigten Drehmomentwandlers entlang der Linie 3-3 in Fig. 2 von der linken Seite ist;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht des in den Figuren 2 und 3 gezeigten Drehmomentwandlers entlang der Schnittlinie 4-4 in Fig. 3 ist;

Fig. 5 eine Ansicht des in Fig. 2 gezeigten Drehmomentwandlers in Explosionsdarstellung aus der Sicht eines Betrachters von der linken Seite ist;

Fig. 6 eine zweite Ansicht des in Fig. 2 gezeigten Drehmomentwandiers in Explosionsdarstellung aus der Sicht eines Betrachters von der rechten Seite ist;

Fig. 7A eine perspektivische Ansicht eines Zylinderkoordinatensystems ist, welche die in der vorliegenden Patentanmeldung gebrauchten räumlichen Begriffe darstellt;

Fig. 7B eine perspektivische Ansicht eines Objekts in dem Zylinderkoordinatensystem von Fig. 7A ist, welche die in der vorliegenden Patentanmeldung gebrauchten räumlichen Begriffe darstellt;

Fig. 8 eine Teilquerschnittsansicht eines Drehmomentwandler gemäß der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 9 eine Teilquerschnittsansicht des Drehmomentwandlers von Fig. 8 ist, welche die Ladekammer des Laufrades zeigt;

Fig. 10 eine Teilquerschnittsansicht des Drehmomentwandlers von Fig. 8 ist, welche die innere Kammer zeigt; =

Fig. 11 eine Teilquerschnittsansicht des Drehmomentwandlers von Fig. 8 ist, welche die äußere Kammer zeigt; und

Fig. 12 eine Teilquerschnittsansicht des Drehmomentwandlers von Fig. 8 ist, welche die Drehmomentübertragungspfade zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Von vornherein sollte klar sein, dass gleiche Bezugsnummem in verschiedenen Zeichnungsansichten identische oder funktionell ähnliche Strukturelemente der Erfindung bezeichnen. Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezug auf die gegenwärtig als bevorzugt angesehenen Aspekte beschrieben wird, sollte klar sein, dass die beanspruchte Erfindung nicht auf die beschriebenen Aspekte beschränkt ist.

Außerdem ist klar, dass diese Erfindung nicht auf die bestimmten beschriebenen Verfahren, Materialien und Modifikationen beschränkt ist und insofern natürlich variieren kann. Ferner ist klar, dass die hier gebrauchten Begriffe nur zur Beschreibung bestimmter Aspekte dienen und nicht als Einschränkung des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung zu verstehen sind, der nur durch die angehängten Ansprüche eingeschränkt wird.

Sofern nicht anderweitig definiert, haben alle hier gebrauchten technischen und wissenschaftlichen Begriffe dieselbe Bedeutung, wie sie einem Fachmann geläufig ist, an den sich diese Erfindung richtet. Obwohl zum Durchführen oder Testen der Erfindung beliebige Verfahren, Einrichtungen oder Materialien verwendet werden können, die den hier beschriebenen ähnlich oder gleichwertig sind, werden im Folgenden die bevorzugten Verfahren, Einrichtungen und Materialien beschrieben.

Fig. 7A ist eine perspektivische Ansicht eines Zylinderkoordinatensystems 80, das die in der vorliegenden Erfindung verwendeten räumlichen Begriffe darstellt. Die vorliegende Erfindung wird zumindest teilweise in Verbindung mit einem Zylinderkoordinatensystem beschrieben. Das System 80 weist eine Längsachse 81 auf, die als Bezug für die folgenden Richtungs- und räumlichen Begriffe dient. Die Attribute „axial", „radial" und „Umfangs-" beziehen sich auf eine Ausrichtung parallel zur Achse 81, zum Radius 82 (der senkrecht zur Achse 81 ist) bzw. zum Umfang 83. Die Attribute „axial", „radial" und „Umfangs-" beziehen sich auch auf eine Ausrichtung parallel zu entsprechenden Ebenen. Zur Verdeutlichung der Lage der verschiedenen Ebenen dienen die Objekte 84, 85 und 86. Die Fläche 87 des Objekts 84 bildet eine axiale Ebene. Das heißt, die Achse 81 bildet entlang der Fläche eine Linie. Die Fläche 88 des Objekts 85 bildet eine radiale Ebene. Das heißt, der Radius 82 bildet entlang der Fläche eine Linie. Die Fläche 89 des Objekts 86 bildet eine Umfangsebene. Das heißt, der Umfang 83 bildet entlang der Fläche eine Linie.

Ein weiteres Beispiel zeigt, dass eine axiale Bewegung oder Lage parallel zur Achse 81 verläuft, eine radiale Bewegung oder Lage parallel zum Radius 82 verläuft und eine Umfangsbewegung oder Lage auf dem Umfang parallel zum Umfang 83 verläuft. Eine Drehung erfolgt in Bezug auf die Achse 81.

Die Attribute „axial", „radial" und „Umfangs-" beziehen sich auf eine Ausrichtung parallel zur Achse 81, zum Radius 82 bzw. zum Umfang 83. Die Attribute „axial", „radial" und „Umfangs-" beziehen sich auch auf eine Ausrichtung parallel zu entsprechenden Ebenen.

Fig. 7B ist eine perspektivische Ansicht eines Objekts 90 im Zylinderkoordinatensystem 80 von Fig. 7A, welches die in der vorliegenden Anmeldung gebrauchten räumlichen Begriffe darstellt. Das zylindrische Objekt 90 ist repräsentativ für ein zylindrisches Objekt in einem Zylinderkoordinatensystem und keineswegs als Einschränkung der vorliegenden Erfindung zu verstehen. Das Objekt 90 beinhaltet eine axiale Fläche 91 , eine radiale Fläche 92 und eine Umfangsfläche 93. Die Fläche 91 ist Teil einer axialen Ebene, die Fläche 92 ist Teil einer radialen Ebene, und die Fläche 93 ist Teil einer Umfangsfläche.

Fig. 8 ist eine Teilquerschnittsansicht des Drehmomentwandlers 100 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Drehmomentwandler 100 beinhaltet eine Dämpferbaugruppe 102, eine Wandler- oder überbrückungskupplung 104 und eine Turbinenkupplung 106. Die Baugruppe 102 ist drehfest mit der Nabe 108 verbunden. Unter drehfest verbunden oder befestigt ist zu verstehen, dass die Baugruppe und die Nabe derart miteinander verbunden sind, dass sich die beiden Komponenten gemeinsam drehen, d.h., dass die beiden Komponenten in Bezug auf die Drehung fest miteinander verbunden sind. Die drehfeste Verbindung von zwei Komponenten schränkt ihre Relativbewegung in anderen Richtungen nicht unbedingt ein. Zum Beispiel können zwei drehfest miteinander verbundene Komponenten über eine Zahnkranzverbindung auch eine axiale Bewegung in Bezug zueinander ausführen. Es sollte jedoch klar sein, dass eine drehfeste Verbindung nicht unbedingt das Vorliegen einer Bewegung in anderen Richtungen bedeutet. Zum Beispiel können zwei drehfest miteinander verbundene Komponenten auch axial aneinander befestigt sein. Die obige Erläuterung der drehfesten Verbindung kann auch auf die folgenden Erörterungen angewendet werden.

Die Kupplung 104 ist drehfest mit der Baugruppe 102 verbunden. Gemäß einigen Aspekten beinhaltet die Kupplung 104 ein Kolbenblech 110, das durch ein beliebiges in

der Technik bekanntes Mittel, zum Beispiel mit der Platte 112 verbundene extrudierte Niete 111 , drehfest mit der Baugruppe 102 verbunden ist. Die Kupplung 104 beinhaltet auch ein Andruckelement 113, das in axialer Richtung gegen die Platte 110 drückt. Das Andruckelement ermöglicht eine axiale Bewegung der Platte 110 unabhängig von der axialen Bewegung durch die Baugruppe 102. Als Andruckelement 113 kann ein beliebiges in der Technik bekanntes Element verwendet werden, zum Beispiel eine Blattfeder. Die Kupplung 106 ist drehfest mit der Baugruppe 102 und der Turbine 114 verbunden. Gemäß einigen Aspekten beinhaltet die Kupplung 106 ein Kolbenblech 116, das durch ein beliebiges in der Technik bekanntes Mittel, zum Beispiel mit Nieten 118, mit der Baugruppe verbunden ist. Gemäß einigen Aspekten beinhaltet die Kupplung 106 eine Platte, die durch ein beliebiges in der Technik bekanntes Mittel, zum Beispiel durch Schweißnähte 122 und 123, drehfest mit der Turbine verbunden ist.

Fig. 9 ist eine Teilquerschnittsansicht des Drehmomentwandlers von Fig. 8, die eine Laufradladekammer 124 zeigt.

Fig. 10 ist eine Teilquerschnittsansicht des Drehmomentwandlers von Fig. 8, welche die innere Kammer 126 zeigt; und

Fig. 11 ist eine Teilquerschnittsansicht des Drehmomentwandlers von Fig. 8, welche die äußere Kammer 128 zeigt.

Fig. 12 ist eine Teilquerschnittsansicht des Drehmomentwandlers von Fig. 8, welche die Drehmomentübertragungspfade 130 und 132 zeigt. Die folgende Beschreibung ist in Verbindung mit den Figuren 8 bis 12 zu sehen. Die Kupplung 104 in einem Drehmomentübertragungspfad zwischen dem Deckel 134 des Drehmomentwandlers und der Baugruppe 102 angeordnet. Gemäß einigen Aspekten handelt es sich bei diesem Pfad um den Pfad 130. Die Kupplung 106 ist in einem Drehmomentübertragungspfad zwischen der Turbine 114 und der Baugruppe 102 angeordnet. Gemäß einigen Aspekten handelt es sich bei diesem Pfad um den Pfad 132. Gemäß der folgenden Beschreibung bewirkt die Veränderung des Hydraulikdrucks in den entsprechenden Kammern 124, 126 und 128 ein öffnen und Schließen der Kupplungen und dadurch ein öffnen und Schließen der Drehmomentübertragungspfade. Das heißt, der Pfad kann das Drehmoment nicht über seine gesamte Länge übertragen. Mit anderen Worten, der Pfad wird unterbrochen. Zum Beispiel kann an einem Ende des Drehmomentübertragungspfades ein Drehmoment

anliegen, das jedoch bis zu seinem anderen Ende übertragen wird. Unter dem Schließen des Drehmomentübertragungspfades ist zu verstehen, dass dieser damit durchgängig gemacht wird und das Drehmoment dadurch über seine gesamte Länge übertragen kann.

Die Kammer 124 beinhaltet die Turbine 114 und das Laufrad 135 und wird zumindest teilweise durch die Platten 110 und 116 definiert. Unter teilweise definiert ist zu verstehen, dass die Platten mindestens einen Teil der Begrenzung oder Einhausung der Kammer bilden. Die Kammer 126 wird zumindest teilweise durch die Platte 116 und das Turbinengehäuse 136 definiert. Die Kammer 128 wird zumindest teilweise durch die Platte 110 und den Deckel 134 definiert.

Zum Betreiben des Drehmomentwandlers 100 im Leerlauf des Motors, das heißt, wenn sich ein mit dem Wandler 100 verbundener (nicht gezeigter) Motor im Leerlauf befindet, werden die beiden Kupplungen 104 und 106 geöffnet. Zu diesem Zweck wird der Flüssigkeitsdruck in der Kammer auf einem Wert gehalten, der kleiner als der Flüssigkeitsdruck in der Kammer 128 ist, sodass die Platte 110 in Richtung 137 verschoben und die Kupplung 104 geöffnet wird. Ferner wird der Flüssigkeitsdruck in der Kammer 126 auf einem Wert gehalten, der höher als der Flüssigkeitsdruck in der Kammer 124 ist, sodass die Platte 116 axial in Richtung 138 verschoben und die Kupplung 106 geöffnet wird. Bei dieser Anordnung wird kein Drehmoment zur Nabe 108 übertragen, die bei dem in einem (nicht gezeigten) Fahrzeug eingebauten Wandler 100 drehfest mit der Antriebswelle 140 eines (nicht gezeigten) Getriebes verbunden ist. Das heißt, die Turbine und der Wandlerdeckel sind von der Nabe getrennt.

Mit anderen Worten, die drehfest mit dem Getriebe verbundene Nabe ist von den Teilen des Drehmomentwandlers getrennt, die das Drehmoment vom Motor, insbesondere vom Wandlerdeckel und vom Turbinengehäuse, aufnehmen. Somit sind die direkt oder indirekt mit dem Motor verbundenen Teile des Wandlers von der Nabe getrennt. Dadurch wird das infolge der Verbindung des Motors mit dem Drehmomentwandler vom Motor wahrgenommene Trägheitsmoment verringert, sodass der Kraftstoffverbrauch des Motors sinkt.

Zum Betreiben des Drehmomentwandlers 100 in einem Wandlermodus, also so, dass die Turbine 114 das vom Laufrad 135 aufgenommene Drehmoment verstärkt, wird die Kupplung 104 geöffnet und die Kupplung 106 geschlossen. Zu diesem Zweck wird der

Flüssigkeitsdruck in der Kammer 124 auf einem Wert gehalten, der niedriger als der Flüssigkeitsdruck in der Kammer 128 ist, sodass die Platte 110 axial in Richtung 137 verschoben und die Kupplung 104 geöffnet wird. Der Flüssigkeitsdruck in der Kammer 124 wird auf einem Wert gehalten, der höher als der Flüssigkeitsdruck in der Kammer 126 ist, sodass die Platte 116 axial in Richtung 137 verschoben und die Kupplung 106 geschlossen wird. Bei dieser Anordnung wird der Pfad 132 geschlossen, der Pfad 130 wird geöffnet, und das Drehmoment wird von der Turbine zur Baugruppe 102 und zur Nabe 108 übertragen. Das heißt, die Turbine 114 ist drehfest mit der Nabe 108 verbunden.

Die Kupplung 106 muss so aufgebaut sein, dass sie das (durch die Verstärkungswirkung der Turbine) verstärkte Motordrehmoment aushält. Gemäß einigen Aspekten werden die Platten 142 und 144 zur Verstärkung der Kupplung verwendet, damit diese das stärkere Drehmoment aufnehmen kann. Es sollte jedoch klar sein, dass die Kupplung 106 nicht auf die gezeigte Anordnung zur Drehmomentverstärkung beschränkt ist und dass in Geist und Geltungsbereich der beanspruchten Erfindung andere Mittel zur Erhöhung der Drehmomentaufnahmekapazität der Kupplung 106 enthalten sind. Während des Betriebs im Wandlermodus wird durch die Turbine und das Laufrad Wärme erzeugt. Der Wandler 100 ist in vorteilhafter weise so angeordnet, dass im Wandlermodus eine Flüssigkeit durch die Kammer 124 strömt, um die Turbine und das Laufrad zu kühlen.

Obwohl die Kupplung 106 mit einer bestimmten Anordnung ineinander greifender Komponenten dargestellt ist, sollte klar sein, dass die Kupplung nicht auf diese Anordnung beschränkt ist und dass in Geist und Geltungsbereich der beanspruchten Erfindung andere Anordnungen enthalten sind. Somit wird der Hydraulikdruck unter Verwendung derselben Kammer so verändert, dass die Kupplungen in einem

Drehmomentverstärkungsmodus betrieben werden und ein Flüssigkeitsstrom zum Kühlen der Ringleitung bereitgestellt wird. Gemäß einigen Aspekten strömt die Flüssigkeit von der Kammer 128, die unter einem höheren Hydraulikdruck als die Kammer 124 steht, in die Kammer 124 und durch den Kanal 145.

Zum Betreiben des Drehmomentwandlers 100 in einem überbrückungsmodus, das heißt, zum Verbinden des Gehäuses 134 mit der Baugruppe 102, wird die Kupplung 104 geschlossen. Gemäß einigen Aspekten bleibt die im Wandlermodus geschlossene Kupplung 106 geschlossen, während die Kupplung 104 geschlossen ist. Gemäß einigen

Aspekten ist die Kupplung 106 im überbrückungsmodus geöffnet. Genauer gesagt, sobald die Kupplung 104 geschlossen wird, wird die Kupplung 106 geöffnet. Diese Abfolge wird im Folgenden genauer beschrieben. Wenn die Kupplung 106 geschlossen bleibt, wird das Trägheitsmoment des Laufrades in den Drehmomentübertragungspfad übertragen. Das Trägheitsmoment des Laufrades kann zum Beeinflussen der Eigenfrequenz des Drehmomentwandlers im überbrückungsmodus und damit zum Verhindern von unerwünschten Resonanzen verwendet werden.

Zum Schließen der Kupplung 104 wird der Flüssigkeitsdruck in der Kammer 124 auf einem Wert gehalten, der höher als der Flüssigkeitsdruck in der Kammer 128 ist, sodass die Platte 110 axial in Richtung 138 verschoben wird. Zum öffnen der Kupplung 106 wird der Flüssigkeitsdruck in der Kammer 124 auf einem Wert gehalten, der niedriger als der Flüssigkeitsdruck in der Kammer 126 ist, sodass die Platte 116 axial in Richtung 138 verschoben wird. Bei dieser Anordnung wird das Drehmoment vom Motor entlang dem Pfad 130 vom Gehäuse zur Baugruppe 102 und weiter zur Nabe 108 übertragen. Das heißt, der Deckel 134 ist drehfest mit der Nabe 108 verbunden. Wenn die Kupplung 106 offen ist, ist auch der Pfad 132 offen. Wenn die Kupplung 106 geschlossen ist, überträgt der Pfad 132 das Trägheitsmoment der Pumpe zum Pfad 130.

Es sollte klar sein, dass es sich bei den oben erwähnten Drücken um Relativwerte handelt, die nicht auf einen bestimmten Wert oder Bereich beschränkt sind, ausgenommen die Werte oder Bereiche, die für die Gesamtkonstruktion, die Anordnung oder den Betrieb eines bestimmten Drehmomentwandlers 100 charakteristisch sind.

Der Deckel 134 kann durch ein beliebiges in der Technik bekanntes Mittel mit dem Motor verbunden werden. Gemäß einigen Aspekten werden Zapfen 146 verwendet. Gemäß einigen Aspekten beinhaltet die Blattfeder 102 eine Vielzahl von Schraubenfedern 148, die am Flansch 150 und den Platten 152 und 154 befestigt sind.

Axial zwischen dem Deckel 134 und der Platte 110 ist ein Reibungsmaterial angebracht. Die Kupplung 104 ist nicht auf eine bestimmte Art oder Anordnung von Reibungsmaterialien beschränkt. Gemäß einigen Aspekten ist das Reibungsmaterial fest mit dem Deckel oder mit der Platte 110 verbunden. Gemäß einigen (nicht gezeigten) Aspekten ist axial zwischen dem Deckel und der Platte eine Kupplungslamelle angeordnet. Das Reibungsmaterial 158 ist axial zwischen den Platten 116, 120, 142 und

144 angeordnet. Die Kupplung 106 ist nicht auf eine bestimmte Art oder Anordnung von Reibungsmaterialien beschränkt. Gemäß einigen Aspekten sind die Reibungsmaterialien fest mit den Platten verbunden. Gemäß einigen (nicht gezeigten) Aspekten sind axial zwischen den Platten Kupplungslamellen angeordnet.

Gemäß einigen Aspekten beinhaltet der Drehmomentwandler 100 ein Dreiwege- Hydrauliksystem. In diesem System befördern die Kanäle 145, 160 und 162 eine Flüssigkeit zu den Kammern 124, 128 und 126 bzw. von diesen weg. Der Kanal 160 befindet sich innerhalb der Welle 140 und steht über die Flüssigkeit in Verbindung mit der Kammer 128. Der Kanal 162 befindet sich radial zwischen der Welle 140 und der Statorwelle 166 und steht über die Flüssigkeit in Verbindung mit der Kammer 126. Der Kanal 145 befindet sich radial zwischen der Welle 166 und dem Flansch 168 und steht über die Flüssigkeit in Verbindung mit der Kammer 124.

Die vorliegende Erfindung beinhaltet auch einen Drehmomentwandler, der im Leerlauf des Motors ein verringertes Trägheitsmoment aufweist. Der Wandler beinhaltet eine Abtriebsnabe und eine Turbine, die so angeordnet ist, dass sie sich unabhängig von der Abtriebsnabe dreht. Gemäß einigen Aspekten beinhaltet der Drehmomentwandler eine Dämpferbaugruppe, die mit der Nabe und einem Wandlerdeckel verbunden ist, und eine Turbinenkupplung, die mit einer Turbine und der Dämpferbaugruppe verbunden ist. Die Turbinenkupplung ist so angeordnet, dass sie im Leerlaufmodus des Motors geöffnet wird. Im Gegensatz zu dem in Fig. 4 gezeigten Drehmomentwandler ist die Turbine somit im Leerlaufmodus des Motors nicht drehfest mit der Abtriebsnabe verbunden. Bei dem Drehmomentwandler gemäß der vorliegenden Erfindung besteht im Leerlaufmodus des Motors keine drehfeste Verbindung zwischen der Turbine und der Nabe, und die Turbine kann sich unabhängig vom Drehzustand der Nabe drehen.

Gemäß einigen Aspekten handelt es sich bei dem Drehmomentwandler um den Drehmomentwandler 100, bei der Nabe um die Nabe 108, der Turbine um die Turbine 114, der Dämpferbaugruppe um die Dämpferbaugruppe 102, dem Wandlerdeckel um den Wandlerdeckel 134 und der Turbinenkupplung um die Turbinenkupplung 106.

Die Kupplungen 104 und 106 sowie die Dämpferbaugruppe 102 sind mit bestimmten Formen, Abmessungen und Anordnungen dargestellt worden. Es sollte jedoch klar sein, dass ein Drehmomentwandler gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf die gezeigten

Formen, Abmessungen und Anordnungen beschränkt ist und dass andere Formen, Abmessungen und Anordnungen gemäß der obigen Beschreibungen in Geist und Geltungsbereich der Ansprüche enthalten sind. Der Drehmomentwandler 100 ist mit einer bestimmten Anordnung von Zusatzkomponenten gezeigt worden. Es sollte jedoch klar sein, dass ein Drehmomentwandler gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf die bestimmten, in den Figuren gezeigten Zusatzteile und deren Anordnung beschränkt ist und dass andere Zusatzteile und Anordnungen in Geist und Geltungsbereich der beanspruchten Erfindung enthalten sind.

Die vorliegende Erfindung beinhaltet auch ein Verfahren zum Betrieb eines Drehmomentwandlers. Obwohl das Verfahren zur Verdeutlichung als Abfolge von Schritten beschrieben wurde, sollte davon keine bestimmte Reihenfolge abgeleitet werden, sofern nicht ausdrücklich darauf hingewiesen wird. In einem ersten Schritt wird der Hydraulikdruck in der ersten, zweiten bzw. dritten Kammer variiert. In einem zweiten Schritt werden als Reaktion auf das Variieren des Hydraulikdrucks die Drehmomentübertragungspfade zwischen einem Deckel des Drehmomentwandlers und einer mit einer Nabe verbundenen Dämpferbaugruppe und zwischen einer Turbine und der Dämpferbaugruppe verändert. Gemäß einigen Aspekten handelt es sich bei dem Drehmomentwandler um den Drehmomentwandler 100 und bei der ersten bis dritten Kammer um die Kammern 124, 126 bzw. 128.

Gemäß einigen Aspekten beinhaltet das Variieren des Hydraulikdrucks das Halten des Drucks in der Kammer auf einem Wert, der niedriger als die entsprechenden Drücke in den Kammern 126 und 128 ist, und das Verändern der entsprechenden Drehmomentübertragungspfade beinhaltet das öffnen des

Drehmomentübertragungspfades zwischen dem Deckel 114 und der Dämpferbaugruppe 102 und das öffnen des Drehmomentübertragungspfades zwischen der Turbine und der Dämpferbaugruppe. Dies ist im Leerelaufmodus des Motors der Fall, in welchem kein Drehmoment zur Welle 140 übertragen wird, da beide Kupplungen 104 und 106 offen sind. Durch diesen Modus wird auf vorteilhafte Weise das Trägheitsmoment und somit der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugmotors verringert.

Gemäß einigen Aspekten beinhaltet das Variieren des Hydraulikdrucks das Halten des Drucks in der Kammer 124 auf einem Wert, der niedriger als der Druck in der Kammer 128 ist, und das Halten des Drucks in der Kammer 126 auf einem Wert, der niedriger als der

Druck in der Kammer 124 ist. Dann beinhaltet das Verändern der Drehmomentübertragungspfade das öffnen des Drehmomentübertragungspfades zwischen dem Deckel und der Dämpferbaugruppe und das Schließen des Drehmomentübertragungspfades zwischen der Turbine und der Dämpferbaugruppe. Dies ist im Wandlermodus der Fall, in welchem die Kupplung 104 offen und die Kupplung 106 geschlossen ist und die Turbine 114 das vom Laufrad 135 aufgenommene Drehmoment verstärkt. Das Verfahren beinhaltet auch, dass die in der Kammer 124 befindliche Flüssigkeit die Kammer durchströmt, um die Turbine und das Laufrad zu kühlen.

Gemäß einigen Aspekten beinhaltet das Variieren des Hydraulikdrucks das Halten des Drucks in der Kammer 124 auf einem Wert, der höher als der Druck in der Kammer 128 ist. Dann beinhaltet das Verändern der entsprechenden Drehmomentübertragungspfade das Schließen des Drehmomentübertragungspfades zwischen dem Deckel und der Dämpferbaugruppe. Dies ist im überbrückungsmodus der Fall, in welchem die Kupplung 104 geschlossen ist und das Drehmoment vom Deckel zur Getriebewelle übertragen wird.

Somit ist zu erkennen, dass die Aufgaben der vorliegenden Erfindung wirksam gelöst werden, obwohl sich der Fachmann Modifikationen und änderungen der Erfindung vorstellen kann, die in Geist und Geltungsbereich der beanspruchten Erfindung enthalten sind. Ferner ist klar, dass die obige Beschreibung nur zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung dient und nicht als Einschränkung zu verstehen ist. Deshalb sind andere Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung möglich, ohne von Geist und Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.