在耦合器外壳内部具有一个离合器的液力耦合器系统 【技术领域】
本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的液力耦合器系统。
背景技术
由US6 019 202 A已知这样一种液力耦合器系统并且在那里由液力变矩器构成，它具有一个泵轮和一个涡轮并具有一个用于在耦合器外壳内部形成液力回路的导轮。这个耦合器外壳通过其面对驱动装置、例如内燃机的主动端外壳壁与驱动装置连接，并且在主动端、即在面对传动装置一侧固定离合器，通过该离合器可以在耦合器外壳与泵轮之间建立功能连接但是也可以断开这个功能连接。
通过这种离合器，所述液力耦合器系统优先用于工作机，例如单斗式挖掘机，因为对于这种工作机需要一个组合的行驶和上升运动，其中上升运动涉及挖斗。因此通过至少局部切断离合器将减少由驱动装置导入传递到泵轮的转矩并由此减少传递到液力回路的转矩，所以液力耦合器系统只在从动端输出残余转矩并导入后接的传动装置。由此产生的结果是只能对于工作机的行驶运动提供最小的转矩，而由驱动装置提供的转矩的主要部分可以提供给可任选的用于挖斗上升运动的分支位置。当然对于这种运行状态按照美国专利内容的规定断开耦合器外壳与涡轮机叶轮之间的有效分接离合器，以防止由驱动装置提供的转矩传递到传动装置。
如果相反，不需要挖斗运动，而是优选工作机的行驶运动，则接通离合器，使得导入到耦合器外壳的转矩，如同对于液力变矩器常见的那样，或者通过液力回路或者通过分接离合器传递到传动装置。
在美国专利中没有给出关于耦合器系统设计地启示，但是从图示说明得到结论，该离合器尽管在耦合器外壳与泵轮之间有效，但是与分接离合器相反不组合进耦合器外壳。如同由美国专利附图1可以看到的那样，结果是，必需强制性地配有接通或断开离合器的自身液压压力回路。由此使液力耦合器系统在结构上是费事的并在能源利用上是不利的。此外从增加结构空间需求来看，这对于工作机来说在原理上是要避免的。
【发明内容】
本发明的目的是，这样构成在耦合器外壳与泵轮之间具有一个离合器的液力耦合器系统，使得在以最少结构费用和最小结构空间要求的同时在保证高的能源效率情况下实现所期望的功能。
按照本发明，这个目的通过在特征部分中给出的特征得以实现。通过离合器在耦合器外壳内部的集成可以完全放弃用于离合器的独立外壳，这一点尤其显示出优点，因为用于离合器的外壳由于可能在这个外壳内部产生的过压一方面必需以足够的外壳强度构成，另一方面必需具有广泛的密封措施，以便能够持久地防止建立起必需压力的液压输送介质流出。因为液力耦合器系统例如液力变矩器或液压离合器的耦合器外壳，本来就为过压而设计并且还配有必需的密封措施，因此对于离合器不会产生增加费用的措施。此外对于离合器的特殊优点是，这个离合器也可以连接到相同的供压设备上，例如也可以是液力回路上或可能存在的分接离合器上，因此与没有这种离合器的液力耦合器系统相比几乎不产生更多费用。
特别有利的是，将离合器集成到耦合器外壳里面，如果一个轴向位于离合器的离合活塞与耦合器外壳的从动端外壳壁之间的控制室这样连接到供压设备上，使所述控制室或者通过液力回路的过压加载到离合活塞的相应一侧，或者基本上无压力。只要在控制室中有与液力回路中基本相同的压力，离合活塞就已经在两面上承受相同的压力并因此实际上断开，因为活塞在这种运行状态不能将顶压力施加到离合器的传递范围，该离合器例如以摩擦片离合器的形式实现。对于这种运行方式在液力回路与控制室之间也无需密封措施，因为在压力平衡时在液力回路与控制室之间不期待输送介质的明显移动。
如果相反，控制室由于供压设备的换向基本上无压力，则施加在液力回路一侧的过压使活塞在已经提到的摩擦片离合器方向上加载，因此由于分别在摩擦片摩擦范围产生的高面积压力使摩擦面承担足够的密封功能，尤其是当至少一个相互以面压力顶靠的摩擦面配有摩擦涂层的时候。但是对于这种情况，或者摩擦面和/或对应摩擦面要配有空隙、例如槽用于通流有利于摩擦面冷却功能的输送介质，则对于以这种方式挤进摩擦片离合器的体积流仅涉及到一个残余泄漏，它一方面可以较少改变液力回路与控制室之间的压力特性，另一方面可以很容易地在对液力回路供油时再通过新鲜输送介质充满。
所以对于前面所述的离合器的实施例一个供压设备就足够了，该供压设备最多需以压力对控制室加载，该压力不超过液力回路中的压力。由此不仅使泵的费用而且使必需的密封措施保持在供压设备对液力回路本来就必需实现的那个限度上。
如果上面所提到的残余泄漏要通过摩擦片离合器实现，尤其是在沿着摩擦面整个径向延伸方向宽度构成具有空隙的摩擦面时，则按照本发明建议密封措施。例如存在这种可能性，一方面在控制室上通过密封在离合活塞的内部径向范围里以及在其径向靠中间或径向靠外的径向范围里获得一个比液力回路耐压的隔离，而另一方面在位于密封外部的具有通流通道的径向范围里构成离合活塞，通流通道与摩擦面里面的空隙建立流体连接。通过这种方法可以构成一个在空间上受限的体积流，它负责穿过摩擦面空隙的粘滞输送介质的有限通流。
可以设想不同的离合器设计方案。一方面离合活塞可以与泵轮毂抗扭转但轴向可移动并具有一个连接体，它用来作为摩擦片离合器的摩擦片支架。同样可以设想，起到摩擦片支架作用的连接体固定在泵轮外壳上并使活塞可以抗扭转但轴向可移动地设置在耦合器外壳的从动端外壳轮毂上。对于这两种方案分别抗扭转但是可轴向移动的活塞与支承活塞的结构部件的连接最好通过一个轴向齿耦合实现，该轴向齿耦合分别对应于一个用于与液力回路和控制室压力密封分隔的密封件以及一个用于限制活塞轴向移动性的轴向止挡。不仅密封件而且轴向止挡都最好分别设置在离合活塞根部。这个装置还可以有一个轴向弹簧，该弹簧一端支承在轴向止挡上而另一端支承在离合活塞上，并由此使活塞在摩擦片离合器方向上始终保持轻微预紧。因此轴向弹簧负责使活塞无间断地顶靠在摩擦片离合器上，这不仅只负责各摩擦片相互间的持续功能作用，而且也负责从动端最后摩擦片与相邻的从动端离合器壁的持续功能连接。通过这种设计结构强制性地保证，离合活塞在那个运行状态自动地从属于一个明确定义的位置，在该运行状态所述控制室以与液力回路相同的压力加载。
在另一实施例中离合器的优点专用于驱动设备的冷启动。因为该离合器通过变矩器内压封闭，所以离合器在无压力状态、因此在驱动设备静止状态时断开。所述驱动设备可以无液力变矩器阻力地启动，因为泵轮在断开离合器时处于静止。当驱动设备达到足够的转速时，变矩器充油，由此建立起内压，它自动地接通离合器并由此驱动泵轮。所述离合器传递这样长时间的转矩，一直到反作用压力在活塞另一侧上达到变矩器内压并使驱动设备与泵轮的连接断开。
【附图说明】
下面借助于附图所示的优选实施例详细描述本发明。
附图中：
图1为一个具有驱动装置、离合器和传动装置的传动线路的原理连接图；
图2为图1中X细节的放大图；
图3为耦合器系统的纵向截面图，它具有一个具有离合活塞的离合器，其中活塞固定一个作为摩擦片支架的连接体，该摩擦片支架用于摩擦片离合器的摩擦片；
图4为与图3相同，但是具有一个固定在耦合器系统泵轮上的连接体作为摩擦片支架；
图5为沿着图3中III-III截切线的离合器摩擦面的视图；
图6与图4一样，但是在离合活塞径向靠中间和径向内部具有密封措施；
图7为沿着图6中VI-VI截切线的离合器摩擦面的视图；
图8与图6一样，但是在离合活塞上具有轴向弹簧和
图9为在图6中所示的细节Y的放大图。
【具体实施方式】
在图1中简示出一个具有按照本发明耦合器系统3的传动线路1。该耦合器系统3包括一个耦合器外壳5，它可以通过多个固定部件7和一个离合部件9、例如一个柔性板与一个驱动装置11、例如一个内燃机13的曲轴为了共同旋转而耦联，如同在图2中所示的那样，在旋转轴线15处具有一个支承轴颈17，它成形在驱动端的外壳轮毂19(见图3)上并固定在成形在驱动装置11上的定心导向体21里面。按照图3耦合器外壳5在位于远离驱动装置11的轴向端部上具有一个从动端的外壳轮毂23，它通过齿轮27旋转地驱动一个未示出的液体输送泵。与从动端外壳轮毂23同心地设置一个从动机构29，它通过其自由端突进耦合器外壳5。这个从动机构29例如可以是传动装置25(见图1)的传动输入轴31。
这个耦合器外壳5具有一个从主动端外壳轮毂19开始基本上径向向外延伸的主动端外壳壁33和一个从从动端外壳轮毂23开始基本上径向向外延伸的从动端外壳壁35。在从动端的外壳壁35上在径向上靠外处形成一个使两个外壳壁30，35轴向相互连接的外壳外层37，它通过一个用于还要描述的分接离合器41的支座39固定在主动端的外壳壁33上。
如同由图3可以看到的那样，所述耦合器系统3在耦合器外壳5内部具有一个离合器43，它配有一个离合活塞45。这个离合活塞通过其离合活塞根部44通过在离合活塞根部44与泵轮51的泵轮毂49之间形成的齿耦合47与泵轮毂49并由此也与泵轮51建立抗扭转的、但可轴向位移的连接。在轴向相邻于齿耦合47的离合活塞根部44长度段上具有一个用于离合活塞45在泵轮毂49上的轴向止挡58，以便限制上面所提到的离合活塞45的轴向移动性。此外，径向上在离合活塞根部44与泵轮毂49之间在泵轮毂49里面放入一个密封件55是有效的，其中通过这个密封件55负责在离合活塞45两侧的空间建立所需的密封性，其中面对泵轮51的空间是液力回路104的一部分，而下面将在离合活塞45的背面与相邻的从动端外壳壁35之间的部分称为控制室77。
所述离合活塞45在径向靠外处具有多个孔61，它们分别用于容纳轴颈形连接体190。这个连接体承担起用于外摩擦片63的外摩擦片支架62的功能，所述外摩擦片与内摩擦片可以建立功能连接并与它们共同构成摩擦片离合器66。对于这个实施例至少内摩擦片65在两侧配有摩擦涂层67，它们因此构成摩擦面69并与对应摩擦面71共同作用在外摩擦片63以及从动端的外壳壁35上。从动端的最后摩擦面69至少在接通离合器43时、即尽可能远离靠近从动端外壳壁35的离合活塞45时与从动端外壳壁35的对应摩擦面处于齿耦合。通过这种方法使摩擦片离合器66的摩擦面69与对应摩擦面71相结合承担起控制室77的径向外部密封件73的功能，尤其是当按照图5所述摩擦面67仅仅在一个径向侧面配有槽形空隙183用于通流冷却的粘滞输送介质的时候，而在另一径向侧面、在所示实施例中在径向外侧具有一个在圆周方向不中断的涂层部分184。
再说摩擦片离合器66，内摩擦片65通过一个齿耦合76与一个作为内摩擦片支架75的固定体处于抗扭转的连接，该固定体固定在从动端的外壳壁35上。
因为所述控制室77在驱动端受到起到分隔板46作用的离合活塞45、径向向外受到摩擦片离合器66且在传动装置方向上受到从动端外壳壁35的基本上压力密封的限制，使得控制室77仅仅径向内部范围保留用于与一个仅简示的供压设备83连接。为此在从动端外壳轮毂23里包含孔形接头79，它们通向第一控制管道81，该管道连接到供压设备83上。
下面描述所述离合器43的工作原理：
一个由驱动装置11导入到耦合器外壳5上的转矩要通过离合器43的接通传递到泵轮51上。为此供压设备83通过第一控制管道81和接头79提供控制室77中的压力能级，该压力能级位于液力回路104中的压力能级以下。在此可以优选控制室77无压力，即，基本上仅以大气压加载。离合活塞46在液力回路104中的负压作用下向着从动端的外壳壁35顶压并由此对位于离合活塞与这个外壳壁35之间的摩擦片离合器66的摩擦片63，65以足够高的面压力加载，这个面压力是传递转距所必需的。位于耦合器外壳35并由此位于内摩擦片支架75上的转矩传递到内摩擦片65并从这里通过外摩擦片64和外摩擦片支架62传递到离合活塞45，离合活塞将转矩从其本身通过离合活塞根部44上的齿耦合47传递到泵轮毂49。
为了断开离合器43通过供压设备83对第一控制管道81以压力加载，该压力基本上对应于液力回路104的那个压力，因此通过接头79使控制室77也相应地压力加载。因此在离合活塞45上不再作用压力差，由此在摩擦片离合器66的摩擦片63，65之间正好只有这样微小的面压力有效，使得只还有微小的牵引转矩以上述方式通过摩擦片离合器66传递到离合活塞45并从离合活塞传递到泵轮毂49。
当然，所述供压设备83可以通过第一控制管道81和接头79也以压力加载控制室77，该压力在数值上位于上述两个极限值之间。
如果对于摩擦片离合器66范围中的严重滑差要产生摩擦面69与第一摩擦面71的严重加热，也可以设想摩擦涂层67的结构按照图7所示具有空隙183，它们位于摩擦涂层67并由此在摩擦范围69的整个径向延伸范围里。尽管对于这种摩擦涂层67结构考虑到从液力回路104到控制室77的有限体积流，只要其压力能级位于那个液力回路104以下，但是这个与液力回路104的体积流相比仅形成“残余泄漏”的体积流可以毫无问题地在供给液力回路104时通过新鲜粘滞输送介质补偿。相对于离合器43本身对于这种结构方案不产生缺陷，因为在接通离合器43时这个顶进控制室77的残余泄漏可以毫无问题地通过接头79排到供压设备83，使得在离合活塞45两侧保持必需的压力差，而在断开离合器43时由于离合活塞45两侧的相同压力状态本来就不存在密封需求。
在下面要描述按照本发明的液动离合结构3其它部分之前，还要简短地描述一下按照本发明的离合器43的其它实施例。图4示出一个实施例，其中离合活塞45设置在从动端的外壳轮毂23上，尽管通过齿耦合47，它在离合活塞的根部上构成一个抗扭转地、但是轴向可位移的离合活塞45的固定。对于这个实施例轴向止挡58也用于限制离合活塞45的轴向行程以及在液力回路104与控制室77之间存在一个密封55。
径向上向外在泵轮51上且尤其是在其泵轮外壳92上具有一个作为摩擦片支架62的连接体190。但是与图3所示实施例不同，在这里连接体190是多件式的，而且具有一个固定在泵轮外壳92上的连接体193和一个容纳在该连接体上的销轴191。摩擦片离合器66的外摩擦片63作用于销轴上，因此对于这个实施例连接体190起到外摩擦片支架62的作用。内摩擦片65以已知的方法抗扭转地与固定在从动端外壳壁35上的内摩擦片支架75连接。
对于这个实施例加到耦合器外壳5的转矩通过内摩擦片支架75和摩擦片65，63以及外摩擦片支架62传递到泵轮51上。以与图3所示实施例相同的方法控制室77中的压力可以在液力回路104的压力能级与无压力状态之间变化。
在图6中再一次构成在图4中所示的离合器43的实施例，如同在图9中的放大图所示的那样，在离合活塞45上在其中间的径向部位具有一个径向外密封186，通过它使控制室77相对于液力回路104密封。这个密封186也允许一个运行方式，其中在控制室77中为了断开离合器43加上一个比液力回路104中更高的压力。为了接通离合器43可以在液力回路104和在控制室77中存在压力平衡，或者在控制室77中存在一个比液力回路更低的压力。在密封186以外的径向上在离合活塞45里包含流体通道188，它们在径向连续的空隙183里面实现一个紧凑的通流回路循环，如同例如在图7中所示的那样，在此不产生进入控制室77的残余泄漏。
如图9所示，密封186具有一个固定在离合活塞45上的密封支架192，它在一个空隙194中容纳一个密封措施196，该密封与内摩擦片支架75处于接触并由此施加密封作用。如同在图9中所标箭头所表示的那样，空隙183可以同时通流摩擦涂层67。
在图8中也示出这种结构，但是组合一个轴向弹簧72，它将离合活塞45未考虑在液力回路104与控制室77之间的那个压力差地总是稍微预紧地保持在一个轴向位置，在该位置离合活塞45通过摩擦片离合器66与摩擦面71的接触建立在从动端的外壳壁35上。
下面再针对图3还要详细描述液力回路104以及分接离合器41的结构和功能原理。
开始供压时将一个通向轴向孔86的第二控制管道85也连接在配有第一控制管道81的同一结构部件上，即在一个支承轴116里。所述轴向孔在圆周方向上看去与位于截切面的第一控制管道81错开并且因为位于截切面外部而用虚线表示。由空心轴构成的支承轴116其本身包围传动装置输入轴31，输入轴通过齿耦合124使涡轮毂122抗扭转但可轴向位移地固定，此外通过齿耦合120抗扭转地作用于导向轮102的空程110上。径向上在支承轴116内部相对于传动装置输入轴31保留一个环通道88，其中在环通道88中通入第三控制管道87。而一个第四控制管道89通到一个位于传动装置输入轴31里的中心孔90。控制管道85，87，89也与控制管道81一样分别连接到供压设备83，因此通过这个供压设备在控制管道85，87，89上以压力对耦合器系统3的其余部件加载以及提供新鲜的粘滞输送介质。
其泵轮外壳92配有泵轮叶片94的泵轮51与具有涡轮外壳98以及涡轮叶片100的涡轮96共同作用并与导轮102共同作用。泵轮51、涡轮96和导轮102以已知的方法构成液力回路104和封闭的内环面106。
导向轮102的导轮叶片112位于导向轮毂108上，导向轮毂设置在已经提到过的空程110上。空程一端通过一个由数字上未示出的流体通道构成的轴向轴承114支承在泵轮毂49上而另一端通过一个同样的轴向轴承132轴向支承在涡轮毂122上，该涡轮毂在径向靠外处用于通过铆接130固定涡轮根部118以及两个盖板126。所述涡轮毂122的一端通过轴向轴承134支承在主动端外壳壁33的主动端外壳壁轮毂144上。涡轮毂122径向向内通过密封件136相对于传动装置输入轴31密封，而径向向外通过密封件138相对于主动端外壳壁轮毂144密封。
通过传动装置输入轴31的中心孔90流入的输送介质进入位于主动端外壳轮毂19与主动端外壳轮毂144之间的过渡室140并从那里通过外壳壁轮毂144里的通道146径向向外进入一个腔室155，该腔室轴向设置在主动端外壳壁33与已经提到过的分接离合器41的活塞154之间。这个与主动端外壳壁33同心设置的活塞54通过其背离腔室155的一侧面对液力回路104并根据液力回路104以及腔室155中的压力特性为了接通或断开分接离合器41可以在两个不同的轴向极限位置之间移动。所述活塞154通过一个支承在外壳轮毂44上的活塞根部152可以轴向移动，其中一个放入活塞根部152的活塞密封件150相对于外壳壁轮毂44承担活塞密封的密封功能。在活塞154径向靠外处这个活塞同样密封地导引并通过一个蝶簧158轴向弹性地顶靠在一个压板146上。
该压板146与中间摩擦片160一样同样抗扭转地固定在一个固定在主动端外壳壁33以及支座39上的销轴162上并起到摩擦片离合器148的外摩擦片164的作用，此外摩擦片离合器具有内摩擦片165，它们分别通过齿耦合166与扭转振动阻尼器156的轮毂垫圈168连接。这个起到扭转振动阻尼器156的输入阻尼部件169作用的轮毂垫圈168通过一个圆周弹簧座170与已经提到过的盖板126处于功能连接，其中盖板作为扭转振动阻尼器156的输出阻尼部件172。止挡174限制输入阻尼部件169与输出阻尼部件172相互间的旋转角的相对偏转性。此外存在一个具有摩擦部件178的摩擦装置176，它与输入阻尼部件169的主动端盖板126处于同步旋转连接，并且在输出阻尼部件172的轮毂垫圈168上通过轴向弹簧180保持顶靠，其中这个轴向弹簧180在顶靠处设置在主动端盖板126与摩擦部件178之间。所述摩擦部件178在一个摩擦面181上可以支承在轮毂垫圈168上，它在轴向弹簧180的作用下又通过另一摩擦面182顶靠在从动端的盖板126上。