Das Gerät und Funktionsprinzip eines modernen Drehmomentwandlers

Der erste Drehmomentwandler erschien vor mehr als hundert Jahren. Nach vielen Modifikationen und Verbesserungen wird diese effiziente Methode zur reibungslosen Drehmomentübertragung heute in vielen Bereichen des Maschinenbaus eingesetzt, und die Automobilindustrie ist keine Ausnahme. Das Fahren ist jetzt viel einfacher und komfortabler, da das Kupplungspedal nicht mehr verwendet werden muss. Die Vorrichtung und das Funktionsprinzip des Drehmomentwandlers ist, wie alles Geniale, sehr einfach.

Die Geschichte von

Das Prinzip der Drehmomentübertragung durch Umwälzflüssigkeit zwischen zwei Laufrädern ohne starre Verbindung wurde erstmals 1905 vom deutschen Ingenieur Hermann Fettinger patentiert. Geräte, die nach diesem Prinzip arbeiten, werden als Fluidkupplungen bezeichnet. Zu dieser Zeit mussten die Konstrukteure bei der Entwicklung des Schiffbaus einen Weg finden, um das Drehmoment schrittweise von einer Dampfmaschine auf riesige Schiffspropeller im Wasser zu übertragen. Bei enger Verbindung verlangsamte das Wasser den Ruck der Schaufeln während des Startvorgangs und verursachte eine übermäßige Rückbelastung des Motors, der Wellen und ihrer Gelenke.

In der Folge wurden in Londoner Bussen und den ersten Diesellokomotiven modernisierte Flüssigkeitskupplungen eingesetzt, um einen reibungslosen Start zu gewährleisten. Und noch später erleichterten Flüssigkeitskupplungen den Autofahrern das Leben. Das erste Serienauto mit Drehmomentwandler, der Oldsmobile Custom 8 Cruiser, lief 1939 bei General Motors vom Band.

Gerät und Funktionsprinzip

Der Drehmomentwandler ist eine geschlossene Kammer in Ringform, in deren Inneren Pumpen-, Reaktor- und Turbinenlaufräder koaxial nahe beieinander angeordnet sind. Das Innenvolumen des Drehmomentwandlers ist mit Flüssigkeit für Automatikgetriebe gefüllt, die in einem Kreis von einem Rad zum anderen zirkulieren. Das Pumpenrad ist in dem Wandlergehäuse hergestellt und fest mit der Kurbelwelle verbunden, d.h. dreht sich mit der Motordrehzahl. Das Turbinenrad ist fest mit der Eingangswelle des Automatikgetriebes verbunden.

Zwischen ihnen befindet sich das Reaktorrad oder der Stator. Der Reaktor ist auf einer Freilaufkupplung montiert, die es ihm ermöglicht, sich nur in eine Richtung zu drehen. Die Schaufeln des Reaktors haben eine spezielle Geometrie, aufgrund derer der vom Turbinenrad zum Pumpenrad zurückgeführte Fluidstrom die Richtung ändert, wodurch das Drehmoment am Pumpenrad erhöht wird. Dies ist der Unterschied zwischen einem Drehmomentwandler und einer Flüssigkeitskupplung. In letzterem gibt es keinen Reaktor und dementsprechend steigt das Drehmoment nicht an.

Arbeitsprinzip Der Drehmomentwandler basiert auf der Übertragung des Drehmoments vom Motor auf das Getriebe mittels eines Umlauffluidstroms ohne starre Verbindung.

Ein Antriebsrad, das mit der rotierenden Kurbelwelle des Motors gekoppelt ist, erzeugt einen Fluidstrom, der auf die Schaufeln eines gegenüberliegenden Turbinenrads trifft. Unter dem Einfluss von Flüssigkeit setzt es sich in Bewegung und überträgt das Drehmoment auf die Eingangswelle des Getriebes.

Mit zunehmender Motordrehzahl nimmt die Drehzahl des Laufrads zu, was zu einer Erhöhung der Kraft des Fluidstroms führt, der das Turbinenrad trägt. Zusätzlich erhält die Flüssigkeit, die durch die Schaufeln des Reaktors zurückkehrt, eine zusätzliche Beschleunigung.

Der Flüssigkeitsstrom wird in Abhängigkeit von der Drehzahl des Laufrads umgewandelt. Im Moment des Ausgleichs der Drehzahlen der Turbinen- und Pumpenräder behindert der Reaktor die freie Zirkulation der Flüssigkeit und beginnt sich dank des eingebauten Freilaufs zu drehen. Alle drei Räder drehen sich zusammen und das System beginnt im Flüssigkeitskupplungsmodus zu arbeiten, ohne das Drehmoment zu erhöhen. Mit zunehmender Belastung der Abtriebswelle verlangsamt sich die Drehzahl des Turbinenrades gegenüber dem Pumprad, der Reaktor wird blockiert und beginnt erneut, den Flüssigkeitsstrom umzuwandeln.

Vorteile

1. Reibungslose Bewegung und Anfahren.
2. Reduzierung von Vibrationen und Belastungen des Getriebes durch ungleichmäßigen Motorbetrieb.
3. Möglichkeit zur Erhöhung des Motordrehmoments.
4. Keine Notwendigkeit für Wartung (Austausch von Elementen usw.).

Begrenztheit

1. Geringer Wirkungsgrad (aufgrund fehlender Hydraulikverluste und starrer Verbindung mit dem Motor).
2. Schlechte Fahrzeugdynamik im Zusammenhang mit den Kosten für Leistung und Zeit zum Abwickeln des Flüssigkeitsstroms.
3. Hohe Kosten.

Verriegelter Zustand

Um die Hauptnachteile des Drehmomentwandlers (geringer Wirkungsgrad und schlechte Fahrzeugdynamik) zu bewältigen, wurde ein Verriegelungsmechanismus entwickelt. Das Funktionsprinzip ähnelt der klassischen Kupplung. Der Mechanismus besteht aus einer Blockierplatte, die über die Federn des Torsionsschwingungsdämpfers mit dem Turbinenrad (und damit mit der Getriebeeingangswelle) verbunden ist. Die Platte hat auf ihrer Oberfläche eine Reibauskleidung. Auf Befehl des Getriebesteuergeräts wird die Platte mittels Flüssigkeitsdruck gegen die Innenfläche des Wandlergehäuses gedrückt. Das Drehmoment wird ohne Flüssigkeitsbeteiligung direkt vom Motor auf das Getriebe übertragen. Dadurch werden eine Reduzierung der Verluste und ein höherer Wirkungsgrad erreicht. Die Verriegelung kann in jedem Gang aktiviert werden.

Slip-Modus

Die Überbrückung des Drehmomentwandlers kann auch unvollständig sein und in einem sogenannten „Schlupfmodus“ arbeiten. Die Blockierplatte wird nicht vollständig gegen die Arbeitsfläche gedrückt, wodurch ein teilweises Verrutschen des Reibkissens bewirkt wird. Das Drehmoment wird gleichzeitig über die Sperrplatte und die zirkulierende Flüssigkeit übertragen. Dank der Verwendung dieses Modus werden die dynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs erheblich verbessert, während gleichzeitig eine reibungslose Bewegung erhalten bleibt. Die Elektronik sorgt dafür, dass die Überbrückungskupplung während des Beschleunigens so früh wie möglich eingerückt und bei reduzierter Geschwindigkeit so spät wie möglich ausgekuppelt wird.

Der gesteuerte Schlupfmodus weist jedoch einen erheblichen Nachteil auf, der mit dem Abrieb der Kupplungsoberflächen verbunden ist, die darüber hinaus starken Temperatureffekten ausgesetzt sind. Verschleißprodukte gelangen in das Öl und beeinträchtigen dessen Arbeitseigenschaften. Der Schlupfmodus ermöglicht es dem Drehmomentwandler, so effizient wie möglich zu sein, verringert jedoch gleichzeitig seine Lebensdauer erheblich.