Aufgabe

Das Wandleröl überträgt im Drehmomentwandler vor allem beim Anfahren das Drehmoment ruckfrei und verstärkt es bis zum annähernden Gleichlauf von Motor und Antrieb. Je weicher und ruckfreier sich das Anfahren und der Gangwechsel vollziehen, desto ungünstiger ist der Wirkungsgrad.

Funktion

Man unterscheidet beim Drehmomentwandler zwei Bereiche:
– den Wandlerbereich mit nennenswerten Drehzahlunterschieden zwischen Pumpen- und Turbinenrad
– den Kupplungsbereich mit sehr geringen Drehzahlunterschieden.

Im Vergleich zur hydraulischen Kupplung strömt das Öl zwar noch direkt vom Pumpen- auf das Turbinenrad, aber zurück indirekt über ein drittes Rad (Leitrad). Die hydraulische Kupplung kommt also mit zwei Schaufelrädern aus, der Drehmomentwandler braucht drei. Der Ölstrom wird bei dem Weg Pumpenrad – Turbinenrad – Leitrad – Pumpenrad insgesamt zweimal umgelenkt, im Turbinenrad gegen die Drehrichtung und nach innen und im Leitrad wieder mit der Drehrichtung und nach außen. Dazu muss das Leitrad im Wandlerbereich feststehen. Ein Freilauf erlaubt ihm im Kupplungsbereich das störungsfreie Mitdrehen.

Durch die zweite Umlenkung des Wandleröls im stillstehenden Leitrad staut es sich und das in der ersten Umlenkung auf das Turbinenrad abgegebene Drehmoment wird verstärkt. Je größer der Drehzahlunterschied zwischen Pumpen- und Turbinenrad, umso stärker ist der Rückstau auf die Schaufeln des Turbinenrades und damit die Drehmomentverstärkung. So kann das Ausgangsdrehmoment bis zum 2,5-fachen des Eingangsdrehmoment betragen, ein Grund, warum Fahrzeuge mit Vollautomatik-Getriebe und Drehmomentwandler im nachgeschalteten Planetengetriebe häufig einen Gang weniger haben.
Die Arbeit des Drehmomentwandlers ist besonders im unteren Wandlerbereich oft mit großer Hitzeentwicklung verbunden. Diese wird durch einen Ölkreislauf zu einem separaten Getriebe-Ölkühler abgeführt. Das Öl erreicht bzw. verlässt den Wandler durch die Wellenbohrung bzw. zwischen den Wellen zum nachfolgenden Automatikgetriebe. Dort ist auch die Pumpe eingebaut, die den Ölumlauf bewirkt.

Im Kupplungsbereich wird das Drehmoment nicht vollständig übertragen. Dies bedeutet Leistungs- und Wirkungsgradverlust, der durch den Einbau einer Wandler-Überbrückungskupplung (Bild) ausgeglichen werden kann. Diese wird durch Umkehren des Wandler-Ölstroms mit ihrem Reibbelag nach links gegen das Gehäuse gedrückt. Sie verbindet damit Pumpen- und Turbinenrad. Dabei wirkt die Wandler-Überbrückungskupplung wie eine Einscheiben-Ölbadkupplung. Der gesamte Öldruck wird zum Anpressen verwendet. Bei moderner, elektronisch gesteuerter Vollautomatik kann dieser und damit der Schlupf noch variiert werden. Ein Ölumlauf findet in diesem Betriebszustand nicht statt. Wirkungsgrad und abgegebene Leistung verbessern sich. Um die Verbrauchsnachteile der Vollautomatik gegenüber der in den Oberklassebereich drängenden Konkurrenz z.B. der stufenlosen Automatik und der sequentiellen Getriebe zu mildern, arbeitet die Überbrückungskupplung jetzt in allen Gängen und sogar im Wandlungsbereich.

Prinzipiell überträgt der Wandler das Motorendrehmoment hydraulisch auf die Getriebe-Eingangswelle. Die Pumpe und somit das gesamte Wandlergehäuse ist drehfest mit dem Motor bzw. die Turbine drehfest über eine Nabenverzahnung mit der Getriebe-Eingangswelle verbunden. Der gesamte Wandler ist mit Getriebeöl gefüllt. In Pumpe und Turbine sind Schaufeln montiert, die bei Differenzdrehzahl einen kreisförmigen Ölstrom zwischen Pumpe und Turbine verursachen. Das Öl wird vom Innendurchmesser der Pumpe angesaugt und durch die Zentrifugalkraft nach außen gedrückt. Anschließend wird das Öl aus der Pumpe in die Turbine geschleudert und dort von den Turbinenschaufeln umgelenkt, wodurch ein Drehmoment in der Turbine bzw. der Getriebe-Eingangswelle erzeugt wird.

Bei der Anfahrt oder hohen Differenzdrehzahlen zwischen Pumpe und Turbine wird der Ölfluss in der Turbine so umgelenkt, dass sich das Leitrad rückwärts drehen müsste. Im Leitrad ist jedoch ein Freilauf installiert, was dazu führt, dass das Leitrad bei Rückwärtsdrehung über die Statorwelle gesperrt wird. Dadurch wird ein Leitradmoment erzeugt, das wegen des Momentengleichgewichts im Wandler das Getriebe-Eingangswellen-Moment um bis zu Faktor 3 gegenüber dem Motormoment erhöht. Die Effizienz des Wandlers ist somit insbesondere bei Anfahrsituationen besonders groß.

Berücksichtigt werden muss, dass die Hydrodynamik des Wandlers nur ein Drehmoment bei Differenzdrehzahl zwischen Pumpe und Turbine übertragen kann. Wenn sich also im laufenden Fahrbetrieb die Drehzahl zwischen Pumpe und Turbine angeglichen hat, greift eine Überbrückungs-Kupplung, die vom Getriebe hydraulisch angesteuert wird. Der Schlupf wird eliminiert, die Verlustleistung beim Betrieb des Wandlers entfällt und ein reduzierter Kraftstoffverbrauch ist die Folge. Die frühe Überbrückung und damit ein wirtschaftlicher Verbrauch wird bei LuK durch innovative Dämpfer sicher gestellt.

Motorseitig erfolgt die Montage des Wandlers an einem flexiblen Schwungrad. Der Pumpenhals dient üblicherweise zusätzlich als Antrieb der Ölversorgungspumpe des Automatikgetriebes. Um bestmögliche Performance zu erzielen, setzt LuK hier konsequent Computational-Fluid-Dynamics (CFD) Simulationstools zur optimalen Strömungsführung und somit Verbrauchsabsenkung im Fahrzeug ein