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Steuersystem für hydraulische Getriebe mit einem oder mehreren Wandlern, bei denen die Wandler auch zum Bremsen verwendet werden
Bekanntlich ist es ein Nachteil der hydrodynamischen Drehmomentwandler von Turbogetrieben, dass der Kraftschluss nur in einer Richtung, u. zw. von den Primärteilen auf die Sekundärteile erfolgen kann. Die Antriebsmaschine kann daher zum Bremsen-Kraftschluss von den Sekundärteilen (Turbine der Wandler), die mit dem Treibrad bzw. Treibrädern kraftschlüssig verbunden sind, auf die Primärteil (Pumpe der Wandler), die mit der Antriebsmaschine kraftschlüssig verbunden sind-nicht verwendet werden. obwohl z.
B. ein Dieselmotor als Antriebsmaschine beikraftsehlüssigem Antrieb vonden Treibrädern aus als Kompressor wirkt und so zumindest einen Teil seiner Nennleistung als Bremsleistung aufnehmen würde.
Bei vielen Kraftübertragungen, in denen hydrodynamische Drehmomentwandler Verwendung finden, vor allem Kraftübertragungen für Strassen- und Schienenfahrzeuge, insbesondere Rangier- und ZahnradLokomotiven, Krane und Aufzüge, Stand- und Schwebeseilbahnen für Güter und Personentransport, wird die Möglichkeit des verschleissfreien Bremsens gefordert. Es wurde daher schon früher vorgeschlagen, den oder die hydrodynamischen Wandler durch gegenläufiges Antreiben der Sekundärteile zu denPrimärteilen zum Bremsen heranzuziehen. Dabei muss die Antriebsmaschine (Verbrennungs-Kraftmaschine, Gas- und Dampfturbine oder Elektromotor) je nach dem gewünschten Bremsmoment eine Stiitzleistung für den Antrieb der Pumpe des Wandlers im Drehsinn der Antriebsmaschine abgeben.
Die Turbine des Wandlers, die während des Bremsvorganges von den abzubremsenden Teilen gegenläufig zur Pumpe angetrieben wird, nimmt eine Bremsleistung auf, die je nach der Konstruktion des Wandlers (eine oder mehrere Turbinen pro Wandler) einem Mehrfachen der von der Antriebsmaschine erzeugten Stützleistung entspricht. Bei einem derartigen Bremsvorgang wird im Wandler die Brems- und die Stützleistung in Wärme umgesetzt, welche gefahrlos für den Wandler und ohne zu grosse Überhitzung des Hydrauliköles (in der Folge "Öl" genannt) abgeführt werden muss.
Die'Austragung der Wärme aus dem Wandler erfolgt nun so, dass ständig Öl aus dem Ölsumpf durch eine Pumpe (Füllpumpe genannt) in den Wandler gedrückt wird, von wo das aufgeheizte Öl durch kleine Löcher wieder in den Sumpf zurückfliesst. Die Füllpumpe fördert das Öl ausser in den Wandler auch paralleldazuinden Wärmetauscher oder Ölkühler. Das rückgekühlte Öl fliesst wieder dem Ölsumpf zu. Diese Ölverteiltmg entsprichtdem Betriebszustand eines gefüllten Wandlers. Will man die Kraftübertragung lösen, so sperrt ein Kolbenschieber (Hauptsteuerkolben) den Wandlerzufluss ab und öffnet gleichzeitig den Wandlerauslass, aus welchem das Öl in den Ölsumpf abfliesst.
Dieses Steuersystem, bei dem der Hauptsteuerkolben für jeden Wandler zwei Stellungen ("Entleert" und "Gefüllt") besitzt, ist bekannt und für normalen Wandlerbetrieb - ohne die Möglichkeit zum Bremsen - am zweckentsprechendsten. Wird jedoch der Wandler auch zum hydraulischen Bremsen herangezogen, hat dieses Steuersystem den Nachteil, dass keine besonders grosse Bremsleistung in Form von Wärme abgeführt werden kann, da die Durchflussmenge gleich bleibt und die Wandler-Öltemperatur nur bis zur für das Öl zulässigen Höchsttemperatur gesteigert werden kann. Auch der Ölkühler ist bei diesem Steuersystem nicht in der Lage, eine höhere Wärmemenge abzuführen, denn auch für diesen bleibt die Öldurchflussmenge und die zur Verfügung stehende Temperaturdifferenz gleich.
Diesen Schwierigkeiten begegnet die Erfindung. Dieselbe betrifft, wie bereits der Titel sagt, ein Steuersystem für hydraulische Getriebe mit einem oder mehreren Wandlern, bei denen die Wandler auch zum Bremsen verwendet werden, welches gekennzeichnet ist durch Steuerventilen zugeordnete Steuerkol-
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ben mit drei Stellungen, die den Betriebsstellungen "Entleert", "Fahrt" und "Bremsung" entsprechen, wo- bei in der Stellung"Fahrt"die Füllpumpe durch das Steuerventil einerseits mit den Wandlern und anderseits parallel dazu mit dem Ölkühler verbunden ist und in der Stellung "Bremsung" dagegen die Füllpumpe nur mit dem Wandler und dieser Wandler mit dem Ölkühler in Serie geschaltet ist. An sich ist es zwar bereits bekannt, das gesamte Öl von der Pumpe zuerst in den Wandler und von dort in den Ölkühler zu leiten.
Gemäss einer bevorzugten konkreten Ausführungsform des Steuersystems nach der Erfindung ist dieses dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungsraum des Steuerkolbens in der Stellung "Entleert" den der Ölpumpe zugeordneten Kanal mit dem dem Kühler zugeordneten Kanal und ein weiterer Verbindungsraum des Steuerkolbens den dem Wandlerauslass zugeordneten Kanal mit dem dem Ölsumpf zugeordneten Kanal verbinden, dass ferner in der Stellung "Fahrt" der erstgenannte Verbindungsraum den der Ölpumpe zuge-
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zugeordneten Kanal als auchmitdem dem Wandlereinlass zu-raum die dem Kühler und dem Wandlerauslass zugeordneten Kanäle miteinander verbinden.
Das gleiche Steuersystem, jedoch für Mehrwandlergetriebe, ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeich- net, dass jedem Wandler ein eigener Steuerkolben zugeordnet ist, der in der Stellung "Entleert" den der Ölpumpe zugeordneten Kanal versperrt.
Die Vorteile dieser Schaltung sind, dass einerseits diebewährte Ölaufteilung bei den Betriebsstellungen"Entleert"und"Fahrt"gleich der bekannten bleibt, anderseits aber in der Betriebsstellung "Bremsung" die beim Bremsvorgang anfallende grosse Wärmemenge durch erhöhten Durchfluss von öl durch den Wandler leicht abgeführt werden kann. Ausserdem strömt das Öl in dieser Stellung mit der Wandlertemperatur (höchstzulässige Öltemperatur) dem Ölrückkühler zu, wodurch dem Ölrückkühler ein höheres Wärmegefälle zur Verfügung steht.
Mit diesem Steuersystem ist es möglich, jeden Wandler ohne besonderen konstruktiven Aufwand, wie z. B. grössere Füllpumpe, zum Bremsen heranzuziehen, wobei die Bremsleistung wesentlich grösser als die Verlustleistung sein kann, für die der Wandler bei normalem Betrieb ausgelegt ist. Der Ölkünler kann eben- falls für normalen Betrieb bemessen sein, da die grosse Bremswärme während der Bremsung durch erhöhtes Wärmegefälle im Ölkühler abgeführt wird. Die automatisch verstellbare Drossel in der vom Wandlerauslass zum Ölkühler führenden Leitung, schützt den Wandler und das Öl vor unzulässig hohen Temperaturen.
Die Zeichnungen zeigen zwei Anwendungsbeispiele des erfindungsgemässensteuersystems. Fig. l stellt im Schema eine Hauptsteuerung für ein Einwandlergetriebe, Fig. 2eine solche füreinMehrwandlergetrie- be dar. Die Fig. 3 und 4 zeigen ein Leitungsschema für ein Zweiwandlergetriebe in verschiedenen Wandler-Schaltstellungen.
Die Fig. la-1c stellen die Hauptsteuerung dar, wie sie bei einem Einwandler-Getriebe zweckmässig und vorteilhaft ausgebildet wird :
Der Hauptsteuerkolben 1 gleitet in einer Büchse 2, die im Gehäuse 3 der Hauptsteuerung mit den einzelnen Ölzulauf-und-Ablasskanälen eingesetzt ist. Die Kanäle sind durch Löcher in der Büchse 2 mit den Verbindungsräumen l'bzw. 1" des Kolbens 1 verbunden. Je nach der Stellung des Kolbens 1 werden die einzelnen Kanäle verschieden miteinander verbunden.
Die Fig. la zeigt den Kolben in der Stellung"Entleert". In dieser Stellung kann das Öl von der Füllpumpe, die mit dem Ringkanal 4 verbunden ist, über den Verbindungsraum l'des Kolbens in den Ringkanal 5 strömen, der mit dem Ölkühler in Verbindung steht. Gleichzeitig ist der Wandlerauslass (Ringkanal 6) über den Verbindungsraum 1" mit dem Ringkanal 7, der mit dem Ölsumpf in Verbindung steht, verbunden. In dieser Kolbenstellung kann also das Öl aus dem Wandler in den Ölsumpf abströmen, aber von der Füllpumpe kann kein Öl über den Ringkanal 8 (Wandlereinlass) in den Wandler strömen. Der Kanal 9 ist für die Belüftung des Wandlers notwendig.
Fig. lb zeigt den Hauptsteuerkolben 1 in der Betriebsstellung "Fahrt". In dieser Stellung strömt, wie ersichtlich, das Öl vom Ringkanal 4 zu den Ringkanälen 5und 8. Der Wandlerauslass, verbunden mit Ring- kanal 6 ist dabei durch den Kolben abgesperrt.
Fig. lc zeigt die Kolbenstellung"Bremsung". In dieser Stellung strömt das gesamte Öl von der Füll- pumpe über den Wandlereinlass 8 in den Wandler, während über die Kanäle 6 und 5 das Öl ausdem Wand- ler in den Ölkühler strömt.
Fig. 2a lässt wieder die Kolbenstellung"Entleert", Fig. 2b die Kolben. stellung "Fahrt" und Fig. 2c die
Kolbenstellung "Bremsung" erkennen. Diese Kanalanordnung ist für Mehrwandlergetriebe vorteilhafter und unterscheidet sich von der Anordnung in Fig. l nur dadurch, dass der Kanal 5, der mit dem Ölkühler in
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Verbindung steht, in der Kolbenstellung"Entleert"versperrt ist.
Diese Anordnung erspart in der Verbindungsleitung zwischen Kanal 5 und dem Ölkühler ein Rückschlagventil. Würden in der Stellung "Entleert", wie bei Fig. l, die Kanäle 4 und 5 in Verbindung stehen, würde das Öl von der Füllpumpe über den entleerten Wandler in den Ölkühler strömen, ohne dass es gezwungen wäre, durch einen zweiten, eventuell in Betrieb befindlichen Wandler durchzuströmen.
Die Fig. 3 zeigt das Leitungsschema bei einem Zweiwandler-Getriebe, worin der Wandler 10a entleert ist und der Wandler 10b sich in Bremsstellung befindet. Die Füllpumpe 11 fördert das Öl über die Druckleitung 12 in den Wandler lOb, von wo es wieder über die Hauptsteuerung und über die Leitung 13 mit
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Da der dem Wandler 10a zugeordnete Kolbenabschnitt la die Hauptsteuerkanäle 6 und 7 des Wandlers 10a durch den Ringraum l"miteinander verbindet, wird der Wandler 10a entleert.
Die Fig. 4 zeigt ein Leitungsschema für die gleiche Getriebeé1110rulluug, uui uefindet sich hiebei der Wandler 10a in Leerlaufstellung und der Wandler l Ob in der Betriebsstellung "Fahrt". Dabei wird dem Wandler lOb das Öl von der Füllpumpe 11 über die Druckleitung 12 und die Wandlereinlassleitung 20 zugeführt. Die Wandlerauslassleitung 19 ist gesperrt, und es fliesst nur ein kleiner Teil des Öles durch die bereits beschriebenen kleinen Löcher zwecks Wärmeaustragung in den Ölsumpf zurück.
Da bei einem Zweiwandler-Getriebe immer ein Wandler in der Stellung "Entleert" ist . man aus den Fig. 3 und 4 die Notwendigkeit erkennen, dass in der Stellung"Entleert"der Hauptsteuerungskanal 5 durch den Kolben 1 versperrt sein muss. Die Drossel 21 ist erforderlich, damit immer eine kl2il1e Ölmenge von der Füllpumpe in den Ölrückkühler gefördert wird, auch wenn beide Wandler entleert sind, wenn von beiden Hauptsteuerungen der Hauptsteuerkanal 5 versperrt ist. Dies ist notwendig, um bei ausgeschalteter hydraulischer Kraftübertragung das Öl im Ölsumpf zu kühlen. (Erwärmung durch die Schmierstellen.)
PATENTANSPRÜCHE :
1.
Steuersystem für hydraulische Getriebe mit einem oder mehreren Wandlern, bei denen die Wandler auch zum Bremsen verwendet werden, gekennzeichnet durch Steuerventilen zugeordnete Steuerkol-
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"Entleert", "Fahrt" und "Bremsung" entsprechen,"Bremsung" dagegen die Füllpumpe nur mit dem Wandler und dieser Wandler mit dem Ölkühler in Serie ge- schaltet ist.
2. Steuersystem nach Anspruchl, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungsraum (1') des Steuerkolbens (1) in der Stellung "Entleert" den der Ölpumpe (11) zugeordneten Kanal (4) mit dem dem Kühler (15) zugeordneten Kanal (5) und ein weiterer Verbindungsraum (l") des Steuerkolbens den dem Wandlerauslass (19) zugeordneten Kanal (6) mit dem dem Ölsumpf (17) zugeordneten Kanal (7) verbinden, dass ferner in der Stellung "Fahrt" der erstgenannte Verbindungsraum (1') den der Ölpumpe zugeordneten Kanal (4) sowohl mit dem dem Kühler zugeordneten Kanal (5) als auch mit dem dem Wandlereinlass (20) zugeordneten Kanal (8) unter Aufhebung der Verbindung zwischen den dem Wandlerauslass und dem Ölsumpf zugeordneten Kanälen (6) und (7)
verbindet und dass endlich in der Stellung"Bremsung"der erstgenannte Verbin- dungsraum (l') dieder Ölpumpe und dem Wandlereinlass zugeordnete Kanäle (4) und (8) und der zweitgenannte Verbindungsraum (l") die dem Kühler und dem Wandlerauslass zugeordneten Kanäle (5) und (6) miteinander verbinden (Fig. la-c).