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Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit Pumpenrad, Turbinenrad und
Leitrad sowie einer Turbinenwelle, welche Teile innerhalb eines einen Arbeitsraum einschliessenden umlaufenden
Wandlergehäuses angeordnet sind, wobei das Turbinenrad über eine Kupplung mit der Turbinenwelle gekoppelt ist und Turbinen-, Pumpen- und Leitrad jeweils mit wenigstens einem Schaufelring versehen sind und dass
Steuerkanäle zur Zu- bzw. Abfuhr von Hydraulikflüssigkeit zu der Kupplung vorgesehen sind.
Bei einem Drehmomentwandler mit einem umlaufenden Wandlergehäuse muss, wenn er z. B. mit einem synchronisierten Schaltgetriebe oder einem Klauen-Wendegetriebe zusammenwirken soll, die Möglichkeit gegeben sein, dass eine zwischen der Antriebseite und der Abtriebseite der betreffenden Kraftübertragung vorgesehene
Reibungskupplung gelöst werden kann. Normalerweise sind solche Trennkupplungen in der betreffenden
Getriebekette entweder vor oder hinter dem Drehmomentwandler angeordnet. Solche Trennkupplungen wurden auch bereits innerhalb des umlaufenden Wandlergehäuses angeordnet.
In den Fällen, wo die Trennkupplungen innerhalb der umlaufenden Gehäuse angeordnet sind, handelt es sich um komplette servobetätigte Kupplungen, bei denen der Nachteil zutage tritt, dass es nicht möglich ist, im entkuppelten Zustand die
Drehmomentübertragung von der Primärseite auf die Welle der Abtriebseite in ausreichendem Masse zu verhindern. Ausserdem ist hiebei das Trägheitsmoment der Abtriebseite zu hoch. Weiterhin sind derartige
Anordnungen in nachteiliger Weise kompliziert, weil zusätzliche umlaufende Anschlüsse vorgesehen sein müssen, über die dem Servoantrieb der Kupplung Drucköl zugeführt wird.
Es hat sich bei derartigen Konstruktionen als unmöglich erwiesen, sowohl das Trägheitsmoment der Abtriebswelle im ausgekuppelten Zustand als auch die
Grösse des im ausgerückten Zustand verbleibenden restlichen übertragenen Antriebsdrehmoments auf so geringe
Werte zu bringen, dass eine Zusammenwirkung eines derartigen Drehmomentwandlers mit einem schaltbaren
Synchrongetriebe auch dann möglich ist, wenn das Getriebe nicht mit verstärkten Synchronisiereinrichtungen ausgerüstet ist, welche verstärkten Synchronisiereinrichtungen eine weitere nachteilige Komplizierung bedeuten.
Die bekannten Kraftübertragungen, bei denen die Trennkupplung innerhalb des umlaufenden Wandlergehäuses angeordnet ist, sind sowohl kompliziert als auch teuer und arbeiten im Betrieb nicht zufriedenstellend. Man sieht daher bislang normalerweise die Trennkupplung als eine gesonderte Einheit vor, die ausserhalb des
Drehmomentwandlers entweder auf der Primärseite oder der Sekundärseite der Kraftübertragung angeordnet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehmomentwandler der in Rede stehenden Art zu schaffen, der von einfacher Konstruktion und billig herstellbar sein soll und, ungeachtet seines einfachen
Aufbaus, nur ein Mindestmass an bei ausgerückter Trennkupplung verbleibendem restlichem Drehmoment und ein
Mindestmass an Trägheitsmoment der Abtriebswelle bei ausgerückter Trennkupplung aufweisen, so dass der erfindungsgemässe Drehmomentwandler universell anwendbar ist, beispielsweise in direkter Verbindung mit üblichen vorhandenen Synchron-Schaltgetrieben verwendet werden kann und hiebei gleichzeitig nach dem Ausrücken der Trennkupplung und dem Gangwechsel beim Schaltgetriebe, was bei einem Mindestwert an verbliebenem Drehmoment und einem Mindestmass an Abrieb der Friktionsflächen erfolgt, als wieder einrückende Kupplung dienen kann.
Dieser geringe Abrieb gewährleistet eine sichere Funktion über lange Betriebszeiträume, auch wenn der Drehmomentwandler rauher Behandlung ausgesetzt oder in einer Hochleistungs-Kraftübertragung eingesetzt ist, bei der bei hohen Eingangsdrehzahlen eine hohe Anzahl von Schaltvorgängen pro Zeiteinheit durchgeführt werden müssen.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Turbinenrad auf einer zur Turbinenwelle konzentrischen Achse frei drehbar gelagert ist, wobei lediglich das Turbinenrad über die Turbinenwelle ein Drehmoment aus dem Arbeitsraum ableitet, dass die Turbinenwelle eine mit ihr drehfest verbundene Scheibe trägt und wenigstens ein Schaufelring des Turbinenrades mit der Scheibe die Kupplung bildet, wobei die Kupplung durch wechselweises Schliessen bzw. öffnen der Steuerkanäle, wodurch zwischen den beiden Kupplungsseiten Druckdifferenzen hervorgerufen werden, schliess-bzw. offenbar ist.
Vorzugsweise bildet die mit der Turbinenwelle drehfest verbundene Scheibe mit dem Pumpenrad bzw. dem Wandlergehäuse eine zweite Kupplung, die wie die erste Kupplung schliess bzw. öffenbar ist.
Bei dem erfindungsgemässen Drehmomentwandler läuft die Hydraulikflüssigkeit mit der Antriebsseite um, und wenn das Turbinenrad mit der Turbinenwelle gekuppelt ist, dann wird durch die Hydraulikflüssigkeit ein Drehmoment auf die Abtriebswelle übertragen. Dies kann bei bestimmten Anwendungsarten ein wünschenswertes Merkmal darstellen, z. B. bei Anwendungen, wo eine hohe Antriebsleistung einem vergleichsweise geringen Gewicht des betreffenden Fahrzeuges gegenübersteht und wo die Spitzengeschwindigkeit hoch ist. Die erfindungsgemässe Ausbildung ist grundsätzlich auch für Drehmomentwandler vorteilhaft, die nur ein Turbinenrad aufweisen.
Im Gegensatz hiezu sind die bekannten Konstruktionen im wesentlichen nur für hohe Drehmomentübersetzung geeignet und für die Fälle, wo es sich um Wandler handelt, bei denen Turbinenrad und Pumpen einander entgegengesetzt umlaufen.
Der erfindungsgemässe Drehmomentwandler erlaubt häufiges Einrücken und Ausrücken ohne Überhitzung und übermässigen Verschleiss auch in den Fällen, wo mit Höchstgeschwindigkeit gefahren wird. Ausserdem ist die Fernsteuerung noch einfacher, als es bei den bekannten Wandlern mit ausrückbarer Pumpe der Fall ist. In Verbindung mit eineinhalbstufiger Ausbildung des Drehmomentwandlers lässt sich eine besonders einfache, wirksame und billige Kraftübertragung schaffen, die grosse Sicherheitsreserven gegen unsachgemässe Behandlung aufweist.
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Bei Ausbildung als eineinhalbstufiger Drehmomentwandler, der mit einem Synchron-Schaltgetriebe zusammenwirkt, kann eine beispielsweise für einen Personenkraftwagen, einen Lieferwagen od. dgl. geeignete
Kraftübertragung geschaffen werden, bei der ein bequemer Fahrbetrieb bei einer kleinen Anzahl erforderlicher
Schaltvorgänge gewährleistet ist und eine erhöhte Fahrsicherheit auf vereisten Strassen und die Möglichkeit, den Motor als Bremse einzusetzen, gegeben sind. Bei andern Anwendungen, beispielsweise als Antrieb für einen Schlepper, kann das Einrücken und Ausrücken bei mit Höchstdrehzahl laufendem Motor erfolgen, so dass sich Steuer- und Bedienungserleichterungen ergeben, und, ohne dass eine Erhöhung der Motorleistung erforderlich wäre, eine Abkürzung der Arbeitszyklen erreicht wird.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert. Es zeigen : Fig. 1 einen bekannten Drehmomentwandler, von dem die Erfindung ausgeht, im Schnitt, Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäss ausgebildeten Wandlers im Schnitt, Fig. 3 einen der Fig. 2 entsprechenden Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel, Fig. 3a einen abgebrochenen, der Fig. 3 entsprechenden Schnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel, Fig. 4 eine abgebrochen gezeichnete Draufsicht auf ein Einweg-Überdruckventil für die Verwendung bei den Ausführungsbeispielen gemäss Fig. 2, 3 oder 3a ; Fig. 5 und 6 schematisch die Steuerung der erfindungsgemässen Drehmomentwandler nach der Fig. 2 bzw. 3.
Wie aus den Fig. 1 und 3 ersichtlich, weist der eineinhalbstufige Drehmomentwandler von bekannter Konstruktion einen feststehenden, für die Verschraubung mit einem feststehenden Gehäuse, das nicht gezeigt ist, vorgesehenen Flansch --2-- auf. An den stationären Flansch --2-- schliesst sich als in den Zeichnungen nach links ragender Fortsatz eine Hülse-4-an. Eine Turbinenwelle --6-- ist in dem stationären Flansch - mittels eines Lagers --8-- drehbar gelagert, und ein umlaufendes Wandlergehäuse --10-- des Drehmomentwandlers ist auf der Hülse --4-- mittels eines Lagers --12-- gelagert. Das Wandlergehäuse - ist ausserdem in einem Schwungrad --56-- gelagert.
Das umlaufende Wandlergehäuse --10-- weist eine Verzahnung --14-- für den Antrieb von Zusatzaggregaten sowie eine Manschette --16-- für eine Lippendichtung auf. Das umlaufende Gehäuse --10-- trägt ausserdem Pumpenschaufeln--18--und umgibt ein Leitrad--20--, das entweder wie in Fig. 2 auf einem Freilauf --22-- gelagert und auf der rechten Seite durch einen Ring --24-- und auf der linken Seite durch einen Ring--25--axial gesichert ist oder wie in den Fig. 1 und 3 mit dem Flansch--2-fest verbunden ist. Ein Turbinenrad--30--mit Schaufeln--32--und einem inneren Kernring--34--ist links von dem durch die schaufeln --18-- gebildeten Pumpenrad innerhalb des Wandlergehäuses angeordnet.
Der stationäre Flansch --2-- weist zwei Steuerkanäle --36 und 38-- für Hydraulikflüssigkeit auf. Der andere Steuerkanal --38-- ist über den Innenraum der Hülse-4-- in direkter Verbindung mit einem Arbeitsraum--40--, und der eine Steuerkanal --36-- steht über Durchbrüche --42-- und eine Bohrung --44-- in der Turbinenwelle--6--, die durch Dichtungsringe --46-- zwischen dem stationären Flansch
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und- 36 und 38-stattfinden kann. Bei dieser Anordnung fliesst Flüssigkeit normalerweise durch den andern Steuerkanal --38-- ein und wird durch den einen Steuerkanal --36-- abgegeben. In dem abgebenden Steuerkanal sollte ein Überdruckventil angeordnet sein, um einen Basisdruck in dem System sicherzustellen.
Die Turbinenwelle --6-- ist an ihrem vorderen Ende in dem umlaufenden Gehäuse-10-mittels eines Lagers --54-- drehbar gelagert.
Wenn das Gehäuse-10-umläuft, wird die Flüssigkeit in dem Arbeitsraum --40-- durch die
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Drehmomentvervielfachung oder -übersetzung ermöglicht wird. In andern Worten, es findet eine Drehmomentwandlung statt, und wenn die Leitschaufeln freilaufend sind, dann existiert ein Übertragungsbereich, in dem kein negatives Drehmoment der Leitschaufeln gegeben ist.
Die Leitschaufeln können jedoch auch bei einigen Formen derartiger Drehmomentwandler dauernd stillstehend gehalten werden.
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selbstzentrierende Anordnung erreicht wird, weil Vorsprünge, die paarweise diametrisch zueinander in den Schlitzen angeordnet sind, eine im rechten Winkel zu ihrer Verbindungslinie wirksame Führung bilden und Vorsprünge, die im rechten Winkel zu dem eben betrachteten Paar von Vorsprüngen angeordnet sind, ebenfalls eine senkrecht zu ihrer Verbindungslinie wirksame Führung bilden.
Bei dieser Kupplungsform wird daher unabhängig von der radialen Stellung der Vorsprünge in den Schlitzen eine richtige Zentrierung erhalten, wobei gleichzeitig durch den elastischen Werkstoff die Torsionsschwingungen zwischen dem umlaufenden Gehäuse - und dem Antrieb desselben gedämpft werden, was im ausgerückten Betriebszustand und im Betriebszustand der direkten Kupplung erforderlich ist.
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--203-- im Zwischenraum --50-- zwischen Turbinenrad --T-- und--204--, am radial aussen gelegenen Ende einer sich radial erstreckenden Scheibe--206--, die auf der Turbinenwelle --6-- über eine Keilverbindung--31--angeordnet ist, gebildet wird.
Zwischen dem Turbinenrad--T--und der Hülse --4-- befindet sich eine Abdichtung in Form eines Kolbenringes - -208--. Die Turbine --30-- weist auch ein Überdruckventil --210-- auf, das, wie am besten aus Fig. 4 ersichtlich ist, aus einer Blattfeder--212--gebildet ist, die durch eine Schraube--214--an der Turbine --30-- befestigt ist und die Bohrungen --216-- in der Turbine --30-- überdeckt.
Wenn Hydraulikflüssigkeit durch den andern Steuerkanal--38--eintritt, dann wird das Turbinenrad --T-- selbsttätig von der Scheibe --206-- der Turbinenwelle --6-- entkuppelt, da die Flüssigkeit zwischen der Scheibe --206-- und dem Turbinenrad-T-hindurchtreten muss und zwischen den Kupplungsflächen--202 und 204--hindurchströmen muss, wobei das Turbinenrad--T--in Fig. l nach rechts gedrückt wird, wobei die Kupplungsflächen --202 und 204--voneinander getrennt werden. Hiebei findet eine sehr kleine oder völlig vernachlässigbare Drehmomentaufnahme des umlaufenden Gehäuses statt, insbesondere wenn das Leitrad mit Freilauf ausgestattet ist.
Bei einer geeigneten Formgebung der Schaufel ist dies jedoch auch dann der Fall, wenn das Leitrad dauernd stillsteht, wie dies bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. l der Fall ist.
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angeordnet ist.
Die Flüssigkeit tritt durch den einen Steuerkanal--36--aus. Wird die Zirkulationsrichtung der Flüssigkeit umgekehrt, indem man ein normales Fünfwegventil umschaltet, dann tritt die Hydraulikflüssigkeit durch den andern Steuerkanal--36--, die Durchbrüche --42-- und die Bohrung--44--und die Durchbrüche --48-- ein und fliesst zwischen dem umlaufenden Gehäusxe --10-- und der Scheibe--206-- der Turbinenwelle--6--, die die Kupplungsfläche--204--trägt, hindurch und strömt in den Arbeitsraum
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Reibungskupplung--203--hindurchzutreten,--T-- aufgebaut, wodurch ein entsprechender Druck in dem Arbeitsraum --40-- aufgebaut wird, durch den die Kupplungsflächen --202 und 204--in eingerückter Lage gehalten werden.
Danach fliesst die Flüssigkeit über das Überdruckventil --210-- und den andern Steuerkanal --38-- ab. Hiebei ergibt sich der Betriebszustand "hydraulische Kraftübertragung".
Ein Drehmomentwandler, wie er vorstehend beschrieben und in Fig. 1 gezeigt ist, der mit einer Trennkupplung--203--der beschriebenen Art ausgerüstet ist, kann in Verbindung mit einem normalen Synchron-Schaltgetriebe verwendet werden und weist alle Merkmale auf, die auch bei üblichen derartigen Kraftübertragungen, bei denen ausrückbare Pumpensysteme Anwendung finden, vorhanden sind, abgesehen davon, dass das Drehmoment der Turbine bei der hier beschriebenen Lösung über die durch die Kupplungsflächen --202 und 204--gebildete Reibungskupplung--203--übertragen wird und dass die Turbinenwelle eine sehr geringe, nicht durch das Turbinenrad--T--belastete Masse besitzt.
Die Einrichtungen zum Einrücken und Ausrücken sind bei dem hier beschriebenen Drehmomentwandler, bei dem das Turbinenrad ausrückbar ist, ausserdem einfacher im Vergleich mit dem entsprechenden System bei einem Drehmomentwandler mit einer ausrückbaren Pumpe.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Konstruktion dahingehend weiterentwickelt, dass eine Verriegelungsmöglichkeit, d. h. die Möglichkeit, einen sogenannten Direktantrieb zu erhalten, gegeben ist.
Fig. 2 unterscheidet sich von Fig. 1 in zwei wesentlichen Punkten. In erster Linie ist die Scheibe--206--
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und 204--zwischen der Scheibe--206--und dem Turbinenrad--T--zusätzlich auch Kupplungsflächen --310 und 312--zwischen der Scheibe--206--und dem umlaufenden Wandlergehäuse--10-- vorgesehen, die zusammen eine zweite Reibungskupplung--311--bilden.
Wie auch in dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 ist das Turbinenrad--T--relativ zu dem umlaufenden Gehäuse --10-- bewegbar, um die hydraulische Kraftübertragung ein- oder auszuschalten.
Wie in Fig. 2 gezeigt, ist das Leitrad --20-- mittels einer Freilaufeinrichtung-22-auf der Hülse
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- 4-- angeordnet, die wieder starr mit dem stationären Flansch --2-- verbunden ist. Auf Grund dieser Anordnung kann das Leitrad--20--sich in einer Drehrichtung frei relativ zu dem Flansch--2--drehen. Dies mag in manchen Fällen notwendig oder vorteilhaft sein, ist jedoch nicht in allen Fällen erforderlich, selbst wenn der Drehmomentwandler eine Einrichtung für direkte Kraftübertragung hat.
Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel kann das Leitrad --20-- fest an der Hülse --4-- des feststehenden Flansches --2-- angebracht sein, und dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung kann in Verbindung mit einem Schaufelsystem verwendet werden, das so geformt ist, dass bei einem Verhältnis zwischen der Ausgangsdrehzahl n2 und der Eingangsdrehzahl ni, das ungefähr eins beträgt, nur eine äusserst geringe Drehmomentabsorption stattfindet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Leitrad --20-- stationär,
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Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung tritt nur eine kleine Menge Hydraulikflüssigkeit durch den andern Steuerkanal--38--ein, wenn die hydraulische Kraftübertragung unterbrochen werden soll. Diese Flüssigkeit tritt dann durch den einen Steuerkanal --36-- wieder aus, nachdem sie zwischen dem Turbinenrad --T-- und der Scheibe --206-- hindurchgeströmt und zwischen den Kupplungsflächen --202 und 204-hindurch und dann zwischen den Kupplungsflächen --310 und 312-- sowie durch Durchbrüche oder Schlitze in den Federn--302--sowie die Durchbrüche, Bohrungen und Kanäle --42 bzw. 44 bzw. 48-hindurchgetreten ist.
Wenn Hydraulikflüssigkeit in grösseren Mengen durch den einen Steuerkanal--36-eintritt, fliesst sie durch die Durchbrüche-42-, die Bohrung --44-- und die Durchbrüche-48-und dann zwischen dem umlaufenden Gehäuse --10-- und der Scheibe --206-- der Turbinenwelle --6-hindurch, zwischen den Kupplungsflächen --310 und 312-hindurch und tritt in den Arbeitsraum-40ein.
Beim Eintritt in den Arbeitsraum --40-- versucht die Hydraulikflüssigkeit zunächst zwischen den
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--40-- undScheibe --206-- der Turbinenwelle, so dass dadurch die aus den Kupplungsflächen --202 und 204-gebildete Kupplung --203-- einrückt. Die Hydraulikflüssigkeit verlässt dann durch das Überdruckventil --210-- und den andern Steuerkanal --38-- den Wandler. Hiebei ergibt sich sowohl der Betriebszustand "Hydraulischer Antrieb" als auch eine Zirkulationsströmung für Kühlzwecke.
Wird die Richtung der Zirkulationsströmung umgekehrt, so dass die Hydraulikflüssigkeit durch den andern Steuerkanal --38-- eintritt, strömt sie zwischen dem Turbinenrad-T-und der Scheibe --206-- der
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--6-- hindurchFedern--302--hindurchzutreten, wobei ein Druckabfall stattfindet, der bewirkt, dass die Kupplungsflächen - 310 und 312-miteinander in Anlage kommen und dass durch den Druck in dem Arbeitsraum-40somit derBetriebszustand "Direktantrieb" zustande kommt. In diesem Betriebszustand ist keinerlei Zirkulation durch den Arbeitsraum hindurch erforderlich, nachdem der Betriebszustand "Direktantrieb" zustande gekommen ist.
Daher kann das Überdruckventil an der Druckleitung vorgesehen sein, die mit dem zur Steuerung des Flusses der Hydraulikflüssigkeit dienenden Fünfwegventil verbunden ist. Alternativ könnte ein ähnliches Überdruckventil, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, an der Scheibe --206-- der Turbinenwelle --6-- vorgeschen sein, um eine vorbestimmte Eindrückkraft zwischen dem umlaufenden Gehäuse --10-- und der Scheibe --206-- der Turbinenwelle--6--aufrecht zu erhalten. Nachfolgend werden die drei Strömungswege beschrieben, bei denen sich hydraulischer Antrieb bzw.
Direktantrieb oder, falls es gewünscht wird, eine Unterbrechung der Drehmomentübertragung ergibt, so dass ein Gangwechsel vorgenommen werden kann, falls die Turbinenwelle mit einem Synchron-Schaltgetriebe verbunden ist, oder dass ein Probelauf des Antriebsmotors stattfinden kann od. dgl.
Fig. 5 zeigt schematisiert ein Fernsteuersystem für den Drehmomentwandler gemäss Fig. 1. Dieses System weist eine Speisepumpe --602-- für Hydraulikflüssigkeit, ein Überdruckventil-604--, ein Fünfwegventil
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-606--,- bezeichnetes, die Teile-212 bis 216-des Überdruckventils-210-, das in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurde, aufweisendes Ventil --614-- auf.
Das Fünfwegventil-606-wird normalerweise durch eine Feder --616-- in einer rechts gelegenen Stellung gehalten, kann jedoch durch einen Luft-Servokolben--618--mittels Druckluft, die von dem Fernsteuerventil--612--her zugeführt wird, wenn dieses in die Betriebsstellung "Antrieb" geschaltet wird, aus der rechts gelegenen Stellung in eine links gelegene Stellung verstellt werden. In der Stellung "Neutral" (N) strömt die Druckluft vom Servokolben--618--durch das Fernsteuerventil--612--aus und die Hydraulikflüssigkeit, die von der Speisepumpe --602-- zugeführt wird, tritt durch die mit dem andern Steuerkanal --38-- verbundene Rohrleitung in diesen ein.
Der grösste Teil der in dieser Rohrleitung befindlichen Hydraulikflüssigkeit strömt durch das Überdruckventil-610-, das bereits bei geringen Drücken
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öffnet, in den Pumpenstumpf der Speisepumpe zurück, um Verluste so klein wie möglich zu halten. In dieser Schaltstellung tritt die Hydraulikflüssigkeit zwischen dem Turbinenrad--T--und der Scheibe--206--der Turbinenwelle ein, wodurch das Turbinenrad von der Turbinenwelle entkuppelt wird, und strömt durch den einen Steuerkanal--36--und die zu dem Fünfwegventil führende Rohrleitung, die in dieser Betriebsstellung offen ist, in den Sumpf der Speisepumpe zurück.
Wird das Fernsteuerventil-612-von der Stellung "Neutral" in die Stellung "Antrieb" übergeführt, dann drückt der Servokolben--618--den Ventilkörper des Fünfwegventils--606--in die links gelegene Stellung, was zur Folge hat, dass Hydraulikflüssigkeit von der Speisepumpe --602-- durch die mit dem Kanal --36-- verbundene Rohrleitung zugeführt wird, so dass die Hydraulikflüssigkeit durch die Durchbrüche
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--48-- in--40-- strömt. Auf Grund des Strömungswiderstandes zwischen den Kupplungsflächen--202 und 204-strömt die Druckflüssigkeit an diesen Teilen vorbei und durchströmt auf ihrem Weg zu dem andern Steuerkanal --38-- den Arbeitsraum--40--,
so dass das Turbinenrad--T--nach links bewegt wird und die durch die Kupplungsflächen--202 und 204--gebildete Kegelkupplung--203--eingerückt wird. Um den andern Steuerkanal--38--zu erreichen, muss die Flüssigkeit das Überdruckventil--614-- (Fig.
6) passieren, wodurch sichergestellt wird, dass ein vorbestimmter Druckunterschied zwischen der Kammer, die durch das Turbinenrad--T--und die Scheibe--206--der Turbinenwelle und der mit dieser zusammenhängenden Kupplungsfläche --204-- gebildet wird und dem Arbeitsraum--40--vorhanden ist, und diese Druckdifferenz bewirkt, dass die Reibungskupplung--203--geschlossen wird, so dass sich das Turbinenrad
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--606-- hindurchWärmetauscher--608--verbundenen Rohrleitung und dann vom Wärmetauscher in den Sumpf der Speisepumpe --602-- zurück.
Bei dem beschriebenen Wandler wird die volle Menge der Speiseflüssigkeit dazu benutzt, um die Kraftübertragung des Drehmomentwandlers einzurücken oder auszurücken. Daher kommt die Kupplungsverbindung schnell und fest zustande. Auf Grund der Tatsache, dass das Überdruckventil--614 oder 210--, wie es in Fig.
1 beziffert ist, in dem Turbinenrad--T--angeordnet ist, was wieder einen Teil einer Servoeinrichtung bildet, ist es vermieden, dass ein Druckstoss auftritt, weil das Überdruckventil eine sehr kleine Masse aufweist und ohne Verzögerung öffnet, so dass es die Funktion erfüllt, sicherzustellen, dass ein Höchstwert des Druckunterschiedes zu beiden Seiten des Kolbens nicht überschritten wird, indem man die Zirkulationsrichtung der Hydraulikflüssigkeit umkehrt, die gesamte Menge der zirkulierenden Speiseflüssigkeit zwischen den beiden Kupplungsflächen --202 und 204--, was ermöglicht, das Einrücken und Ausrücken der hydraulischen Kraftübertragung mit sehr kurzen Intervallen vorzunehmen, auch wenn die Primärseite, d. h. das Pumpenrad--P--, mit Höchstdrehzahl läuft.
Auch in diesem Fall tritt kein Druckstoss auf, weil durch die Kupplung des Turbinenrades--T--mit der Turbinenwelle --6-- eine Flüssigkeitszirkulation im Arbeitsraum
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wird, so dass keine Gefahr besteht, dass Kupplungsstösse auftreten, dass jedoch der Aufbau des Drehmoments sehr rasch erfolgt, weil die Hydraulikflüssigkeit sich vor dem Einkuppelvorgang bereits mit der Primärseite des Wandlers im Umlauf befindet.
Wird das Turbinenrad--T--entkuppelt, dann wird, dies ist ein weiteres wesentliches Merkmal der
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möglich macht, dass bei der beschriebenen Kraftübertragung eine direkte Verbindung mit einem normalen Synchron-Schaltgetriebe möglich ist, ohne dass eine zwischengeschaltete Trennkupplung erforderlich wäre und ohne dass ein ungewöhnlich grosser Verschleiss an Synchronisierteilen aufträte. Ausserdem ergibt sich durch das Vorhandensein des Drehmomentwandlers nur eine geringe Anzahl erforderlicher Schaltvorgänge bei dem betreffenden Schaltgetriebe.
Ein Drehmomentwandler gemäss der Erfindung kann beispielsweise auch bei einem Schaufelbagger Anwendung finden, wobei der Antriebsmotor dauernd mit Höchstdrehzahl laufen kann, wodurch es möglich ist, die träge Masse des Antriebsmotors teilweise für die Beschleunigung des betreffenden Gerätes zu verwenden, was dadurch ermöglicht wird, dass die durch die Kupplungsflächen--202 und 204--gebildete Kupplung --203-- praktisch nur die Aufgabe hat, das Turbinenrad--T--mit der Turbinenwelle--6--zu synchronisieren und weil unmittelbar nach dem Ausrücken dieser Kupplung die Kupplungsflächen durch nicht unbeträchtliche Mengen zirkulierender Hydraulikflüssigkeit gekühlt werden, so dass eine hohe Betätigungsfrequenz ermöglicht wird.
Fig. 6 zeigt ein Fernsteuersystem für einen Drehmomentwandler, wie er in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben wurde, wobei eine Speisepumpe --702-- für Hydraulikflüssigkeit, ein Überdruckventil--704--,
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--710-- vorgesehen--210-- aufweist, wie es in den Fig. 2 bis 4 gezeigt ist.
Das Fernsteuerventil--712--hat drei Schaltstellungen, u. zw. eine Stellung "Hydraulischer Antrieb", eine Stellung "Neutral" und eine Stellung für "Direktantrieb" (diese Stellungen sind mit H bzw. N bzw. D bezeichnet). Das Fünfwegventil --706-- hat vorgespannte Federelemente-716-, die den Ventilkörper dieses Ventils in einer Mittellage halten, die der Stellung "Neutral" zugeordnet ist, die der Ventilkörper einnimmt, wenn das Ventil nicht betätigt wird. Das Fünfwegventil --706-- weist weiter zwei Servokolben - 720 und 722-auf, die den Ventilkörper des Fünfwegventils --706-- nach links oder nach rechts
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--720-- zugeführtStellung "Hydraulischer Antrieb" gebracht wird.
Wenn anderseits das Fernsteuerventil--712--sich in der Stellung für "Direktantrieb" befindet, dann wird Druckluft zum Servokolben --722-- zugeführt, so dass sich der Ventilkörper des Fünfwegventils--706--nach links verschiebt.
Wenn der Ventilkörper sich in der rechts gelegenen Stellung befindet, weil das Fernsteuerventil--712-in die Stellung für "hydraulischen Antrieb" verstellt ist, dann ist die Speisepumpe --702-- mit dem andern Steuerkanal--38--des Drehmomentwandlers verbunden, so dass Hydraulikflüssigkeit durch die Bohrung --44-- der Turbinenwelle hindurch in den Raum zwischen der Scheibe --206-- der Turbinenwelle --6-und dem umlaufenden Gehäuse-10--einströmt und zwischen den Kupplungsflächen --310 und 312-hindurchströmt, die durch den Druckabfall, der auftritt, wenn die Hydraulikflüssigkeit zwischen diesen Flächen hindurchströmt, in einem Abstand voneinander gehalten werden.
Dann tritt die Flüssigkeit in den Arbeitsraum - des Drehmomentwandlers ein, wobei die unter Druck stehende Flüssigkeit das Turbinenrad-T-gegen die Scheibe--206--der Turbinenwelle bewegt, so dass der Durchgang zwischen den Kupplungsflächen - 202 und 204-geschlossen wird.
Wenn die unter Druck stehende Flüssigkeit die Funktion des Einrückens der durch die Kupplungsflächen --202 und 204--gebildeten Reibungskupplung--203--erfüllt hat, öffnet
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--714-- undTurbinenwelle--6--und zwischen den Kupplungsflächen --310 und 312--hindurchströmen musste, hielt die Hydraulikflüssigkeit die Scheibe --206-- in einer rechts gelegenen Stellung relativ zu der Turbinenwelle --6--, so dass sich das Turbinenrad--T--in seiner richtigen Betriebsstellung hiebei befindet.
Wird das Fernsteuerventil--712--auf die Stellung "Neutral" verstellt, dann wird der Ventilkörper des Fünfwegventils - 706-- durch die Federelemente--716--in die Mittelstellung zurückgestellt, während gleichzeitig der Servokolben--720-über das Fernsteuerventil--712--entlüftet wird. Gleichzeitig findet keine Beaufschlagung des Servokolbens--722--durch Druckluft statt, da dieser ebenfalls über das Fernsteuerventil --712-- belüftet ist. In dieser Stellung fliesst die Flüssigkeit von der Speisepumpe --702-- zu deren Sumpf zurück, um den Hydraulikdruck abzusenken. Es besteht jedoch auch ein beschränkter Flüssigkeitszustrom von der Speisepumpe zu dem einen Steuerkanal --36-- des Drehmomentwandlers.
In der zu dem einen Steuerkanal --36-- führenden Rohrleitung wird durch das Überdruckventil --710-- der Druck auf einen bestimmten Druckwert begrenzt.
Eine begrenzte Menge Hydraulikflüssigkeit strömt zwischen dem Turbinenrad--T--und der Scheibe
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gering ist, findet hiebei keine Bewegung der Scheibe --206-- statt, die eine Berührung zwischen den Kupplungsflächen --310 und 312-bewirken würde. Über die Turbinenwelle --6-- und den andern Steuerkanal--38--tritt dann die Flüssigkeit wieder aus dem Wandler aus. Wie dies in dem mit strichpunktierter Linie eingekreisten vergrösserten Ausschnitt des Fünfwegventils--706--in Fig. 6 gezeigt ist, wird dieser geringe Flüssigkeitsstrom, der hiebei durch den Drehmomentwandler hindurchströmt, durch eine kleine Bohrung in dem Fünfwegventil --706-- bewirkt, durch die diese geringe Menge an Hydraulikflüssigkeit dem einen Steuerkanal --36-- des Drehmomentwandlers zugeführt wird.
Der Durchfluss der geringen Flüssigkeitsmenge garantiert, dass die Turbine in ausgekuppeltem Zustand gehalten wird und dass ausserdem auf Grund des Vorhandenseins der Federn-302--, die in Fig. 2 gezeigt sind und die Durchbrüche aufweisen, durch die hindurch die geringe Flüssigkeitsmenge hindurchströmen kann, die Scheibe --206-- ausser Berührung mit dem umlaufenden Gehäuse gehalten wird.
Wenn das Fernsteuerventil--712--in die Stellung für "Direktantrieb" verstellt wird, wird der Servokolben --722-- mit Druckluft beaufschlagt und drückt den Ventilkörper des Fünfwegventils--706--
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derselben führende Durchgang wird verschlossen.
Die Flüssigkeit tritt nun zwischen dem Turbinenrad--T--und der Scheibe--206--der Turbinenwelle in voller Menge ein und trennt dadurch das Turbinenrad--T--von der Scheibe--206--der Turbinenwelle vollständig und strömt zwischen den Kupplungsflächen --202 und 204-hindurch und baut einen Druck in dem Arbeitsraum --40-- und in dem Raum zwischen dem Turbinenrad--T--und der Scheibe-206-der Turbinenwelle auf, von wo die Hydraulikflüssigkeit nur zwischen den Kupplungsflächen--310 und 312-austreten kann.
Der Druckabfall zwischen den Kupplungsflächen --310 und 312--verhindert jedoch ein Austreten der Hydraulikflüssigkeit zwischen diesen Kupplungsflächen und die unter Druck stehende Flüssigkeit bewegt die Scheibe --206-- der Turbinenwelle in Anlage an das umlaufende Gehäuse--10--, so dass der Durchgang zwischen den Kupplungsflächen--310 und 312--geschlossen wird. Die Rohrleitungsverbindung zwischen dem Fünfwegventil --706-- und dem einen Steuerkanal--36--des Wandlers weist das Überdruckventil
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710-auf, das312--gebildete Dichtverbindung hindurch. Diese Flüssigkeit verlässt den Wandler durch die Turbinenwelle und gelangt durch den andern Steuerkanal--38--zurück in den Sumpf.
Dieser Flüssigkeitsdurchtritt stellt auch sicher, dass geringe Drücke zwischen der Scheibe--206--der Turbinenwelle und dem umlaufenden Gehäuse --10-- vorhanden sind. Auf diese Weise wird eine direkte Kupplung zwischen der Turbinenwelle--6--und dem umlaufenden Gehäuse --10-- hergestellt.
Die Kupplungsflächen--202 und 204--zwischen dem Turbinenrad--T--und der Scheibe --206--, weisen vorzugsweise einen hohen Reibungskoeffizienten auf. Dies wird ermöglicht, weil das Herstellen einer Kupplungsverbindung zwischen dem nur eine geringe Masse aufweisenden Turbinenrad--T-und der turbinenwelle --6-- nicht dazu ausreicht, um einen Stoss zu erzeugen, der in dem betreffenden Fahrzeug bei der Flüssigkeitsbeschleunigung im Wandler gespürt werden könnte. Beim Einrücken des Direktantriebes ist es jedoch wünschenswert, ein weiches Kuppeln zu bekommen. Ausserdem ist es günstig, für beide Kupplungen den gleichen Kegelwinkel zu haben.
Das Belagmaterial an den Kupplungsflächen --310 und 312--sollte daher einen geringeren Reibungskoeffizienten aufweisen und sollte vorzugsweise ein Werkstoff sein, bei dem der Unterschied zwischen dem Reibungskoeffizienten bei Gleitreibung und Haftreibung gering ist. Dies ist hauptsächlich deshalb wichtig, weil die Kegelkupplung für den Direktantrieb die Möglichkeit des Schlüpfens bei Drehmomentstössen bieten sollte, um die Turbinenwelle--6--vor ermüdenden Beanspruchungen zu schützen.
Beim Entkuppeln des Direktantriebes besteht eine Besonderheit darin, dass der gesamte Arbeitsraum
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desScheibe--206--der Turbinenwelle ein Einweg-Überdruckventil vorzusehen, das sicherstellt, dass nur ein gewünschter Höchstwert der Druckdifferenz zwischen den auf beiden Seiten der Sheibe --206-- liegenden Kammern erreicht werden kann.
Es ist eine Verwendung des Schmieröl-Drucksystems des Antriebsmotors für den Drehmomentwandler in bestimmten Fällen vorgesehen, zumindest in den Fällen, wo es sich um kleine Schleppfahrzeuge handelt, und dass das Kühlsystem des Antriebsmotors in diesem Falle dazu dienen soll, die Verlustleistung des Drehmomentwandlers abzuführen. Dies bedeutet, dass es bei manchen einfachen Anwendungsfällen ausreicht, lediglich ein manuell betätigtes Ventil zur Druckölverteilung vorzusehen, so dass sich äusserste Vereinfachung ergibt.
Die wichtigsten Merkmale des hier beschriebenen Drehmomentwandlers sind nicht nur Einfachheit und geringe Herstellungskosten des Wandlers, sondern bestehen auch darin, dass diese Einfachheit bei gleichzeitig gegebenen hohen Sicherheitsreserven für korrekte Funktion erreicht wird.
Die Servoantriebe für das Einrücken und Ausrücken des hydraulischen Antriebes und des Direktantriebes arbeiten mit hohen Durchsatzmengen an Hydraulikflüssigkeit, so dass selbst grössere Lecks unkritisch sind und grosse oder kompliziert aufgebaute Überdruckventile überflüssig sind. Ausserdem wird dadurch, dass eine grosse Menge zirkulierender Flüssigkeit dazu verwendet wird, um die Schaltvorgänge auszulösen, die jeweilige Schaltzeit auf sehr kurze Werte herabgedrückt. Auf Grund der Tatsache, dass kühlende Hydraulikflüssigkeit des Wandlers zwischen den Reibungsflächen der Kupplungen hindurchfliesst, können diese Kupplungen sehr rasch aufeinanderfolgenden Einrück- und Ausrückvorgängen unterworfen werden, ohne dass die Gefahr der überhitzung gegeben ist.
Weiterhin hat sich gezeigt, dass die Dichtungselemente innerhalb des Drehmomentwandlers nur in geringem Masse von statischer oder dynamischer Exzentrizität der Kupplungsverbindung mit dem Primärantrieb beeinträchtigt werden. Daher kann ein Drehmomentwandler der hier beschriebenen Art billig hergestellt werden, ist in der Handhabung einfach und in der Funktion sicher und erfüllt nichtsdestoweniger Anforderungen, die vorher noch nicht einmal von wesentlich komplizierteren Drehmomentwandlern, die in Verbindung mit äusseren Trennkupplungen betrieben wurden, erfüllt werden konnten.