-
Hydrodynamisch-mechanische Wellenverbindung Die Erfindung bezieht
sich auf eine hydrodynamisch-mechanische Wellenverbindung, insbesondere mit einem
willkürlich oder durch einen Freilauf gegen einen Rahmen feststellbaren Leitrad,
bei der das eine Schaufelrad axial verschiebbar ist und bei der bei mechanischem
Betrieb das Pumpenrad und das Turbinenrad durch eine Kuppelkraft mechanisch kuppelnd
gegeneinandergedrückt und bei hydrodynamischem Betrieb durch eine Entkuppelkraft
voneinander entfernt werden. Die durch die Erfindung zu lösende Aufgabe besteht
darin, daß eine Wellenverbindung geschaffen wird, bei der die Umschaltung von hydrodynamischem
auf mechanischem Betrieb und umgekehrt ohne zusätzlichen Druckmittelkreislauf und
im wesentlichen mit Hilfe ohnehin vorhandener Bauteile und Druckmittelräume erfolgt.
Gemäß der Erfindung wird vorgesehen, daß in an sich bekannter Weise, als gegebenenfalls
gegen die Kuppelkraft wirkende Entkuppelkraft die direkt auf das als Kuppelglied
dienende Pumpenrad und das als Gegenkuppelglied dienende Turbinenrad wirkende Druckkraft
des bei hydrodynamischem Betrieb im Innenraum des hydrodynamischen Teiles der Wellenverbindung
befindlichen hydraulischen Mittels dient.
-
Bei einer bekannten hydrodynamischen-mechanisehen Wellenverbindung
mit einem axial verschiebbaren Turbinenrad, das durch eine elektromagnetische Kuppelkraft
mechanisch kuppelnd gegen das Pumpenrad gedrückt wird, wird als Entkuppelkraft die
Kraft von besonderen Federn benutzt. Die Kuppelkraft muß hier bei mechanischem Betrieb
ständig gegen diese Federkraft arbeiten. Im Gegensatz hierzu wird bei den erfindungsgemäßen
Wellenverbindungen zum Entkuppeln der ohnehin vorhandene Druck des hydraulischen
Mittels direkt ausgenutzt, und das Kuppeln kann ohne Überwinden einer Gegenkraft
erfolgen. Es soll hier noch erwähnt werden, daß es bekannt ist, durch den in einem
hydrodynamischen Wandler herrschenden Druck Schaltelemente für eine mechanische
Kupplung zwischen Pumpenrad und Turbinenrad zu betätigen. Bei diesem Wandler ist
aber (bei axial nicht verschiebbaren Rädern) eine gesonderte Kupplung vorgesehen,
und der Druck wirkt nicht direkt vom Innern des hydrodynamischen Wandlers aus.
-
Eine kompakte Gesamtanlage ergibt sich, wenn man eine an sich bekannte
Anordnung wählt, bei der das axial nicht verschiebbare Rad, vorzugsweise das Pumpenrad,
mit einem rotierenden Gehäuse verbunden ist, innerhalb dessen das axial verschiebbare
Rad, vorzugsweise das Turbinenrad, angeordnet ist, und hierbei in dem rotierenden
Gehäuse Federn anordnet, die sich einerseits an dem axial verschiebbaren Rad und
andererseits an dem Gehäuse bzw. an gegenüber diesen Bauteilen in axialer Richtung
unverschiebbaren Teilen abstützen. Hierbei kann die konstruktive Ausgestaltung bei
Wellenverbindungen, bei denen sich das das verschiebbare Turbinenrad umfassende,
rotierende Gehäuse zwischen der Antriebswelle und dem Pumpenrad erstreckt, so getroffen
werden, daß sich die Federn einerseits an der der Beschaufelung abgewandten Seite
des Turbinenrades und andererseits an einer sich innerhalb des Gehäuses erstreckenden
Scheibe abstützen, die drehbar unter Verwendung einer axialen Druck aufnehmenden
Lagerung im Gehäuse gelagert ist.
-
Es wird weiter vorgesehen, in einfacher Weise den ohnehin für den
hydrodynamischen Betrieb erforderlichen Druckmittelkreislauf auch für den mechanischen
Betrieb zu verwenden, und zwar derart, daß ein hydraulischer Schalter vorgesehen
ist, der das Druckmittel in der Stellung für hydrodynamischen Betrieb zum Innenraum
des hydrodynamischen Teiles der Wellenverbindung und in der Stellung für mechanischen
Betrieb, zwecks gegebenenfalls durch Federn unterstützter Anpressung zwischen Pumpen-
und Turbinenrad, zum Außenraum des hydrodynamischen Teiles gelangen läßt.
-
Insbesondere, wenn die erfindungsgemäße Wellenverbindung einem mechanischen
Schaltgetriebe vorgeschaltet ist, ist es vorteilhaft, wenn zum Zwecke des vollständigen
Auskuppelns beim mechanischen Schalten eine Trennkupplung vorgesehen ist, durch
die mindestens eines der Räder der Wellenverbindung, vorzugsweise das Turbinenrad,
von der zugehörigen Welle getrennt werden kann. Die Trennkupplung kann dabei durch
Federkraft eingerückt und durch
ein hydraulisches Druckmittel ausgerückt
werden. Für derartige Wellenverbindungen wird vorgeschlagen, daß der Druckraum der
Trennkupplung mit dem Außenraum des hydrodynamischen Teils der Wellenverbindung
in Verbindung steht, und Mittel vorgesehen sind, die den in diesen Räumen herrschenden
Druck zwecks Ausrückens der Trennkupplung zu erhöhen gestatten. Auf diese Weise
wird auch die Trennkupplung ohne Verwendung eines zusätzlichen Druckmittelkreislaufes
durch das ohnehin vorhandene Druckmittel für den hydrodynamischen Betrieb der Wellenverbindung
betätigt.
-
Eine einfache Möglichkeit zur Betätigung der Trennkupplung aus dem
hydrodynamischen Betrieb heraus ergibt sich dann, wenn der Druckraum der Trennkupplung
über den Spalt der mechanischen Kupplung zwischen dem Pumpen- und dem Turbinenrad
mit dem Innenraum des hydrodynamischen Teiles der Wellenverbindung in Verbindung
steht, und wenn in der Druckmittelabfiußleitung aus dem Außenraum des hydrodynamischen
Teiles bzw. dem Druckraum der Trennkupplung eine einstellbare Vorrichtung, z. B.
ein einstellbares LUberströmventil, zur Erhöhung des Druckes und damit zum Ausrücken
der Trennkupplung angeordnet ist.
-
Um ein weiches Kuppeln der Trennkupplung zu gewährleisten; kann nach
einem weiteren Merkmal der Erfindung eine Vorrichtung vorgesehen sein, durch die
beim Betätigen der Trennkupplung automatisch die hydrodynamische Wellenverbindung
eingeschalte: wird.
-
Für die gekennzeichneten Merkmale der Unteransprüche wird Schutz nur
im Zusammenhang mit dem Hauptanspruch begehrt.
-
Die Zeichnung zeigt zwei Ausführungsbeispiele der ; Erfindung. In
Fig. 1 der Zeichnung ist der Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Wellenverbindung
dargestellt, bei der das axial verschiebbare Turbinenrad mit Hilfe von Kupplungsdruckfedern
gegen das axial nicht verschiebbare Pumpenrad gepreßt wird; in Fig. 2 wird eine
ähnliche Wellenverbindung gezeigt, bei der jedoch die Anpressung zwischen Turbinen-
und Pumpenrad ausschließlich durch öldruck erfolgt; in Fig.3 ist schematisch der
Druckmittelkreislauf für die Wellenverbindung nach Fig. 1 oder 2 dargestellt.
-
Die vom Antriebsmotor kommende Antriebswelle endet in einem Flansch
10. Die in einem Nadellager 11 und in zwei Wälzlagern 12 und 13 gelagerte Abtriebswelle
14 führt zu einem mechanischen Schaltgetriebe. Mit dem Antriebsflansch 10 sind ein
rotierendes Gehäuse 15 und das Pumpenrad 16 fest verbunden. Das Turbinenrad 17 ist
bei 18 auf der Abtriebswelle 14 axial gegenüber dieser und somit auch gegenüber
dem Pumpenrad 16 und einem rahmenfesten Teil 19 verschiebbar gelagert. Radial anschließend
an den Innenraum des hydrodynamischen Teiles der Wellenverbindung befinden sich
die Kupplungsflächen für die mechanische Kupplung zwischen den Rädern 16 und 17
in Form von Kupplungsbelägen 21 und 22. Drehbar gegenüber der Antriebswelle bzw.
dem Antriebsflansch 10, aber axial gegenüber diesem nicht verschiebbar, ist bei
der Ausführungsform nach Fig. 1 eine Scheibe 23 vorgesehen, die bei 24 und 25' radial
bzw. axial gelagert ist und über eine Mitnahmeverzahnung 24, welche axiale Verschiebungen
zuläßt, mit dem Turbinenrad 17, und zwar mit einem an dieses angesetzten Deckel
25 verbunden ist. Zwischen diesem Deckel 25 und der Scheibe 23 befinden sich
vorgespannte Druckfedern 26.
-
Der Deckel 25 bildet zusammen mit dem Rad 17 ein Gehäuse für einen
scheibenförmigen Kolben 27, der in diesem Gehäuse axial verschiebbar ist und durch
Druckfedern 28 nach links gedrückt wird. Auf der Abtriebswelle sitzt axial verschiebbar,
aber drehfest mit ihr verbunden, eine Kupplungsscheibe 29, die unter dem Druck der
Federn 28 vom Kolben 27 zwischen die Kupplungsbeläge 30 und 31 gepreßt werden kann.
-
Zu dem hydrodynamischen Teil der Wellenverbindung gehört noch ein
Leitrad 32, das lose auf dem rahmenfesten Teil 19 gelagert ist und über eine Bremse
33 gegenüber dem festen Rahmen im Falle der Verwendung der Wellenverbindung als
Drehmomentenwandler oder hydraulische Bremse abgebremst werden kann.
-
Das zum Betrieb des hydrodynamischen Teiles der Wellenverbindung benötigte
Druckmittel wird durch die Leitung 34 der Wellenverbindung zugeführt und gelangt
über den Ringspalt 35 zwischen dem Pumpenrad 16 und dem Leitrad 32 zum Innenraum
des hydrodynamischen Teiles. Bei hydrodynamischem Betrieb gelangt das Druckmittel
durch einen Spalt zwischen den Kupplungsbelägen 21 und 22 hindurch in den Außenraum
36 des hydrodynamischen Teiles und von dort aus über die Bohrung 37 im Turbinenrad
17 und einen Ringspalt 38 zwischen dem rahmenfesten Teil 19 und der Abtriebswelle
14 zur Abflußleitung 39. Ferner kann das Druckmittel vom Raum 36 über Bohrungen
40 in dem Deckel 25 in den Druckraum 41 für die Kolbenscheibe 27 der Trennkupplung
gelangen. Die andere Seite dieser Kolbenscheibe 27 steht über die Bohrung 42 und
einen Kanal 43 im rahmenfesten Teil 19 bei 44 mit Außendruck in Verbindung.
-
Die Wellenverbindung nach Fig. 2 ist grundsätzlich genau so wie diejenige
nach Fig.1 aufgebaut. Es fehlen gegenüber der Fig. 1 im wesentlichen nur die Druckfedern
26 und die Scheibe 23.
-
In dem Schaltschema der Fig. 3 ist oben die eben beschriebene Anordnung
nur rein schematisch angedeutet. Das Druckmittel wird von der Druckmittelpumpe 45
aus einem Vorratsbehälter angesaugt und über eine Hauptdruckleitung 46 je nach der
Stellung eines Axialschiebers 47 für hydrodynamischen Betrieb zu der Leitung 34
und für mechanischen Betrieb der Wellenverbindung über die Leitung 48 zur Leitung
39 geführt. Der Schieber 47 ist in seiner rechten, dem hydrodynamischen Betrieb
entsprechenden StellungH gezeichnet. Nach Verschieben in die linke Stellung M für
den mechanischen Betrieb wird die Leitung 34 mit einer zum Vorratsbehälter führenden
Leitung 49 verbunden, die Leitung 48 geöffnet und die Verbindung der Leitung 46
mit der Leitung 34 sowie die Verbindung der Leitung 39 mit der Rückströmleitung
50 gesperrt.
-
Sowohl die Rückströmleitung 50 als auch eine von der Hauptdruckleitung
46 abzweigende Leitung 51 stehen unter dem Einfluß zweier überströmventile 52 und
53. Die überströmende Menge gelangt über Leitungen 54 und 55 zurück
zum Vorratsbehälter. Der durch die überströmventile in den Leitungen 50 bzw. 51
eingestellte Druck wird normalerweise durch Federn 56 und 57 bestimmt. Von der Leitung
46 zweigt jedoch eine Steuerdruckleitung 58 ab, die mit Hilfe
eines
willkürlich bedienbaren Schiebers 59 mit den Einstellräumen 60 und 61 der Überströmventile
52 und 53 verbunden werden kann. Auf diese Weise können die Überströmventile auf
einen anderen Druck eingestellt werden, indem sich dann der Druck in den Räumen
60 und 61 zu den Wirkungen der Federn 56 und 57 addiert. Zwischen dem Schieber 51
und den Einstellräumen ist ein Reduzierventil 62 angeordnet, das den Druck in den
Räumen 60 und 61 nicht über einen bestimmten Wert ansteigen läßt. Schließlich sind
die Räume 60 und 61 noch über eine Leitung 63 mit einem Zylinderraum 64 verbunden,
der durch die als Kolbenfläche wirkende Abschlußfläche 65 des als Axialschieber
47 ausgebildeten hydraulischen Schalters begrenzt wird.
-
Die Wirkungsweise der Anordnung nach den Fig.1 und 3 ist folgende:
Für den hydrodynamischen Betrieb der Wellenverbindung steht der Schieber 47 in der
Stellung H, und der Schieber 59 für die Trennkupplung auf der Einrückstellung E.
Wie aus der Fig. 3 ohne weiteres ersichtlich ist, strömt das Druckmittel über die
Leitungen 46 und 34 zum Innenraum des hydrodynamischen Teiles der Wellenverbindung
und bewirkt dort in bekannter Weise den Kupplungseffekt. Infolge des Druckes in
diesem System schieben sich die Räder 16 und 17 etwas auseinander, so daß das Druckmittel
durch den Spalt zwischen den Kupplungsbelägen 21 und 22 hindurch in den Außenraum
36 des hydrodynamischen Teiles und von diesem über die Leitungen 39, 50 und 54 zum
Behälter zurückfließt.
-
Soll aus diesem Betriebszustand heraus das an die Wellenverbindung
anschließende Getriebe geschaltet werden, so muß die Wellenverbindung einwandfrei
gelöst werden. Dies geschieht mit Hilfe der Trennkupplung 29 bis 31. Zu deren Betätigung
wird der Schieber 59 auf die Auskuppelstellung A geschoben. Es gelangt dann Drucköl
über die Leitung 58 in den Raum 60. Dadurch wird das überströmventil 52 auf einen
höheren Druck eingestellt, so daß sich der Druck in der Leitung 50 etwas erhöht.
Diese Druckerhöhung wirkt natürlich rückwirkend auch auf die Leitung 46 und wiederum
auf die Leitung 58, so daß sich der Druck im Raum 60 weiter erhöht, wodurch wiederum
eine Erhöhung des Druckes in der Leitung 50 erfolgt. Beendet wird diese Aufschaukelung
dann, wenn der Druck in dem Raum 60 so groß geworden ist, daß der Schieber 62 durch
diesen Druck gegen die Federkraft nach links geschoben wird und somit die Leitung
58 absperrt. Dann ist der Druck in der Leitung 50 und somit auch im Außenraum 36
so groß geworden, daß er die Kraft der Federn 28 überwindet und den Kolben 27 nach
rechts verschiebt, wodurch die Kupplungsbeläge 30 und 31 voneinander entfernt werden
und die Kupplungsscheibe 29 nicht mehr mitgenommen wird.
-
Soll die Wellenverbindung mechanisch arbeiten, so wird der Schieber
47 auf die Stellung M gebracht. Das Drucköl gelangt dann von der Pumpe 45 über die
Leitungen 46 und 48 in den Außenraum 36 und drückt dort das Rad 17 gegen das Rad
16, da der Innenraum des hydrodynamischen Teiles über die Leitungen 34 und 49 drucklos
gemacht worden ist. Soll aus dieser Stellung heraus die Trennkupplung 29 bis 31
betätigt werden, so wird wiederum der Schieber 59 in die Stellung A gebracht, wodurch
in dem Raum 61 ein höherer Druck aufgebaut wird. Das überströmventil 53 erzielt
somit in der Leitung 51 und folglich auch in dem gesamten System 46, 48, 36 einen
höheren Druck, der sich rückwärts wieder über die Leitung 58 in den Raum 61 fortpflanzt.
Genau wie im vorigen Falle stellt sich im Gleichgewichtszustand ein durch das Reduzierventil
62 bestimmter maximaler Druck ein. Der Druck im Außenraum 36 ist dann so groß geworden,
daß in der eben beschriebenen Weise die Trennkupplung 29 bis 31 ausgerückt wird.
-
Bei der gezeichneten Anordnung muß in diesem Falle allerdings der
Schieber 47 durch eine (nicht gezeichnete) Sperrvorrichtung in der Stellung M festgehalten
werden, da er sonst durch die mit den Räumen 60 bzw. 61 in Verbindung stehende Leitung
63 auf seiner Stirnfläche 65 mit Druckmittel beaufschlagt worden und nach rechts
in die Stellung H für hydrodynamischen Betrieb gebracht worden wäre. Wenn die Verriegelung
in der Stellung M nicht erfolgt, wird also beim Einleiten des Ausschaltens der Trennkupplung,
d. h. beim Verstellen des Schiebers 59 in die Stellung A, der Schieber 47 automatisch
in die Stellung für hydrodynamischen Betrieb gebracht, wodurch erreicht wird, daß
das Betätigen der Trennkupplung stets aus dem hydrodynamischen Betrieb heraus, also
insgesamt sehr weich und stoßfrei erfolgt.
-
Die Anordnung nach Fig. 2 und 3 arbeitet fast in gleicher Weise. Nur
muß hierbei dafür gesorgt werden, daß bei mechanischem Betrieb der Druck im Außenraum
36 groß genug ist, um die für eine einwandfreie mechanische Kupplung der Räder 16
und 17 erforderliche Anpreßkraft auch ohne Unterstützung der Federn 26 ausüben zu
können.
-
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt.