-
Hydrodynamischer Drehmomenten-Wandler Die Erfindung bezieht sich auf
einen hydrodynamischen Drehmomenten-Wandler mit einer Pumpe zum Fördern der Arbeitsflüssigkeit
von einem Druckölbehälter über eine Zuflußleitung, die von der Pumpe zum Wandlerkern
führt, sowie einer Abflußleitung, die den Wandlerkern mit dem Niederdruckbehälter
der Anlage über einen Kühler verbindet.
-
Es ist bekannt, hydrodynamischen Drehmomenten-Wandlem zur Vermeidung
einer überhitzung der Arbeitsflüssigkeit im Betrieb eine Kühlvorrichtung zuzuordnen.
In diesem Zusammenhang ist bereits erreicht worden, zur Einleitung und Aufrechterhaltung
des Umlaufes der Arbeitsflüssigkeit durch den Kühler deren Ein- und Austrittsöffnung
unter Ausnutzung des in einem umlaufenden Wandler herrschenden Druckunterschiedes
an in radialem Abstand zueinander angeordneten Wandlerstellen vorzusehen. Hierbei
kann eine den jeweiligen Arbeitsbedingungen angepaßte Kühlung der Arbeitsflüssigkeit
jedoch ebensowenig erreicht werden, wie bei einem weiteren zum Stande der Technik
gehörenden Vorschlag, bei welchem lediglich ein sehr kleiner, durch die Leckverluste
bestimmter Anteil der Arbeitsflüssigkeit aus dem Niederdruckbehälter unter überwindung
der Federkraft eines zwischen Pumpenaustritt und Kühler angeordneten überdruckventils
durch den Pumpendruck dem Kühler zugeführt wird. Schließlich ist es bei einer hydromechanischen
Getriebeanordnung bekannt, den Zufluß der Arbeitsflüssigkeit zu dem Wandler bzw.
der Kupplung mittels eines zwischen Pumpenaustritt und Wandler- bzw. Kupplungseintritt
angeordneten federbelasteten Kolbenschiebers in Abhängigkeit von der Antriebsgeschwindigkeit
zu steuern. Hierbei wird zwar nach Erreichen einer vorbestimmten Geschwindigkeit
gleichzeitig mit der Absperrung der Arbeitsflüssigkeitszufuhr zum Wandler durch
den von einem Fliehkraftregler entgegen der Feder mittels Drucköl beaufschlagten
Kolbenschieber die Arbeitsflüssigkeit über ein besonderes Schnellentleerungsventil
aus dem Wandler ab-und einem Kühler zugeführt, doch ist auf diese Weise bei lang
anhaltender Momentenwandlung trotz der Aufwendigkeit der Anlage keine kontinuierliche
oder den im Wandler herrschenden Arbeitsbedingungen angepaßte Kühlung der Arbeitsflüssigkeit
möglich.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem hydrodynamischen
Drehmomenten-Wandler eine wirksame, auf die im Wandler herrschenden Arbeitsbedingungen
abgestimmte Kühlung der Arbeitsflüssigkeit zu erzielen, die insbesondere dann notwendig
ist, wenn der Wandler hohe Drehmomente über verhältnismäßig große Zeitspannen übertragen
muß, wie dies 7-. B. bei Schienenfahrzeugen der Fall ist, die unter anderem
hohe und lange Steigungen zu
überwinden haben.
-
Die Erfindung geht davon aus, daß bei den meisten Drehmomenten-Wandlem
Druckdifferenzen zwischen verschiedenen Stellen der Niederdruckseite des hydraulischen
Kreislaufes innerhalb des Wandlers bestehen und kennzeichnet sich dadurch, daß die
Abflußleitung in an sich bekannter Weise ein federbelastetes Kolbenventil aufweist,
das durch den in der Zuflußleitung herrschenden Druck geöffnet wird, der entgegen
einer das Ventil beaufschlagenden Feder wirkt, wobei eine solche Anordnung getroffen
ist, daß der Druck in der Zuflußleitung bei Änderung des übersetzungsverhältnisses
im Drehmomenten-Wandler ebenfalls ansteigt oder abfällt, so daß die über das Kolbenventil
vom Drehmomenten-Wandler zum Kühler strömende Flüssigkeitsmenge entsprechend dem
im Wandler herrschenden übersetzungsverhältnis größer oder kleiner wird.
-
Dadurch, daß die jeweilige Stellung des federbelasteten Ventils in
Abhängigkeit zu dem in der Zuflußleitung herrschenden Arbeitsdruck der Pumpe gestellt
ist, ist es durch entsprechende Auslegung der den Ansprechdruck des Ventils bestimmten
Ventilfeder möglich, das Ventil bereits dann eine ganz oder teilweise geöffnete
Stellung einnehmen zu lassen, wenn ein vorbestimmter, verhältnismäßig niedriger
Normalwert des Pumpendruckes überschritten wird, so daß eine Pumpe mit. kleinen
Abmessungen verwendet werden
kann. Würde beispielsweise ein mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüstetes Schienenfahrzeug eine Steigung zu
überwinden haben und der im Wandler und entsprechend in der Zuflußleitung herrschende
Druck infolge der dabei steigenden Drehnionientenbelastung den durch die Ventilfeder
eingestellten Normaldruck übersteigen, so. würde das Ventil je nach der Druckhöhe
in eine ganz oder zuniindest teilweise geöffnete Stellung rücken, wodurch eine automatische
Zunahme der Kühlgeschwindigkeit der Arbeitsflüssigkeit eintritt, die augenblicklich
dann durch Einrücken des Ventils in eine ganz oder teilweise geschlossene Stellung
unterbrochen oder gedrosselt wird, wenn der in der Zuflußleitung herrschende Druck
infolge Aufhörens oder Absinkens der Drehmomentenbelastung nach Überwindung oder
Ab-
nahme der Steigung seinen Normalwert einnimmt oder abfällt. Hierdurch
wird einerseits eine den je-
weils im Wandler herrschenden Arbeitsbedingungen
angepaßte Kühlung erreicht, während andererseits eine automatische Gewähr dafür
gegeben ist, daß das Ventil ganz oder teilweise geschlossen wird, bevor eine vollständige
oder teilweise Entleerung des Wandlers erfolgen kann.
-
Es ist zweckmäßig, wenn das federbelastete Kolbenventil einen das
eine Ende der Ventilfeder aufnehmenden topfartigen Teil aufweist, der mit dem Ventilkopf
durch eine Stange unter Bildung eines Ringraumes verbunden ist, durch den in der
öffnungsstellung des Ventils die Entlastungsleitung an die zu dem Kühler oder den
Kühlmitteln führende Leitung angeschlossen ist.
-
Ein derartiges Ventil wird durch die Druckzunahme in der vom Drehmomenten-Wandler
zu dem Kühler führenden Leitung nicht beeinflußt und kann daher bei Erhöhung der
Druckdifferenz zwischen Niederdruckteil des Wandlers und Niederdruckbehälter der
Anlage in die Schließstellung einrücken; vorzugsweise wird es nur teilweise schließen,
um unter der Wirkung der verstärkten Drehmomentenbelastung einen gedrosselten Fluß
zum Behälter zu sdhaffen, ohne daß dieser so stark sein kann, daß eine vollständige
oder teilweise Entleerung des Wandlers erfolgt. Auf diese Weise wird eine fortlaufende
Kühlung der Arbeitsflüssigkeit bei der Wandlung hoher Drehmomente erhalten, was
einer bloßen intermittierenden Kühlung vorzuziehen ist, die erzielt werden würde,
wenn das Kolbenventil immer dann in die vollkommen geschlossene Stellung geführt
würde, wenn ein höheres Drehmoment und eine gleichzeitige Druckerhöhung innerhalb
des Wandlers gegeben ist. Das Kolbenventil kann in der vom Kühler zum Niederdruckbehälter
führenden Verbindungsleitung angeordnet werden; vorzugsweise wird es jedoch zwischen
dem Wandler und der Eintrittsseite des Kühlers vorgesehen.
-
In der Zeichnung ist die Erfindung an einer im Querschnitt dargestellten
vorzugsweisen Ausführungsform erläutert.
-
Die dargestellte Ausführungsforin ist für die Kraftübertragung bei
Schienenfahrzeugen bestimmt. In einem ortsfesten Außengehäuse 10, das gleichzeitig
einen Niederdruckbehälter 10a für die aus Öl bestehende hydraulische Flüssigkeit
bildet, sind koaxial nebeneinanderliegend, die beiden identisch ausgebildeten und
daher gleiche Wandler-Charakteristik aufweisenden Drehmomenten-Wandler
11, 12 angeordnet, von denen jeder ein Pumpenrad 11 a, 12 a
sowie ein Turbinenrad 11 b, 12 b aufweist, die drehbar
angeordnet sind, und mit einem Leitrad 11 e, 12 c ausgestattet ist.
Ein Zahnradgetriebe 37 verbindet die in der Zeichnung nicht dargestellte
Antriebsmaschine des Fahrzeuges mit der primären Welle 13 des Wandlers und
treibt gleichzeitig die Pumpe 14, deren Saugseite mit dem Niederdruckbehälter 10a
durch eine Leitung 36 in Verbindung steht.
-
Zwischen der Innenfläche jedes Turbinenrades 11 b,
12b
und dem benachbarten Leitrad 11c, 12a ist ein ringförmiger Raum
25 angeordnet, der mit einem weiteren Raum 26 in Verbindung steht.
Dabei sind die Räume 26 des der sekundären Welle 21 benachbarten Drehmomenten-Wandlers
12 sowie des von der sekundären Welle 21 entfernten Drehmomenten-Wandlers
11 durch eine axial verlaufende Bohrung 27 miteinander verbunden.
Diese beiden kommunizierenden Räume 26 stehen mit einem Ölkühler 34 über
eine axial in der stationären Welle 17 Vera laufende Bohrung 28 in
Verbindung, deren äußeres Ende in die Eintrittsöffnung 29 eines Kolbenventils
30 einmündet. Das Gehäuse 31 des Ventils 30 ist an dem Getriebegehäuse
16 befestigt. Die Achse des Ventilkolbens 32 verläuft radial zu den
Drehachsen der Antriebs- und Turbinenelemente der beiden Moment-Wandler. Diametral
gegenüber der Eintrittsöffnung 29 für den Ventilkolben 32 ist eine
Austrittsöffnung 33 angeordnet, die an das eine Ende eines ölkühlers 34 üblicher
Ausführungsforin angeschlossen ist, während dessen anderes Ende mittels einer Leitung
35 an den Niederdruckbehälter 10a angeschlossen ist.
-
An die Druckseite der Pumpe 14 ist eine Zuffußleitung 38 angeschlossen,
die ein üblicherweise als Drosselventil ausgebildetes Druckventil 39 aufweist
und in Zweigleitungen 40 und 41 übergeht, die mit dem Niederdruckteil des hydraulischen
Kreislaufes je
eines der beiden Moment-Wandler 11 und 12 verbunden
sind. Der Anschluß erfolgt über die ringförmigen Räume 42, 43, die zwischen jedem
Pumpenrad 11 a, 12 a und dem entsprechenden Leitrad 11
c,
12 c angeordnet sind, wobei die Zweigleitungen 40, 41 mit den ringförnügen
Räumen 42, 43 über die Zugänge 44, 45 in Verbindung stehen. Beim Wandlerbetrieb
herrscht an der Stelle der ringförmigen Räume 42, 43 ein niedrigerer öldruck als
an den Stellen der Ringräume 25, die in bezug auf die Gegendruckelemente
den Räumen 42, 43 gegenüberliegend angeordnet sind. Diese Druckdifferenz ermöglicht
ein Abfließen des Öles aus den Räumen 25 zum Kühler bzw. ein Nachströmen
des von der Pumpe in den hydraulischen Kreislauf geförderten Öles an den Stellen
42 und 43 jedes Drehmomenten-Wandlers.
-
Die zur Speisung des Drehmomenten-Wandlers 11
dienende Zweigleitung
40 weist eine auf den Ventilkopf 47 des Ventilkolbens 32 einmündende Bohrung
46 auf. Das rückwärtige Ende des Ventilkolbens 32
bildet einen nach unten
offenen kopfartigen Teil 48, der in seinem inneren Hohlraum das eine Ende einer
schraubenförinigen Ventilfeder 49 aufnimmt, die mit ihrem anderen Ende an der Verschlußkappe
50 des Gehäuses 31 anliegt. Die zwischen dem kopfartigen Teil 48 und
dem Ventilkopf 47 des Ventilkolbens 32
liegende Stange 51 bildet einen
Ringraum 52 zur Verbindung der Zuführungsöffnungen 29 und
33 in der öffnungsstellung des Ventils, die unter der Wirkung des auf den
Ventilkopf 47 einwirkenden hydraulischen Druckes durch Überwindung der Federkraft
49
herbeigeführt wird und ein Abfließen des Öles von den Ringräumen 25 jedes
der beiden Moment-Wandler zum Kühler ermöglicht. Hierbei sind die beiden axial einander
gegenüberliegenden Kreisringflächen des die Stange 51 umgebenden Ringraumes
52 gleich groß gewählt, so daß die Ventilstellung durch Druckänderungen des
von den beiden Moment-Wandlern zu dem Kühler fließenden Öles unbeeinflußt bleibt.
-
Beim Anlassen der Antriebsmaschine des Drehmomenten-Wandlers und verhältnismäßig
geringer Belastung desselben wird durch den von der Pumpe 14 erzeugten auf den Ventilkopf
47 einwirkenden öldruck der Ventilkolben 32 gegen den Druck der Feder 49
sofort in die geöffnete Stellung bewegt und der ölfluß zu dem Kühler 34 ermöglicht.
Beim Anwachsen der Wandlerbelastung und entsprechendem Anstieg des hydraulischen
Druckes in den beiden Moment-Wandlem bildet sich in jedem von diesen eine größere
Druckdifferenz zwischen den Ringräumen 25 höheren Druckes und den ringförmigen
Räumen 42, 43 niederen Druckes, die sämtlich an der Niederdruckseite des hydraulischen
Kreislaufes liegen und mit der Eintrittsöffnung des Kühlers und der Druckseite der
Pumpe verbunden sind.
-
Diese Vergrößerung der Druckdifferenz, d. h. der Druckanstieg
in den Räumen 25 höheren Druckes führt zu einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit
des Öles aus dem Inneren des Drehmomenten-Wandlers zum Kühler 34. Würde dieser ölfluß
nicht gesteuert oder gedrosselt werden, so würde die Drucksteigerung zu einer vollständigen
oder teilweisen Entleerung jedes Drehmomenten-Wandlers über den Kühler 34 und die
Leitung 35 in den Niederdruckbehälter 10a führen und hierdurch die Leistung
der Drehmornenten-Wandler nachteilig beeinflußt werden.
-
Diese Neigung zu verstärktem ölfluß von der Niederdruckseite jedes
Drehmomenten-Wandlers zum Kühler verringert den Öldruck an der Niederdruckseite
des hydraulischen Kreislaufes des Drehmomenten-Wandlers und damit notwendigerweise
auch den Druck in den ringförmigen Räumen 42, 43 niederen Druckes der Niederdruckseite,
mit der die Druckseite der Pumpe 14 verbunden ist. Dieser Druckabfall auf der Druckseite
der Pumpe bewirkt wiederum ein Abnehmen des auf den Ventilkopf 47 einwirkenden Druckes,
so daß der Ventilkolben 32
unter der Wirkung der Feder 49 in eine teilweise
geschlossene Stellung oder, bei ausreichend großem Druckabfall, zeitweise in die
vollkommen geschlossene Stellung einrückt und hierdurch der ölfluß vom Drehmomenten-Wandler
zum Kühler und zum Niederdruckbehälter gedrosselt oder unterbrochen wird. Hierdurch
wird erreicht, daß dieser ölfluß wenigstens auf eine solche Menge beschränkt bleibt,
die die von der Pumpe her in den Moment-Wandler eintretende Menge nicht übersteigt,
so daß der Drehmomenten-Wandler stets gefüllt bleibt.
-
Die Ausführungsform nach der Erfindung stellt somit eine Einrichtung
zur automatischen Ableitung eines Teiles des Öles aus dem hydraulischen Kreislauf
der beiden Drehmomenten-Wandler durch den Kühler dar und bewirkt eine selbsttätige
Kühlung des Öles, ohne daß ein unerwünscht hoher Förderdruck durch die Pumpe erforderlich
ist und die Gefahr einer unkontrollierten Entleerung der Moment-Wandler in den Behälter
10a erfolgt.
-
Selbstverständlich können der soeben beschriebenen Vorrichtung zusätzlich
bekannte Mittel zur automatischen Füllung und Entleerung der beiden Drehmomenten-Wandler
zugeordnet werden, wie dies in der Zeichnung durch das mit dem Drosselventil
39 zusammenwirkende Plattenventil 53 angedeutet ist.