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Überbrückbarer Drehmomentwandler nach dem Strömungsprinzip mit Teilentleerung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehmomentwandler nach dem Strömungsprinzip
mit einer schaltbaren, mechanischen Überbrückungskupplung zwischen Primärteil und
Sekundärteil und mit einer radial außerhalb der Leitradbeschaufelung liegenden Beschaufelung
des Primärteils und des Sekundärteils.
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Es ist bekannt, einen Drehmomentwandler nach dem Strömungsprinzip
in der Weise zu überbrücken, daß dessen Primärteil und Sekundärteil, z. B. mittels
einer mechnanischen Kupplung, starr miteinander verbunden werden. Mit dieser Maßnahme
kann in Betriebsbereichen, in denen das Momentwandlungsvermögen des Wandlers nicht
erforderlich ist, der Wandler ausgeschaltet und die Kraftübertragung rein mechanisch
vorgenommen werden.
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In überbrücktem Zustand des Wandlers tritt jedoch auf Grund des umlaufenden
Primärteils und Sekundärteils einerseits und des feststehenden Leitrads andererseits
eine Bremswirkung ein. Um diese Bremswirkung, die einen Teil der Antriebsleistung
vernichtet und damit den Wirkungsgrad der Antriebsanlage herabsetzt, zu vermeiden
oder zu vermindern, sind bereits mehrere Verfahren und Vorrichtungen vogeschlagen
worden. Der einfachste Weg ist der, den Wandler zu entleeren. Das Entleeren erfordert
jedoch einen verhältnismäßig großen Zeitaufwand. Eine weitere Möglichkeit, die Bremswirkung
des überbrückten Wandlers zu vermeiden, besteht darin, daß das Leitrad drehbar ausgebildet
und für den normalen Betrieb entweder durch eine Bremse oder durch einen Freilauf
festgehalten, für den überbrückungsbetrieb aber freigegeben wird. Diese Anordnung
ist recht aufwendig bezüglich der Herstellung; der Bauaufwand ist insbesondere dann
äußerst groß, wenn die Leitradschaufeln zur Drehmomentregelung des Wandlers schwenkbar
ausgebildet sind.
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Es ist auch möglich, die Bremswirkung dadurch auszuschalten, daß die
Leitradbeschaufelung bei überbrücktem Wandler aus dem Kreislauf herausgeschoben
wird. Auch hier ist der Aufwand groß.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diese Bremswirkung mittels
einer Einrichtung zu beseitigen, die keinen großen zuzsätzlichen Bauaufwand erfordert
und innerhalb kurzer Zeit nach überbrükkung des Wandlers wirksam ist. Es wird hierbei
von einem Drehmomentwandler nach dem Strömungsprinzip mit einer schaltbaren, mechanischen
überbrückungskupplung zwischen Primärteil und Sekundärteil und mit einer radial
außerhalb der Leitradbeschaufelung liegenden Beschaufelung des Primärteils und des
Sekundärteils ausgegangen und erfindungsgemäß eine Einrichtung - vorzugsweise unter
Benutzung des ringförmigen Spaltes zwischen dem Leitrad einerseits und dem Primärteil
und dem Sekundärteil andererseits - zum wahlweisen Teilentleeren des Arbeitsraumes
des Wandlers mindestens bis zum Außendurchmesser der Leitradbeschaufelung und zum
Wiederfüllen vorgeschlagen. Bei solchermaßen teilentleertem und überbrücktem Wandler
findet, da sich zwischen den Leitradschaufeln nur Luft befindet, im wesentlichen
kein Flüssigkeitsumlauf und also keine Kraftübertragung zwischen Primärteil und
Sekundärteil einerseits und Leitrad andererseits statt. Damit ist die erwähnte Bremswirkung
praktisch vermieden.
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Die Erfindung hat somit nicht eine der normalen bekannten Entleerungseinrichtungen
für Strömungskreisläufe zum Gegenstand, sondern eine Entleerungseinrichtung für
Strömungswandler, mittels der eine Teilentleerung bewirkt wird. Außerdem - wie aus
dem Obengesagten hervorgeht - kann die vorliegende Aufgabe lediglich bei überbrückbaren
.Strömungswandlern gestellt sein.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung kann beispielsweise darin bestehen,
daß die Zufuhr der Wandlerflüssigkeit mengenmäßig gesteuert wird und daß die Flüssigkeit
am äußeren Umfang des Primärteils oder Sekundärteils über Bohrungen abfließt. Bei
Wandlerbetrieb ist die Flüssigkeitszufuhr so groß, daß trotz Abfließens der Flüssigkeit
über die Bohrungen und an den Leckstellen der Wandler vollständig gefüllt bleibt.
Bei überbrücktem Wandler wird die Flüssigkeitszufuhr derart beschränkt, daß nur
noch der Primärteil und der Sekundärteil gefüllt sind, die Flüssigkeit also nicht
mehr die Leitradbeschaufelung berührt. Diese Teilentleerung des Wandlers geht in
verhältnismäßig kurzer Zeit vonstatten.
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Die Beschaufelung des Primärteils und des Sekundärteils wird, wie
an sich bekannt, zu einer achssenkrechten Ebene etwa symmetrisch ausgebildet. Dadurch
sind
die Flüssigkeitsringe im teilentleerten Wandler beiderseits der achssenkrechten
Ebene gleich groß, wirken somit infolge der Zentrifugalkraft in der erwähnten Ebene
mit gleicher Kraft gegeneinander und verhindern auf diese Weise auch die geringfügige
Mer:aianströmung im Kreislauf des Wandlers, die bei unsymmetrischer Anordnung der
erwähnten Wand-]erteile noch möglich ist und dabei eine sehr geringe Brensiswirkung
hervorrufen würde. Die noch verbleibende Reibung zwischen dem Flüssigkeitsring ini
umlaufenden Teil des Wandlers und der Luft in der Leitradbeschaufelung ist vernachlässigbar
klein.
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Falls der Wandler so ausgebildet ist, deß er über der. r«ng'örnii-en
Spalt zw;scren dem Le'trad e_nerseits und dem Primärteil oder Sekundärteil andererseits
teilentleerbar ist, ergibt sich der Vorteil, daß man das Entieercn des Wandlers
nicht in dem Zeitpunkt unterbrechen muß, in dem die Flüssigkeit sich nu; noch im
Primär- und Sekundärteil befindet. Vielrichä hört die Entleerung in diesem Zeitpunkt
von selbst: auf.
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Eine zweckmäßige Ausbildung des Strömungswandlers ist ferner darin
zu sehen, daß der Primärteil auf der dem Antrieb abgewendeten Seite, der Sekundärteil
auf der dem Antrieb zugewendeten Seite liegt, und daß ferner der Spalt auf der Primärteilseite
zur Te*lcntleerung des Wandlers verwendet wird. Diese Anordnung bringt konstruktive
Vorteile mit sich und ern-_öglicht eine bessere Abführung der durch den Spalt austretenden
Arbeitsflüssigkeit.
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Ein weiteres Erfindungsmerkmal besteht darin, daß bei einem Wandler
mit einer am Primärteil bzw. Sekundärteil vorgesehenen und eine oder mehrere Abflußöffnungen
aufweisenden, ringförmigen Auffangrinne für die Arbeitsflüssigkeit diese Auffangrinne
etwa auf demselben Durchmesser wie der Spalt oder auf einem größeren Durchmesser,
und zwar außerhalb des Kreislaufs der Arbeitsflüssigkeit, angeordnet wird. Hierdurch
ergibt sich ein besonders zweckmäßiges Sammeln und Abführen der Arbeitsflüssigkeit.
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Eine andere vorteilhafte Ausbildung des Ölaustritts weist zwei an
sich teilweise bekannte Merkmale auf: am Primärteil oder Sekundärteil wird etwa
auf demselben Durchmesser wie der Spalt oder auf einem größeren Durchmesser außerhalb
des Kreislaufes der Arbeitsflüssigkeit eine ringförmige Auffangrinne angeordnet;
in diese Auffangrinne greift ein Schöpfrohr ein, dessen Eintrittsöffnung sich etwa
auf dem Durchmesser des Spalts befindet. Das Schöpfrohr nimmt die Flüssigkeit an
der Auffangrinne auf und führt sie dem Sumpf zu. Auf diese Weise tritt bei gedrosselter
Füllungszufuhr die gewünschte Teilentleerung ein.
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Bei den bisher erwähnten Einrichtungen zur wahlweisen Teilentleerung
des Wandlers muß bei Wandlerbetrieb die Flüssigkeitszufuhr das Abfließen der Flüssigkeit
über Bohrungen oder den Spalt und die L eck v erluste ausgleichen. Hierbei fließen
unter Umständen so große Flüssigkeitsmengen durch den Wrndler hindurch, wie es zur
Kühlung nicht erforderlich wäre. Diesen unnötigen Förderaufwand kann man dadurch
herabsetzen, daß die Abflußöffnungen bei Wandlerbetrieb ganz oder teilweise geschlossen
werden. Es wird daher vorgeschlagen, daß die Abflußöffnungen bzw. das Schöpfrohr
mit einem oder r-1.--hre:en steuerbaren Absperrvcntilen versehen wer- d.
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Als Absperrventil gemäß der Erfindung kommt an sich jedes steuerbare,
einen Ölstrom absperrende Ventil in Frage. Besonders zweckmäßig ist das so-.c,-,-nannte
Schnellentleerventil. Dieses besteht im wes;-ntlichen aus einem an sich bekannten,
als biegsame Membran oder als Metallbalg ausgebildeten Differentialkolben, dessen
äußere, unter dem Fülldruck des Wandlers stehende Beaufschlagungsfläche größer ist
als die innere, unter dem Wandlerdruck stehende Beaufschlagungsfläche. Der Fülldruck
des Wandlers wird dazu benutzt, das Ventil zu schließen, wenn die Schließkraft von
außen größer ist als die Kraft, die der Wandlerdruck von innen verursacht. Solange
der Fülldruck vorhanden ist, ist das Schnellentleerventil also geschlossen. Wird
dagegen der Fülldruck weggenommen, so öffnet sich das Schnellentleerventil, und
es tritt die Teilentleerung des Wandlers ein. Es liegt nahe, Fülldruck und Überbrückungskupplung
gemeinsam in sinngemäßer Weise zu bedienen.
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Eine andere Ausbildung eines Absperrventils besteht im wesentlichen
aus einem an sich bekannten Steuerkolben, der mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch
betätigt wird. Dieser Steuerkolben kann zweckmäßigerweise gegen einen Federdruck
auch durch den Fülldruck des Wandlers gesteuert werden, indem der Fülldruck bei
normalem Betrieb nicht nur auf den Wandler wirkt, sondern auch das Absperrventil
schließt.
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Schließlich sei noch eine besonders einfache Ausbildung eines Absperrventils
hervorgehoben, die im wesentlichen aus einem zur gemeinsamen Steuerung der Abflußöffnungen
dienenden, verschiebbaren Ring besteht.
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Die Erfindung wird im folgenden an einigen Ausführungsbeispielen gemäß
den Zeichnungen näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt die Anordnung eines überbrückbaren Strömungswandlers
in einem Längsschnitt; F i g. 2 und 3 zeigen Teillängsschnitte von zwei weiteren
Ausführungsbeispielen in vergrößerter Darstellung.
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In F i g. 1 werde die Primärwelle 1 eines Strömungswandlers und damit
das Primärrad 2 mit der Primärbeschaufelung 2a angetrieben. Das Moment wird über
die Sekundärbeschaufelung 3a auf das Sekundärrad 3 und die Sekundärwelle 4 übertragen.
Das Leitrad 5 mit der Beschaufelung 5a, 5b ist ortsfest angebracht. Die Beschaufelung
des Primär- und des Sekundärteils ist etwa symmetrisch zu einer achssenkrechten
Ebene 6 ausgebildet. Die Primärbeschaufelung 2a und Sekundärbeschaufelung 3a liegen
außerhalb der Außendurchmesser der Leitradschaufeln 5a, 5b.
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Eine Reibkupplung 8 überbrückt nach Betätigen eines Stiftes 8a, also
mit zusammengepreßten Lamellen, den Primärteil und den Sekundärteil des Wandlers,
so daß der Antrieb von der Primärwelle 1 unmittelbar ohne Schlupf auf die Sekundärwelle
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übertragen wird.
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Am Außendurchmesser des Leitschaufelkranzes 5b auf der Seite der Primärbeschaufelung
2a befindet sich ein ringförmiger Spalt 9, durch den die Flüssigkeit in die mit
dem Primärrad 2 umlaufende Auffangrinne 10 gelangt. Eine Abflußöffnung 12 kann durch
Verschieben eines Ringes 13 geschlossen und geöffnet werden, je nachdem der Wandler
arbeiten soll oder überbrückt werden soll. In geöffnetem Zustand der Abflußöffnung
12 wird die Füllung bei umlaufendem Wandler so weit entleert, bis die Flüssigkeit
sich nur noch im miteinander gekuppelten
Primärteil und Sekundärteil
befindet. Über eine Zuleitung 11 wird der Wandler gefüllt.
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In F i g. 2 ist ein Teil des Primärrades 16 sowie ein Teil des Leitrades
17 dargestellt. In Höhe des Außendurchmessers des Leitschaufelkranzes 17a befindet
sich ein Spalt 19. Die Flüssigkeit gelangt bei umlaufendem Wandler durch den Spalt
19 in eine Auffangrinne 20. In diese greift ein Schöpfrohr 21
ein.
Dadurch, daß sich die Flüssigkeit in der umlaufenden Auffangrinne gegenüber dem
feststehenden Schöpfrohr bewegt, gelangt die Flüssigkeit durch die Eintrittsöffnung
22 des Schöpfrohrs 21 zu einem Steuerkolben 23. Der Steuerkolben wird durch den
Fülldruck des Wandlers betätigt, und zwar derart, daß der Steuerkolben bei normalem
Wandlerbetrieb unter dem Fülldruck nach links verschoben wird und die Teilentleerung
verhindert. Bei überbrücktem Wandler wird der Fülldruck weggenommen, so daß der
Kolben durch eine Feder 24 nach rechts verschoben wird und damit die Teilentleerung
über das Schöpfrohr und eine Abflußleitung 25 bewirkt. Der Wandler wird über eine
Leitung 26 gefüllt, von der eine Zweigleitung 27 zum Steuerkolben führt.
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F i g. 3 zeigt wiederum einen Teil des Primärrades 30 mit einer
Ölauffangrinne 31 und einen Teil des Leitrades 32. Etwa am Außendurchmesser des
Leitschaufelkranzes 32a an der Auffangrinne befindet sich eine Abflußöffnung 34,
die durch eine Membran 35 eines Schnellentleerventils verschließbar ist. Diese Membran
wird vom Fülldruck des Wandlers gesteuert.
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Der Wandler wird über eine Leitung 36 gefüllt und zur Sicherung der
Füllung gegenüber den Leckverlusten unter einem gewissen Überdruck gehalten. Gleichzeitig
steht auch eine Zweigleitung 37 unter diesem Druck und drückt die Membran 35 gegen
die Abflußöffnung 34, schließt also das Absperrventil, so daß keine Flüssigkeit
austreten kann. Der Durchmesser der Abflußöffnung 34 ist kleiner als der Durchmesser
eines Raumes 38, in dem die Membran geführt wird, so daß der Anpreßdruck (Schließdruck)
größer als der Öffnungsdruck ist. Ist der Wandler überbrückt, wird der Fülldruck
weggenommen. Die Leitungen 36 und 37 sind somit druckentlastet. Die Flüssigkeit,
die aus dem Spalt 33 über die Auffangrinne 31 in die Abflußöffnung 34 geschleudert
wird, hebt die Membran 35 ab und öffnet damit das Absperrventil. Die Flüssigkeit
kann nun über einen ringförmigen Kanal 39 und eine Leitung 40 so weit abfließen,
bis die Teilentleerung eingetreten ist.
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Die Ansprüche 2, 5, 7 und 8 sollen lediglich zusammen mit Anspruch
1 Schutz genießen.