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Einrichtung zum Begrenzen des Drehmoments in hydrodynamischen Wandlern
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Begrenzen des Drehmoments in
hydrodynamischeu Wandlern mit torroidalem Strömungskreislauf, in dem eine mit einer
Antriebsmaschine, beispielsweise Verbrennungsmotor, verbundene Pumpe, eine Turbine
und ein in Strömungsrichtung unmittelbar hinter der Turbine liegendes Leitrad und
ein erstes und ein zweites Pitotsches Rohr angeordnet sind, wobei das erste Pitotsche
Rohr im Bereich des Einlasses in das Leitrad liegt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine bestimmte Anordnung
der beiden Pitotschen Rohre einen linearen Zusammenhang zwischen dem Meßergebnis
der Pitotschen Rohre und dem übertragenen Drehmoment zu erhalten.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das zweite Pitotsche Rohr im
Bereich des Auslasses aus dem Leitrad derart angeordnet ist, daß beide Pitotschen
Rohre dem statischen Druck und das erste Pitotsche Rohr zusätzlich wenigstens einer
Komponente des Strömungsdruckes der aus der Turbine strömenden Flüssigkeit ausgesetzt
ist, während das zweite Pitotsche Rohr der aus dem Leitrad abfließenden Strömung
in einem Bereich zwischen Null und einem Wert unter dem Druck im ersten Pitotschen
Rohr derart ausgesetzt ist, daß das Verhältnis zwischen übertragenem Drehmoment
und der zwischen beiden Pitotschen Rohren bestehenden Druckdifferenz sich linear
verhält und daß eine Abtastvorrichtung mit einem gleich großen, mit den vom ersten
bzw. zweiten Pitotschen Rohr übertragenen Drücken beaufschlagte Flächen aufweisenden
Stellglied in Verbindung mit einer Vorrichtung vorgesehen ist, die in Abhängigkeit
des von den Pitotschen Rohren übertragenen Differenzdruckes die Antriebsmaschine
im Sinn einer entsprechenden Änderung des der Pumpe zugeführten Drehmoments beeinflußt.
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Es ist bei Strömungswandlern bekannt, das übertragene Drehmoment z.
B. durch Beeinflussung der Antriebsmaschine oder Verstellen der Schaufeln in Abhängigkeit
vom Wandlerdruck zu begrenzen oder zu beeinflussen. Weiterhin ist es bekannt, mittels
je einer Druckmeßstelle (Pitotsches Rohr) an der Ober-und Unterseite der Leitschaufeln
eines hydrodynamischen Wandlers im Bereich des Leitradeinlasses das übertragene
Drehmoment des Wandlers zu messen und mittels dieses Meßwertes die Leitschaufelverstellung
auf einen Optimalwert zu steuern. Dabei ist das Verhältnis der Änderung der Druckdifferenz
zwischen den Meßstellen und dem übertragenen Drehmoment nicht linear.
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Durch die Erfindung wird eine Einrichtung zum Begrenzen des Drehmoments
in hydrodynamischen Wandlern geschaffen, bei denen auf einfachste Weise durch Auswertung
bestimmter Strömungsverhältnisse im Wandlerkreislauf eine genaue Beeinflussung des
Drehmomentverhältnisses möglich ist. Die gesamte Einrichtung wird dadurch wesentlich
einfacher und betriebssicherer und läßt sich insbesondere sehr leicht an unterschiedliche
Betriebsbedingungen und unterschiedliche vorgesehene Regelwerte anpassen.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung bestehen die Stellglieder
aus Membranen, die zwischen Kammern liegen und auf gegenüberliegenden Seiten mit
dem Druck aus dem ersten bzw. dem zweiten Pitotschen Rohr in Verbindung stehen.
Dabei können die Membranen bei ihrer Bewegung in Abhängigkeit von der Druckdifferenz
elektrische Kontakte betätigen, welche die das Antriebsdrehmoment beeinflussende
Vorrichtung steuern.
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Weiterhin können zwei Membranen vorgesehen sein, wobei die Druckkammern
vor bzw. hinter den Membranen durch Leitungen verbunden und in den Kammern auf einer
Seite Membranenfedern verstellbar angeordnet sind, welche die Membranen in einer
Richtung vorspannen.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 einen Axialschnitt durch
einen dreistufigen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit der Einrichtung zum Begrenzen
des Drehmoments, F i g. 2 in größerem Maßstab einen Schnitt entlang der Linie
2-2 in F i g. 1,
F i g. 3 in größerem Maßstab einen
Schnitt durch eines der Pitotschen Rohre, F i g. 4 einen Schnitt entlang
der Linie 4-4 in F i g. 3,
F i g. 5 eine Ansicht ähnlich F i
g. 4 auf das andere der Pitotschen Rohre, F i g. 6 schematisch eine
Ansicht der Lage der Pitotschen Rohre zu den Schaufeln des Leitrades und F i
g. 7 ein Vergleichsdiagramm der Differentialdrücke der Pitotschen Rohre im
Verhältnis zum Ab-
gabedrehmoment.
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Eine Eingangswelle 10 ist mit einem Motor, beispielsweise mit
einem Verbrennungsmotor, kraftschlüssig verbunden. Auf der Welle 10 ist ein
Schaufelrad 11 mit Pumpenschaufeln 12 aufgekeilt. Der toroidale Strömungskreislauf
13 wird in seinem äußersten Teil durch ein stationäres Gehäuse 14 gebildet.
Von den Pumpenschaufeln 12 durchströmt die Flüssigkeit eine mit der Abtriebswelle
17 verbundene dreistufige Turbine 16 mit Schaufelkränzen
18, 19
und 20. Zwischen den Turbinenschaufeln 18 und 19
ist ein
erster Luitschaufelkranz 21 und zwischen den Turbinenschaufeln 19 und 20
ein zweiter Leitschaufelkranz 22 vorgesehen.
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Beim dargestellten Wandler 15 liegen die Pumpenschaufeln 12
und die Schaufeln 18 der ersten Stufe der Turbine im zentrifugalen Bereich,
während die Schaufeln 19, 20 der zweiten und dritten Turbinenstufe und die
zweiten Leitschaufeln 22 in dem zentripedalen Bereich des Kreislaufes angeordnet
sind. Die ersten Leitschaufeln 21 liegen im Außenbogen.
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Die Pitotschen Rohre 23, 24 erstrecken sich durch die Außenwand
25 des Wandlergehäuses 14, so daß ihre Schäfte 26, 27 vor bzw. hinter
den Leitschaufeln 21 liegen. Sie haben einen üblichen Aufbau, jedoch zur Anpassung
an Schaufellage und -teilung abweichende Winkellagen für ihre Einlaßkanäle, die
dein Staudruck der Antriebsflüssigkeit ausgesetzt sind.
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F i g. 3 und 4 zeigen den Innenaufbau des in Strömungsrichtung
vorderen Pitotschen Rohres 23. Sein Schaft 26 besteht aus einem Stück
mit einem außerhalb der Gehäusewand 25 liegenden hohlen Kopf 28.
Er
hat einen Längskanal 29, welcher eine Verbindung zwischen dem Innenraum des
Kopfes 28 und einem seitlichen Einlaßkanal 30 für den Staudruck bildet.
Das hintere Pitotsche Rohr 24 entspricht in seinem Aufbau im allgemeinen dem vorderen.
Es hat ebenfalls einen außerhalb der Gehäusewand 25 liegenden hohlen Kopf
31 und besteht aus einem Stück mit dem Schaft 27. Letzterer weist
einen Längskanal 32 auf, welcher eine Verbindung zwischen dem Innenraum des
Kopfes 31 und einem seitlichen Staukanal 33 (F i g. 5) bildet.
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Wie schematisch in der F i g. 6 dargestellt ist, liegt der
Schaft 26 des ersten Rohres vor dem Eingang zwischen einem Paar der ersten
Leitschaufeln 21, wobei der Staukanal 30 in Richtung der aus den Schaufeln
18 der ersten Turbinenstufe ausströmenden Flüssigkeit gerichtet ist, während
der Schaft 27 des zweiten Pitotschen Rohres hinter dem Ausgang zwischen einem
anderen Paar der ersten Leitschaufeln 21 liegt. Durch diese in Umfangsrichtung versetzte
Anordnung der Pitotschen Rohre ist die Messung im zweiten von der durch das erste
gegebenenfalls bewirkten Störung der Strömung unabhängig.
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Der durch das vordere Pitotsche Rohr 23 gemessene Druck ist
immer höher als der durch das hintere Rohr 24 gemessene Druck. Wie in den F i
g. 5 und 6
gezeigt, liegen die Staukanäle 30 und 33 in
verschiedenen Winkeln in dem gegebenen Querschnitt der Schäfte 26,27. Diese
Winkel können für einen bestimmten Wandler leicht durch Versuch festgelegt werden.
Die Winkelwerte werden so gewählt, daß der Differentialdruck, welcher durch die
von den Pitotschen Rohren 23, 24 übertragenen Drücke hervorgerufen wird,
eine lineare Funktion des Abgabedrehmoments des Wandlers 15 ist, wie dies
in der F i g. 7 gezeigt ist.
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Die Pitotschen Rohre 23, 24 können am ersten Leitschaufelkranz
21 oder auch am zweiten Leitschaufelkranz 22 angeordnet sein, wenn dies konstruktiv
günstiger ist.
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Zur Auswertung der von den Pitotschen Rohren 23, 24 übertragenen
Drücke wird eine in der F i g. 2 dargestellte Meßeinrichtung 34 verwendet.
Diese Einrichtung weist ein Gehäuse 35 auf, welches an einer Konsole
36 am Wandlergehäuse 14 befestigt ist. Der Boden des Gehäuses 35 ist
eine Platte 37, und eine Wand 38 teilt den Innenraum des Gehäuses
35
in zwei Kammern 39 und 40, die über einen Kanal 41 in der Wand
38 in dauernder Verbindung stehen, so daß die gegen die unteren Seiten der
Membranen 42, 43 an den oberen Enden der Kammern wirksamen Drücke in beiden Kammern
immer gleich sind.
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Die Membranen 42, 43 sind an den oberen Stimkanten des Gehäuses
35 mit Hilfe eines Deckels 45 abdichtend befestigt. Der Deckel 45 ist so
ausgebildet, daß Kammern 46, 47 an der Oberseite der Meinbranen 42, 43 gebildet
werden, zwischen denen durch einen Kanal 48 im Deckel 45 ein Druckausgleich erfolgt.
Die Kammer 40 steht über einen Kanal 49 in der Wand des Gehäuses 35 und über
ein Verbindungsrohr 50 mit dem hohlen Kopf 31 des hinteren Pitotschen
Rohres 24 in Verbindung, während die Kammer 47 über einen Kanal 51 im Deckel
45 und ein Verbindungsrohr 52 mit dem hohlen Kopf 28 des vorderen
Pitotschen Rohres 23 in Verbindung steht.
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Die Membranen 42, 43 werden gegen den Differenzdruck einstellbar vorbelastet.
Dazu ist für die Membrane 42 in dem unteren Teil der Kammer 39
ein Kolben
53 vorgesehen, der sich gegen das untere Ende einer Schraubenfeder 54 abstützt,
deren oberes Ende an einem Federteller 55 liegt, der mittels einer Gegenschale
56 und einer Kopfschraube 57 an der Membrane 42 befestigt ist. Der
Kopf 58 der Schraube 57 dient als elektrischer Kontakt, der bei entsprechender
Stellung der Membrane in Eingriff mit einem Gegenkontakt 59 gelangt, welcher
durch den Kopf einer Schraube 60 gebildet wird. Die Schraube 60
erstreckt
sich durch eine Isolierhülse 61 durch den Deckel 45 nach oben.
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Für die Membrane 43 ist in gleicher Anordnung ein Kolben
62, eine Schraubenfeder 63 ' ein Federteller 64, eine Gegenschale
65 und eine Schraube 66
mit Kontaktkopf 67 vorgesehen. Der Kontaktkopf
67
gelangt in Eingriff mit einem Kontakt 68 an einer Schraube
69, die sich durch ein Isolierrohr 70 und den Deckel nach oben erstreckt.
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Wenn sich das Abgabedrehmoment des Wandlers 15 ändert, so ändert
sich sowohl der Druck in den Kammern46,47 als auch der Druck in den Kammein
39, 40. Die Stellung der Kolben 53 bzw. 62
und damit die Spannung
der Federn 54, 63 erfolgt durch Stellschrauben 71 und 72 in
der Bodenplatte 37.
Die Feder 63 wird dabei stärker
vorgespannt als die Feder 54. Die Vorspannungsdifferenz ist so gewählt, daß in der
Richtung des größer werdenden Drehmoments und infolgedessen des höheren Druckdifferentials
zwischen den Kammern 46, 47 und den Kammern 39, 40 die Kontakte
58, 59 sich vor den Kontakten 67, 68 schließen, während in der Richtung
des abnehmenden Drehmoments infolge der höheren Belastung der Feder 63 die
Kontakte 67 und 68 sich vor den Kontakten 58 und
59 berühren. Durch die mit den Kontaktschrauben 60 bzw.
69 verbundenen Drähte 83, 87 werden Stellimpulse an eine das Antriebsdrehmoment
beeinflussende Steuereinrichtung gegeben.