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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Drehmomentwandler, bestehend
aus einer in mindestens zwei Kammern unterteilten drehbar gelagerten Trommel, in
denen wenigstens je ein Umlaufrädersatz mit einem getriebenen Umlaufräderträger
und einem mit einem Umlaufrad verbundenen Schöpfrad angeordnet ist, das Flüssigkeit
aus einer am Innenumfang der Trommelkammern gebildeten Flüssigkeitsschicht entnimmt,
wobei infolge der auf das Schöpfrad einwirkenden Zentrifugalkraft ein Drehmoment
erzeugt wird, das von dem Umlaufrad an die Getriebeausgangswelle übertragen wird,
sowie mit Schöpfrohren zum Verändern der Tiefe der in den Kammern enthaltenen Flüssigkeitsschichten.
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Die Erfindung geht von einem gemäß den französischen Patentschriften
1351386 und 1348 300 bekannten hydraulischen Drehmomentwandler
aus, bei dem bereits Schöpfrohre zum Verändern der Tiefe der in den Kammern enthaltenen
Flüssigkeitsschichten vorgesehen sind.
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Demgegenüber besteht die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe darin,
daß die Tiefe der in den Flüssigkeitskammern des Wandlers enthaltene Flüssigkeitsschichten
selbsttätig in Abhängigkeit vom Drehzahlverhältnis des Wandlers geändert wird und
somit auch die Wandlungsverhältnisse des Getriebes veränderbar sind.
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Diese Aufgabe ist bei dem hydraulischen Drehmomentwandler der eingangs
geschilderten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit den Umlaufrädern des in
der Zuströmkammer befindlichen Umlaufrädersatzes Schöpfrohre verbunden sind, durch
die bei einer Relativdrehung der Umlaufräder gegenüber den Flüssigkeitsschichten
Flüssigkeit aus der einen als Saugkammer dienenden Kammer in die Zuströmkammer gepumpt
wird, und daß zwischen den beiden Kammern Rückströrnöffnungen angeordnet sind.
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Dadurch wird selbsttätig abhängig vom Drehzahlverhältnis der Getriebeeingangs-
und Getriebeausgangswelle das an der Getriebeausgangswelle verfügbare Drehmoment
geändert. So wird bei geringer Drehzahl der Getriebeausgangswelle und hoher Drehzahl
des in der Zuströmkammer an(reordneten Umlaufrädersatzes dieSaugkammer soweitleergepumpt,
daß von den Schöpfrädern in der Saugkammer kein Drehmoment geliefert wird. Steigt
die Drehzahl der Getriebeausgangswelle, so verringert sich die relative Drehzahl
der Schöpfräder, so daß die Pumpwirkung geringer ist und sich die Saugkammer über
die Rückströmöffnungen wieder füllt, so daß auch von den Schöpfrädern in der Saugkammer
zusätzliches Drehmoment geliefert wird.
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Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch einen Drehmomentwandler nach der Linie
PI der F i g. 2, F i g. 2 einen Axialschnitt nach der Linie II-11
der F i g. 1, F i g. 3 einen abgewickelten Teilaxialschnitt des Drehmomentwandlers,
F i g. 4 einen schematischen Axialschnitt durch den Drehmomentwandler in
Verbindung mit einem Getriebe, F i g. 5 einen schematischen Axialschnitt
durch eine Ausführungsfonn mit drei Kammern, F i g. 6 eine perspektivische
Teildarstellung des Drehmomentwandlers, F i g. 7 einen Schnitt durch einen
Drehmomentwandler mit lose um den Träger angeordneter Trommel und F i
g. 8 einen Axialschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform ähnlich F
i g. 2.
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Die F i g. 1, 2 und 3 der Zeichnungen zeigen einen Umlaufräderträger
10 in Form einer Trommel mit einer durch zwei gegenüberliegend angeordnete
Kammern gebildeten Zuströmkammer 26 und einer durch zwei gegenüberliegende
Kammern gebildeten Sangkammer 28. Die beiden Kammerpaare sind mit Umwand
24 getrennt, die sich von dem Innenumfang der Trommel nach innen erstreckt. Außerdem
sind die Kammern durch axial verlaufende Wände 24 a getrennt, die von dem
Innenumfang der Trommel nach innen vorstehen. In den Zuströmkammern 26 ist
ein Umlaufrädersatz A angeordnet, deren Räder einander gleich sind, jedoch
zur Vermeidung einer doppelten Darstellung mit unterschiedlichen Pumpeinrichtungen
versehen sind. Tatsächlich sind die Pumpeinrichtungen aber für die beiden Schöpfräder
gleich.
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Die Schöpfräder sind auf Wellen 100 gelagert, auf denen auch
die Umlaufräder 102 angeordnet sind, die mit den Zwischenrädern 104 kämmen, welche
wiederum mit dem Sonnenrad 106 im Zahneingriff sind. Die Schöpfräder weisen
zwei mit axialem Ab-
stand angeordnete Seitenplatten 108 und
110 (siehe F i g. 2) auf, zwischen denen mehrere mit Umfangsabstand
angeordnete Schaufeln 112 mit im wesentlichen C-förmigem Querschnitt angeordnet
sind, deren innere Lippen gegenüber der Welle 100 einen Abstand aufweisen.
Die inneren und äußeren Lippen der Schaufeln begrenzen öffnungen, die in einer Richtung
um die Achse der Welle 100 weisen.
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In den Saugkammern 28 ist ein weiterer Umlaufrädersatz B, auf
Wellen 114 angeordnet, auf der die Umlaufräder 116 sitzen (siehe F i
g. 3). Die Zwischenräder 118 kämmen mit den Umlaufrädern
116 und mit dem weiteren Sonnenrad 120, das mit der Getriebeeingangswelle
20 verbunden ist.
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An Stelle der Zwischenräder 104 und 118 kann auch ein beispielsweise
bei 118 a gezeigter Kettentrieb vorgesehen sein.
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In der Umfangswand 24, welche die Saugkammern 28 von den Zuströmkammern
26 trennt, sind Rückströmöffnungen 122 vorgesehen.
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Aus den F i g. 2 und 4 geht hervor, daß die Hohlwelle 124,
auf der das Sonnenrad 106 sitzt, über einen Getriebezug 126 und über
eine Freilaufeinrichtung 18 mit der Getriebeausgangswelle 20 verbunden ist.
Der Getriebezug ist in einem gehäusefesten Getriebekasten 22 angeordnet. Aus F i
g. 4 ist ersichtlich, daß die Schöpfräder A ein Drehmoment über die
Hohlwelle 124 und über den Getriebezug 126 sowie über die Freilaufeinrichtung
28 auf die Getriebeausgangswelle 20 übertragen. Andererseits sind die
Schöpf-
räder B so angeordnet, daß sie unmittelbar die Getriebeausgangswelle
20 antreiben.
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Die F i g. 1, 2 und 3 der Zeichnungen zeigen, daß die
Pumpeinrichtung für den Schaufelradsatz A aus Schöpfrohren 30 bestehen,
die einen axial gerichteten Teil mit einer Auslaßöffnung 34 aufweisen, die in dem
Raum zwischen den inneren Lippen der Schaufeln 112 und der Welle 100 angeordnet
ist.
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Wahlweise können die Schöpfrohre 30 a vorgesehen sein, die
Auslaßöffnungen 36 aufweisen, die so angeordnet sind, daß sie lediglich in
den Zuströmkammern 26 und nicht in die Schaufelräder A fördern.
Die
in der unteren Hälfte der F i g. 1 gezeigte Pumpeinrichtung besteht aus Schöpfrohren
130,
einem Schaufelrad30b mit Schaufeln32, die sich von der Welle
100 nach außen und zwischen zwei mit axialem Abstand angeordneten Seitenplatten31
erstrecken (siehe F i g. 3), wobei in der einen Seitenplatte von den äußeren
Enden der Schaufeln 32 nach innen öffnungen vorgesehen sind, die eine Verbindung
zu den Schöpfrohren 130 (siehe F i g. 3) herstellen, deren Auslaßöffnungen
in das Schöpfrad A
der Zuströmkammer 26 mündet.
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Im Betrieb laufen während des Anlassens, d. h. solange die
Abtriebsdrehzahl der Welle 124 nicht gleich der Antriebsdrehzahl des Trägers
10 ist, die Schaufelräder A um ihre Achsen relativ zu dem Umlaufräderträger
um. Hierbei pumpen die Schöpfrohre 30 oder 30 A bzw. die von dem Schaufelrad
30 b gespeisten Schöpfrohre 130 Flüssigkeit von den Saugkammern
28 in die Zuströmkammern 26. Die Rückströmöffnungen 122 gestatten
ein Zurückfließen der Flüssigkeit.
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Solange die Pumpeinrichtung mehr Flüssigkeit fördert als über die
Rückströraöffnungen 122 zurückfließt, sind die Schöpfräder B ohne Flüssigkeit und
somit nicht in der Lage, ein Drehmoment zu erzeugen oder ein Drehmoment von der
Getriebeeingangswelle her aufzunehmen. Jedoch nimmt bei einer Beschleunigung der
Getriebeausgangswelle die Drehgeschwindigkeit der Schöpfräder A relativ zum
Umlaufräderträger ab, und somit verringert sich auch die Pumpmenge aus den Saugkammern
in die Zuströmkammern; dann strömt eine größere Flüssigkeitsmenge in die Saugkammern
zurück als aus ihnen herausgepumpt wird. Dies führt zu der Bildung einer Flüssigkeitsschicht
in den Saugkammern 28, die sich gegen den Innenumfang der Trommel legt, so
daß die Schaufeln 112 der Schöpfräder B Flüssigkeit einfangen und um ihre Achsen
herum ein Drehmoment erzeugen, welches auf die Getriebeausgangswelle 20 übertragen
wird. Das durch die Schöpfräder A erzeugte Drehmoment wird über die Hohlwelle
124, über den Getriebezug 126 und über die Freilaufeinrichtung
18 auf die Getriebeausgangswelle 20 übertragen.
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Die Schaufeln der Schöpfräder A bewegen sich beim Umlauf der
Schöpfräder um ihre Achsen relativ zu dem Umlaufräderträger durch die Flüssigkeitsschicht
in der Trommel hindurch und nehmen Flüssigkeit von dieser Schicht auf und führen
sie in Richtung des Pfeiles 140 (siehe F i g. 1) mit sich herum in Richtung
auf den mittleren Bereich der Trommel zu, wenn die Trommel in Richtung des Pfeiles
142 umläuft. Die Flüssigkeit bleibt auf einer Seite des Schöpfrades relativ zur
Umlaufrichtung des Umlaufräderträgers um seine Achse eingesehöpft. In
dem
mittleren Bereich der Trommel fließt die Flüssigkeit aus den Schaufeln
aus, wodurch nur eine Hälfte des Schöpfrades gefüllt ist. Die Zentrifugalkraft,
die infolge des Umlaufes des Umlaufräderträgers um seine Achse auf diese Unwucht
einwirkt, erzeugt ein Drehmoment um die Umlaufräderachse, welches auf das zugeordnete
Sonnenrad und von dort aus auf die Getriebeausgangswelle 20 übertragen wird.
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F i g. 5 zeigt eine Ausführungsform mit drei Kammein und drei
Umlaufrädersätzen A, B und C. Der Umlaufrädersatz
C ist ein Zwischensatz, der ebenfalls mit Schöpfrohren 30, 30
a oder 130 ausgerüstet ist. Die Schöpfrohre des Umlaufrädersatzes
C sind so angeordnet, daß sie von der Kammer 27 aus pumpen, in welcher
die Schöpfräder B angeordnet sind, und können so eingerichtet sein, daß sie in die
Saugkammern 28 oder die Zuströmkammern 26 hineinfördern.
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Es sind zusätzliche Rückströmöffnungen 40 a zwischen den Saugkammern
28 und der Kammer 27 vorgesehen, so daß die Flüssigkeit von der Saugkammer
28 aus in die Kammer 27 zurückströmen kann und dadurch die Schöpfräder
B beaufschlagt sind, wenn Flüssigkeit in der Kammer 27 zurückbleibt. Anstatt
den Rückströrnöffnungen 40 a können auch Rückströmöffnungen 40 b zwischen
den Zuströmkammern 26 und der Kammer 27 vorgesehen sein. Die Schöpfräder
A sind so angeordnet, daß sie auf die Hohlwelle 124 ein Drehmoment ausüben,
während die Schöpfräder C so angeordnet sind, daß sie ein Drehmoment über
eine weitere Antriebsverbindung 121 und ein weiteres Sonnenrad 119 auf die
Hohlwelle 144 ausüben, während die Schöpfräder B über eine zusätzliche Antriebsverbindung
123 auf die Getriebeausgangswelle 20 wirken. Es ist somit möglich, daß ein
Drehmoment in drei Stufen auf die Getriebeausgangswelle 20 übertragen wird, und
zwar über verschiedene Getriebezüge und Freilaufvorrichtungen, die mit den Hohlwellen
124 und 144 ähnlich F i g. 4 verbunden sind. Es ist damit möglich, das Drehmoment
in mehreren Stufen durch die verschiedenen Schöpfräder zu erzeugen, wobei der Übergang
von dem einen Umlaufrädersatz auf den nächsten automatisch erfolgt, sobald die Getriebeausgangswelle
ihre Drehzahl erhöht. In dem Maße, in dem die Drehzahl der Getriebeausgangswelle
zunimmt, kommt das Pumpen durch die Schöpfrohre der verschiedenen Stufen zum Stillstand,
wodurch der nächstfolgende Umlaufrädersatz in Betrieb gesetzt wird.
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Der zuerst in Betrieb kommende Satz treibt die Getriebeausgangswelle
20 über einen Getriebezug an, der ein hohes Drehmoment auf der Getriebeausgangswelle
beim Anfahren vorsieht. Der nächste Satz übernimmt den Antrieb bei einer vorher
festgelegten Drehzahl zur Übertragung des Drehmomentes auf die Getriebeausgangswelle
über den für diesen Satz vorgesehenen Getriebezug. Dieses setzt sich fort, bis die
Endstufe erreicht ist, deren Antrieb unmittelbar auf die Getriebeausgangswelle wirkt.
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Gegebenenfalls kann zwischen der Getriebeausgangswelle 20 und der
Getriebeeingangswelle 150, beispielsweise bei 152 (in F i
g. 2), ein überholfreilauf vorgesehen sein, so daß ein Schiebebetrieb möglich
ist, beispielsweise dann, wenn der Drehmomentwandler in einem Kraftfahrzeug eingebaut
ist.
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F i g. 6 der Zeichnungen zeigt eine perspektivische Teilansicht
des als Trommel ausgebildeten Umlaufräderträgers. Die Umfangswand 24, die sich von
dem Innenumfang der Trommel radial nach innen erstreckt, teilt eine zusätzliche
Kammer 26 a, die in Verbindung mit der Zuströmkammer 26 ist,
von einer weiteren zusätzlichen Kammer 28 a ab, die in Verbindung mit der
Saugkammer 28 ist. Es ist ein Schöpfrohr 180 vorgesehen, in dessen
Einlaßöffnung 182 bei Umlauf der Trommel in Richtung des Pfeiles
186 Flüssigkeit in Richtung des Pfeiles 184 einfließt. Das Schöpfrohr
180 erstreckt sich von der Kammer 26 a schräg über die Wand 24 in
die Kammer 28 a. Durch die Auslaßöffnung 188 fließt die Flüssigkeit
in die Kammer 28 a in Richtung des Pfeiles 190 aus. Zur Steuerung
der Eintauchtiefe der Einlaßöffnung
182 in die Flüssigkeitsschicht
innerhalb der Kammer
26 a sind Mittel 192 vorgesehen, die eine
mit dem Schöpfrohr verbundene Welle 194 aufweist, die bei 196 drehbar gelagert
und mittels des Handgriffs 198
schwenkbar ist.
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In einer abgewandelten Ausführungsform kann die Zuströmkammer in einer
frei drehbaren Trommel koaxial mit dem Umlaufräderträger angeordnet sein. Der Umlaufräderträger
weist dann nur die Zuströmkammern 26 auf, und die Rückströraöffnungen sind
dann so angeordnet, daß die Flüssigkeit von den Zuströmkammern 26 in die
Trommel zurückfließt. Eine solche Konstruktion ist in F i g. 7 gezeigt und
ist der Konstruktion nach F i g. 1 ähnlich. Die frei drehbare Trommel trägt
das Bezugszeichen 10 a. Der Umlaufräderträger besitzt Rückströraöffnungen
10 b zur Verbindung der Saugkammer 28 mit dem Inneren der Trommel
10 a. Die anderen Bezugszeichen der F i g. 7
bezeichnen mit
der F i g. 1 identische Bauteile.
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F i g. 8 zeigt eine Ausführungsfonn ähnlich F i g. 2,
die jedoch an Stelle des außenverzahnten Sonnenrades 106 ein innenverzahntes
Sonnenrad 106 a aufweist. Die Antriebsverbindung wird durch
den direkten Eingriff der Verzahnungen zwischen dem Sonnenrad 106
a und den Umlaufrädern 102 gebildet.
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Eine Zwischenverbindung zwischen mehreren mit Umfangsabstand angeordneten
Saugkammern kann dadurch hergestellt werden, daß man eine Kammer in dem Umlaufräderträger
mit axialem Abstand von den Saugkammern vorsieht, die keine nach innen gerichtete
axial verlaufende Wand aufweist. Es ist somit möglich, daß sich beim Umlauf des
Umlaufräderträgers in die Kammer ein Flüssigkeitsring oder eine ringförmige Flüssigkeitsschicht
ausbildet. Sieht man nun einen axial verlaufenden Kanal am Umlaufräderträgerumfang
vor, der von jeder Saugkammer in diese Kammer führt, so sind die Saugkammern untereinander
verbunden.
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Die Zuströmkammern können in ähnlicher Weise miteinander verbunden
werden, indem man eine weitere entsprechende Kammer in dem Umlaufträger und axial
verlaufende Kanäle an dem Umlaufräderträgerumfang vorsieht, die diese Kammer mit
den Zuströmkammern verbinden.
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Die beiden Kammern, in denen eine Flüssigkeitsschicht ausgebildet
wird, können mit einem ähnlichen Schöpfrohr, wie in F i g. 6 gezeigt, zum
Rückströmen der Flüssigkeit ausgestattet werden. Wahlweise können zwischen den einzelnen
Saug- und Zuströmkammern Rückströrnöffnungen vorgesehen werden. Auf diese Weise
können dynamisch ausgeglichene Umlaufrädersätze um die Achse des Umlaufräderträgers
herum angeordnet werden, wobei jeder zum Antrieb mit seinem eigenen Sonnenrad verbunden
ist.