Der hydrodynamische Drehnomentwandler ist in der Zage, konstante Antriebsverhältnisse
(Drehmoment und Drehzahl) prinzipiell in eine Hauptschlußkennlinie umzuwandeln oder,
mit anderen `dorten ausgedrückt, eine Veränderung ('Wandlung) des Drehmoments herbeizuführen,
während bei der hydrodynamischen Kupplung keine Momentenwandlung möglich ist, also
das Abtriebsdrehmoment gleich dem aufgenommenen Moment ist. Hydrodynamische Bremsen
entsprechen im Prinzip hydrodynamischen Kupplungen, wobei entweder das Primärrad
angetrieben wird, während das Sekundärrad ortsfest abgestützt ist oder beide Räder
gegenläufig zueinander angetrieben rotieren. Die bisher zu Fahrzeugbrensungen angewandten
Reibungsbremsen unterliegen aufgrund ihrer Funktion nicht nur einem beachtlichen
verschleiß, sondern kommen bei schweren Fahrzeugen und langen Bergab-Fahrten, besonders
beim Versagen der Bremsung durch den ?Motor, in den herhitzungs- und Verbrennungszustand,
da sie aus Platzmangel meist nicht so groß gebaut werden können, daß die durch die
Energieumsetzung beim Bremsvorgang entstehende Wärmemenge in genügendem Maße
abgeführt werden kann, und sind daher nicht in der Lage, bei schweren Fahrzeugen
die vom Gesetzgeber
verlangten und zur sFunktion des Fahrzeugs erforderlichen
Bremseigenschaften zu gewährleisten.
Deshalb werden heute in
Schwer- und Schweretfahrzeuge in zuneh-
mendem Maße ale
Betriebs- und Dauerbremsen hydrodynamische Brem-
sen eingebaut.
Sie unterliegen keinem Verschleiß und beanspruchen
aufgrund
der Gesetze, nach denen das von einem hydrodynamischen Element
übertragbare Drehmoment proportional der 2. Potenz der
Drehzahl
und der 5. Potenz des Durchmessers und die übertragbare
Leistung proportional der 3. Potenz der Drehzahl und der
5. Po-
tenz des Durchmessers ist, bei den hohen noch zulässigen
Dreh-
zahlen einen sehr geringen Bauraum.
Bei bekannten steuerbaren hydrodynamischen
Elementen befindet sich
im Ölaustrittskanal des stationären
Gehäuses ein von außen steu-
erbares Ventil. Diese Ausführung erfordert'für
den Ölübertritt
von den rotierenden Rädern sum stillstehenden Gehäuse
Dichtele-
mente zwischen diesen Teilen. Diese Dichtelemente bedingen
nun
einen großen Bauaufwand, beanspruchen mit den Abflugkanälen
einen
sich vornehmlich auf den Durchmesser erstreckenden Einbauraum
und
sind besondere bei hohen Drehzahlen sehr störanfällig.
Mit die-
ser oentilanordnung ist es auch nicht möglich, den
Druck im hydrodynamischen Kreislauf automatisch in Abhängigkeit
von der Drehzahl der rotierenden Teile in einfacher weise $u
regeln, um einen bestimmten Kenalinienverlauf bezüglich des übertragbaren
Drehmoments baw. der Leistung zu erhalten.
Aus den
Nachteilen der bekannten Ausführungsformen ergab sich die Aufgabe, Steuer- und Regeleinrichtungen
für hydrodynamische Elemente zu finden, die die genannten Nachteile der bekannten
Lösungen nicht mehr besitzen. Der sich in der Ölfüllung eines hydrodynamischen Kreislaufs
eines hydrodynamischen Elements auf einem bestimmten Durchmesser ergebende Öldruck
ist proportional dem Quadrat der Drehzahl des Primärrades und des mit ihm
verbundenen Gehäuses sowie proportional dem Quadrat der Drehzahldifferenz der rotierenden
Teile, das übertragene Drehmoment ist diesem Druck proportional, der Füllzustand
des hydrodynamischen Kreislaufs diesem Druck entsprechend. Zur Steuerung
und Regelung des von einem hydrodynamischen Element
übertragbaren Drehmoments
bzw. zur Erreichung einer bestimmten Drehmomentcharakteristik in Abhängigkeit von
der Drehzahl des Primärrades bzw. den Drehzahlverhältnis zwiechen dem Primär- und
dem Sekundärrad werden nach der Erfindung bei dauerndem Zufluß von Fallöl vorzugsweise
im rotierenden Primärrad bzw. im mit ihm verbundenen rotierenden Gehäuse, auch Umfaseungeschale
genannt, in dem das Sekundärrad rotiert, von außen steuerbare bzw. selbstregelnde
Druckbegrenzungsventile angeordnet. Dabei wird zu einer
bei jeder Drehzahländerung
sicheren Funktion der Druck- und Xomentenateuerung und -regelung sowie zur Abfuhr
der bei der Energieumsetzung durch die Verwendung des hydrodynamischen Elements
als Bremse und der duiech die allgemeinen Verluste entstehenden Wärmemenge den hydradynamischen
Element dauernd Pilläl zugeführt. Zur "bertragung eines in einem weiten Drehzahlbereich
konstanten Drehmoments ist es ausreichend, den öldruck am Außendurchmesser des hydrodynamischen
Kreislaufs konstant zu halten. 'Hierzu wird erfindungsgemäß ein von außen unbeeinflußtes
Druckbegrenzungsventil konstanter j:irkung angewandt, das den Druck im hydrodynamischen
Kreislauf und damit das maximal übertragbare Drehmoment konstant hält. Das mehr
als zum Auffüllen des hydrodynamischen Kreislaufs bei einer Drehzahlerniedrigung,
die einer Füllstandserhöhung entspricht, erforderliche Ö1 fließt dann dauernd durch
die Druckbegrenzungsventile sowie im rotierenden Gehäuse befindliche kleine Bohrungen
ab.
Anstelle der Regelung auf ein konstantes maximal übertragbares
Drehmoment kann auch eine automatische Regelung auf ein mit der Drehzahl veränderliches
maximal übertragbares Drehmoment, z.B. eine Regelung auf konstante maximal übertragbare
Leistung, erreicht werden durch die erfindungsgemäße Anordnung von Fliehgewichten
an den Belastungsfedern für die Druckbegrenzungsventile, die auf die Federn
so einwirken, daß sich der Begrenzungsdruck der Ventile mit einer sich ändernden
Drehzahl nach einer vorbestimmten Gesetzmäßigkeit einstellt. Der häufig auftretenden
Forderung, das vom hydrodynamischen Element maximal übertragbare Drehmoment durch
eine Steuerung von außen während des Betriebe beeinflussen zu können, wird erfindungsgemäß
erfüllt durch einen hydraulisch axial bewegten Kolben, der die Rückstellkraft (Federvorspannung)
der Druckbegrenzungaventile verändert. Eine sehr einfache Anordnung zur Bewegung
dieses Kolbens ergibt sich, wenn erfindungsgemäß ein zur Rotationsachse offener
mitrotierender.Flüssigkeitsring angewandt wird, dessen eine axiale Begrenzungswand
der hydraulische Verstellkolben ist. Die Auffüllung dieses Flüssigkeitsrings
geschieht hierbei berührungsfrei durch ein parallel zur Rotationsachse des hydrodynamischen
Elemente angeordnetes feststehendes Rohr mit einer Düse, die Entleerung durch in
der Zylinderwand angeordnete dauernd of-@ fene kleine Bohrungen, wobei die durch
das Füllrohr mit der Düse zugeführte Flüssigkeitsmenge größer sein muß als die durch
die Entleerungsbohrungen dauernd abfließende Menge. Die Erfindung ist in den Zeichnungen
schematisch und beispielsweise dargestellt, und es zeigt die Abb. 1 eine hydrodynamische
Kupplung mit der erfindungsgemäßen Anordnung federbelasteter selbstregelnder,Ventile,
die Abb. 2 eine hydrodynamische Kupplung mit der erfindungsgemäßen Anordnung federbelasteter
selbstregelnder Ventile, deren Federn zur Erzielung einer bestimmten Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie
der Kupplung mit Fliehgewichten versehen sind, und die
Abb. 3 eine
hydrodynamische Kupplung mit der erfindungsgemäßen Anordnung federbelasteter selbstregelnder
Ventile, deren Federn zu einer 2-Stufen-Steuerung des maximal übertragbaren Drehmoments
von außen hydraulisch beeinflußt werden. Beim hydrodynamischen Element nach der
Abb. 1, einer hydrodynamischen Kupplung, ist mit dem rotierenden Primärrad 1 das
Gehäuse 2, auch Umfassungsschale genannt, verbunden, innerhalb dessen das Sekundärrad
3, durch den hydrodynamischen Kreislauf angetrieben, rotiert. Im Gehäuse 2 sind
an seinem Umfang mehrere Druckbegrenzungsventile 4 mit auf einen bestimmten Öffnungsdruck
eingestellten Federn 5 angeordnet. Die Füllung des hydrodynamischen Elemente erfolgt,
durch das hydraulisch betätigte Füllventil 6 gesteuert,
über den Zuflußkanal
7. Das Füllventil 6 wird durch Drucköl, z.B. vom Bremspedal über eine Bremspumpe
erzeugt, durch die Öffnung 8 eintretend, betätigt und öffnet diesem Betätigungsdruck
entsprechend weit. Durch die Rotation des hydrodynamischen Elements entsteht nun
im hydrodynamischen Kreislauf ein bestimmter Öldruck, dessen Höhe mit
dem
Füllzustand und der Drehzahl steigt. Bei der Erreichung des
Öffnungsdrucks
der Druckbegrenzungsventile 4 öffnen diese nun, wodurch das weiter durch
das Füllventil 6 zufließende Ö1 durch die-Ventile 4 und die Öffnungen 9 in den Getrieberaum
abfließen
kann. Der durch die Ventile 4 begrenzte Öldruck ergibt somit ein
bestimmtes maximal übertragbares Drehmoment, der sich selbst ein-
stellende
Füllzustand des hydrodynamischen Kreislaufs ist bei konstantem Öffnungsdruck der
Ventile 4 von der Drehzahl abhängig. Zur Entleerung des hydrodynamischen Elements
bei geschlossenem
Füllventil 6 befinden sich im Mantel des Gehäuses 2 Ölabflußbohrungen
10. Die durch das geöffnete Füllventil 6 zufließende Ölmenge muß zur Aufrechterhaltung
eines stabilen Füllungszustands den hydrodynamischen Elements größer sein als die
durch diese
Bohrungen 10 und die gegebenenfalls geöffneten Ventile 4 abfließende
Ölmenge. Dieser dauernde Öldurchsatz dient auch gleichzei-
tig der Abfuhr
der entstehenden Wärmeenergie.
Beim hydrodynamischen Element
nach der Abb. 2 sind die Ventile 4
als durch Blattfedern 11 vorgespannte
Kugelventile ausgebildet.
An den Blattfedern 11 sind Fliehgewichte 12 außerhalb
der Haupt-
ebene der Federn auf der Seite der Ventilkugeln so angeordnet,
daß
mit steigender Drehzahl die Wirkung der Blattfedern 10 ver-ringert wird, wodurch
mit zunehmender Drehzahl der Öldruck und
damit das Drehmoment selbsttätig
auf einen geringeren Wert gere-
gelt werden. Durch entsprechende Anordnung
der Fliehgewichte kann somit eine bestimmte Drehmomentkennlinie
erreicht werden, z.B. eine Regelung auf konstante zu übertragende
Leistung.
Beim hydrodynamischen Element nach der Abb. 3
ist eine Ventil-und Steuereinrichtung dargestellt, mittels derer eine
Steuerung des
ma=imal übertragbaren Drehmoments in zwei Stufen möglich
ist, in-
nerhalb jeder Drehmomentstufe wird das Drehmoment in der zu
der
Abb. 1 beschriebenen Weise konstant gehalten. Die Druckbegrenzungsventile
4 sind hierbei als durch Blattfedern 11 belastete Kugel-
ventile ausgeführt,
es fehlen jedoch gegenüber der Abb. 2 die
Fliehgewichte. Im Gehäuse
2 befindet sich hier in einer zylindri-
schen Ausdrehung 13 ein axial
beweglicher Scheibenkolben 14, die
zylindrische Ausdrehung 13 ist durch
die mit dem Gehäuse 2 ver-
bundene Abschlußscheibe 15 abgeschlossen.
Die
Arbeite- und Regelstellung für die niedrige Druckstufe entspricht
der unteren Hälfte der Abb. 3, bei ihr ist der Scheiben-
kolben
14 durch einen auf seiner Innenseite im Zylinderraum 16
verbliebenen Ölring
nach außen gedrückt. Die wirksame Federlänge
der Ventilfedern 11 reicht
hierbei von ihrer Befestigungsstelle 1?
bis zur Ventilkugel, mit
der vorhandenen Federvorapannung ist die
niedrige Drehmomentatufe
definiert.
Zur Steuerung der Druckbegrenzungaventile
4 auf die höhere Dreh-
momentatufe wird nun durch ein Zuführrohr
18 mit einer Düse öl
in den Raum 19 zwischen dem Scheibenkolben
14 und der AbachluB-scheibe 15 eingespritzt. Der durch
die Rotation des sich bildenden
Ölringe entstehende öldruck
verschiebt den Scheibenkolben 14 nach
innen, der jetzt mit seiner Fläche
20 die Blattfedern 11 gegen
einen Anlagewulstring 21 des Gehäuses 2
preßt. Durch diese weitere
Federeinepannung wird nun
nicht nur die wirksame Länge der Ventilfedern 11 verkürzt, sondern auch ihre Vorepannung
erhöht. Mit der erhöhten Federkraft steigt der Öffnungsdruck der Druckbegrenzungsventile
4, mit ihm die Füllhöhe den hydrodynamischen Elements und in gleichem Maße
das jetzt maximal übertragbare Drehmoment. Diese Arbeits- und Regelstellung für
die hohe Druck- bzw.
Drehmoment-Stufe ist in der oberen Hälfte der Abb. 3
dargestellt. In der Zylinderwand 13 befinden sich kleine Bohrtangen 22, durch
die aus dem Raum 19 infolge der Fliehkraft dauernd Ö1 in geringer
Menge
in den Getrieberaum austritt. Daraus ergibt sich, daß zu einem dauernden Vollhalten
des Raums 19 die durch das Rohr 18 zugeführte Ölmenge gleich oder größer sein muß
als die durch die Bohrungen 22 abfließende Menge. Nach dem Abschalten der Ölzufuhr
durch das Rohr 1E3 fließt das im Raum 19 befindliche Öl durch
die
Bohrungen 22 ab. Der Scheibenkolben 14 wird dann durch den Druck eines
Ölringe, der sich im Raum 16 auf der Innenseite des Kolbens 14 befindet, in seine
äußere Lage gedrückt. Es hat sich gezeigt, daß diese Steuer- und Regeleinrichtungen,
insbesondere bei hydrodynamischen Bremsen, alle gestellten Steuer-und Regelaufgaben
mit geringstem Bauaufwand in vollkommener Weise
lösen.