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Koaxial angeordnete Fülldruck- und Steuerdruckschalt- und Regeleinrichtung
für Einkreisläufergetriebe mit einem Föttingerwandler und mehreren nachgeordneten
durch Reibscheibenkupplung geschalteten Gangstufen" Die Erfindung betrifft eine
Steuer- uiid Regeleinrichtung fiir die ölhydraulische oder pneumatische Druckbeaufschlagung
von Lamellen-Reibscheibenkupplungen in hydrodynamischen Getrieben vom Einkreisläufertyp
mit einem nachgeordneten mechanischen Gangwechselgetriebe oder konbiniertes Gangwechsel
-Wendegetriebe.
Diese nach dem Föttingerprinzip arbeitenden Gangwechselgetriebe haben bekanntlich
die Aufgabe, aus der -"Nebens chlußcharakteri stik " der Antriebsmaschine, z.B.
einem Dieselmotor, eine für Fahrzeugt erforderliche "Hauptschlußcharakteristik"
zu erzeugen. Hierbei entsteht beim Anfahren des Fahrzeugs ein sehr hohes Drehmoment,
das bei steigenden Getriebeausgangsdrehzahlen stetig abfällt.
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Da für die meisten praktischen Fälle das Wandlungsverhältnis eines
Föttingerwandlers nicht ausreicht, wird ein Mehrgangsgetriebe,nachgeordnet, das,
meist automatisch geschaltet, nach dem Durchfahren des wirtschaftlichen Nutzungsbereiches
eine andere mechanische Gangstufe einschaltet.
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Als Kupplung dienen meistens öldruck- oder pneumatisch beaufschlagte
Reiblamellenkupplungen. Bei einem eingebautem Wendegetriebe kann der Kraftfluß in
die jeweilige Fahrrichtung ebenfalls von den Reiblarnellenkupplungen vorgenommen
werden. Da sich auf der einen Seite bei den Gang- und/oder Wendekupplungen die AnfahrTaomente
zu den Schaitmomenten wie 2:1 verhalten und auf der anderen
Seite
Reibbeläge mit einem Reibverhältnis (statischer Reibwert zu dynamische Reibwert)
von 1:1 bevorzugt werden, wäre es unzweckmäßig, mit einem für das Anfahren bemessenen
konstanten Anpreßdruck der Reiblamellen übar den ganzen Fahrbereich zu arbeiten,
Beim-Schalten des Mehrgangsgetriebes liegt der Druck dann zu hoch, so daß sich zu
harte Schaltungen ergeben, die alle im Kraftfluß liegende Teile stark beanspruchen.
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Eine weitere Eigenschaft von-Föttingerwandlern ist die quadratische
Abhängigkeit der Sekundärdrehmomente von den Antriebdrehzahlen. Diese aber sind
bei Brennkraftmaschinen zwischen einer Leerlaufdrehzahl und einer Vollastdrehzahl
einstellbar. Es wäre daher asünschenswert, die Anpreßdrücke der Gang- und/oder Wendekupplungen
mit zunehmender Motordrehzahl und damit auch mit zunehmenden Motordrehmomenten und
Leistungen zu steigern.
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Arbeitet man solchermaßen mit von der Fahrgeschwindigkeit unabhängigen,
aber mit der Leistung bzw. MotordrehzahL steigenden Anpreßdrücken, so ergibt sich
ein erheblicher Nachteil. Wird nämlich die 1. Gangkupplung und die eingeschaltete
Wendelupplung bei niederigei Motordrezahl und damit niedrigem Anpreßdruck geschlossen
sowie der Wandler gefüllt und anschließcnd der Motor, weil eine
Anfahrt
des Fahrzeuges bei niedriger Leistung nicht möglich ist, auf seine volle Drehzahl
und damit das Getriebe auf seinen vollen Steuerdruck gebracht, so kann sich bei
einem Lamellenpaket dieser Druck nicht gleichmäßig bis zum letzten Lamellenpaar
fortpflanzen, weil infolge des übertragenen Drehmomentes Reibungskräfte an den Zähnen
der Lamellen die Anpreßkraft Stufe um Stufe vermindern, was bei größeren Paketlängen
soweit gehen kann, daß die letzten Lamellen keinen Anpreßdruck erhalten. Dadurch
wird das Lamellenpaket nicht voll ausgenutzt und es kann durch Überlastung der dem
Lamellenkolben benachbarten Lamellen zum Durchrutschen des gesamten Paketes kommen.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die vorstehend genannten
Nachteile zu vermeiden und sie besteht darin, daß die Lamellen der ersten Gangkupplung
bei Motorleerlaufdrehzahl mit einem dem Vollastbetrieb entsprechenden hohen Anpreßdruck
geschaltet werden5 noch bevor der Wandler gefüllt und sich damit ein Drehmoment
aufbauen kann, und daß durch eine von'der Fahrgeschwindigk.eit abhängige Sekundärpumpe
der Steuerdruck stetig bei zunehmender Fahrgeschwindigkeit etwa im gleichen Sinn
wie das nachlassende Turbinendrehmoment dadurch vermindert wird, daß der Sekundärdruck
auf eine R.inllgkolbenfläche des Steuerschiebers
geleitet wird,
wodurch der Federdruck des Steuerschiebers entlastet und damit der Steuerdruck noch
vor Umschaltung auf den 2. Gang gesenkt wird.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine Steuereinrichtung eines Föttingergetriebes mit einem
Kreislauf und 2 nachgeordneten Gängen sowie öldruckbetätigte Lamellenkupplungen
im Getriebeleerlauf bei Motorleerlauf und Fig. 2 zeigt die gleiche Anordnung im
Anfåhrzustand im 1. Gang und Fig. 3 ebenfalls die gleiche Anordnung im Fahrzustand
im 1. Gang.
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Von einem nicht dargestellten Verbrennungsmotor wird über einen Antriebsflansch
60 ein Eingangsvorgelege 61, 62 eine eiselpumpe 73 des Föttingerwandlers 59 angetrieben.
Der von der Kreiselpumpe 73 erzeugte Flüssigkeitsstrom treibt eine Turbine 74 an.
Uber eine Reaktionsbeschaufelung 72 wird die Strömung dem Saugnund der Kreiselpumpe
73 zugeführt. Das von der Turbine 74 angetriebene Drehmoment wird entweder im 1.
Gang über das Räderpaar 85/86 oder über das Raderpaar 44/45 des 2. Ganges und gegebenenfalls
über ein
nicht dargestelltes Wendegetriebe auf die Abtriebswelle
46 geleitet. Von hier wird das Drehmoment einem nicht dargestellten Fahrzeug oder
einer Arbeitsmaschine zugeleitet.
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Die Ölversorgung für Wandlerfüllung, Schmierung, Kühlung, und Steuerung
übernehmen eine Niederdruck-Primärpumpe 64, eine Hochdruck-Primärpumpe 63 und eine
Sekundärpumpe 43 Ein von einet Elektromagneten 50 betätigtes Getriebeleerlauf-Ventil
52 ermöglicht nach Bedarf die Ein- und Ausschaltung des Getriebes. Eine Gangsteuerung
56 teilt je nach Fahrzustand das Steueröl der 1. Gang-Lamellenkupplung 83 oder der
2. Gang-Lamellenkupplung 42 zu.
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Ein in einem Zylinder 80 geführter Kolben 81 preßt entgegen einer
Rückstellfeder 82 das Lamellenpaket 84 zusammen. Mit 10 ist das kombinierte Wandlerfüllungsund-steuerungsventil
bezeichnet.. 29 ist die Schieberbuchse, 31 der Büllungsschieber und 33 der Steuerschieber.
Der Füllungsschieber 31 sowie der Steuerschieber 33 werden bei nicht laufendem rotor
durch die Federn 11 und 12 in ihrer rechten Endstellung gehalten. Bei Notorleerlauf
und stehendem Fahrzeug wird das öl der Hochdruck-Primärpumpe 63 über die Leitung
48 über die Ringnut 53e vom Leerlaufschieber 52- in die
Leitung
40 und von hier in den Raum 32 gedrückt. Der Füllungsschieber 31 geht dabei entgegen
der Feder 11 in seine linke Endlage (Fig. 1). Der Steuerschieber 33 erhält -den
gleichen Öldruck auf die Stirnfläche und, gleichzeitig über die Leitung 37 und die
Bohrungen 36 im Füllungsschieber 31 auf die Schieberringfläche 35.
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Entgegen der Feder 12 geht der Steuerschieber 33 soweit nach links,
bis das Steueröl über die Steuerschlitze 34 in den Raum 28 abfließen kann. Dabei
Iaird das Steueröl auf einem niedrigen Niveau gehalten. Stehen z.B. Stirnfläche
und Ringfläche des Steuerschiebers 33 im Verhältnis 1:1, so ist der Beerlaufdruck
gleich dem halben Anfahr-Arbeitsdruck. Das Füllöl der Niederdruck-Primärpumpe 64
geht über die Leitung 77, Bohrung 21 und 27 ebenfalls in den Raum 28, von wo es
gemeinsam mit dem tiberströmöl der Steuerpumpe 63, über Bohrung 22 und 20 zum nicht
dargestellten Wärmetauscher abfließt.
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In dieser Stellung erhalten der Föttingerwandler 59 und die beiden
Gangkupplungen 42, 84 kein Füll- bzw.
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Drucköl. Das Getriebe ist völlig übertragungsfrei.
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Nur eine der beiden Wendekupplungen 7 soweit solche vorhanden, ist
je nach Wendemagnetlage mit halbem
Drucköl beaufschlagt. Soll das
Fahrzeug in Bewegung gesetzt werden (Fig. 2), so wird der Füllmagnet 50 an Spannung
gelegt und zieht den Leerlaufschieber 52 entgegen der Feder 51 in seine rechte Endl-age.
Das Steueröl aus der Leitung 48 gelangt jetzt über die Ringnut 53 vom läeerlaufschieber
52 über Leitung 55 zur Gangsteuerung 56. Beim Anfahren des Fahrzeugsleitet diese
das Öl weiter auf den Kolben 81 der 1. Gangkupplung 83, der die Lamellen 84 zusammenpreßt
und somit die mechanische Kisaftübertragung ermöglicht. Gleichzeitig wird der Raum
32 über die Leitung 40 und die Bohrungen 54 entlüftet. Die Feder 11 schiebt das
Öl aus dem Raum 32 und der Füllungsschieber 31 mit dem innenliegenden Steuerschieber
33 geht in seinewrechte Endlage. Auch der Steuerschieber 33 wird durch die Feder
12 zunächst in seine rechte Endlage ge-~drückt, wobei der Ablauf des Steueröls aus
dem Raum'35 über die Steuerschlitze 34- in den Raum 28 abgesperrt wird.
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Da das Öl der Niederdruck-Primärpumpe 64 über die Leitung 77, über
die Bohrungen 21 und an der Bohrung 22 abgesperrt ist, fließt es über die Leitung
23, Rückschlagventil 24, Leitung 26 in die Steuerleitung 37.
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Hiermit wird erreicht, daß die 1. Ganglamellenkupplung 83 geschlossen
wird, noch ehe Öl zum Wandler 59 fließt
und sich das Drehmoment
bilden kann. Die Kupplung wird also mit Sicherheit ohne Drehmoment angestelit. Weiter
wird das noch-nicht benötigte Wandlerfüllöl dazu benutzt, um die Durchführung des
Kupplungsfüllvorgangs zu beschleunigen. In dem Augenblick, wo die Kupplung 83 zusammengepreßt
wird, baut sich in den Leitungen 57, 55 und 48, Ringraum 35 ein Druck auf, der von
der Federkraft der Feder 12 und dem jetzt nur noch auf die Ringfläche 35 des Steuerachiebers
33 wirkenden Drucköl bestimmt wird. Die Feder 12 ist so bemessen,'daß die Lamellenkupplung
83 mit einer Kraft zusammenge preßt wird, die-für das bei einer Vollastanfahrt zu
erwartende Drehmoment mit Sicherheit ausreicht. Das nicht in der Steuerung benötigte
Öl fließt über die Steuerschlitze 34 in den Raum 28, der über die Bohrungen 27 mit
der Leitung 78 in Verbindung sieht. Weiter strömt Öl von der Niederdruck-Primärpumpe
64 über die Leitung 77, die Bohrungen 21 und 22 an der jetzt geöffneten Steuerkante
des Steuerschiebers 33 vorbei in den Raum 28, wo es mit dem Uberlauföl der Hochdruck-Primärpumpe
63 zusammentrifft und über die Bohrungen 27 und 25 in-die Leitung 47 und von hier
dem Wandlereingang zufließt.
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Der Wandlerausgang mit der Leitung 75 wird durch den Füllungsschieber
31 verschlossen, damit beim Füllvorgang kein Öl entweichen kann. Sobald der Wandler
59 voll
gefüllt ist, baut sich in der Leitung 47 ein Druck auf,
der iiber die Leitung 78 auf die Ringkolbenfläche 16 geführt wird. Der Füllungsschieber
31 wandert dabei entgegen der Federkraft 11 soweit nach links, daß der Druck am
Wandlereingang durch das aus dem Wandlerausgang, die Leitung ?5 und die Kegeldrossel
19 ausfließende Öl auf einen konstanten Wert geregelt wird. Die Kegeldrossel 19
ist so bemessen, daß bei steigender Motordrehzahl der Förderstrom der Pumpe 64,
der ebenfalls steigt, die Kegeldrossel 19 immer weiter öffnet und somit entsprechend
der Federkraft der Feder 11 der Vorspanndruck im Wandler ansteigt.
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Wenn die 1. Qangkupplung 83 geschlossen und der Wandler 59 gefüllt
ist, setzt sich das Fahrzeug unter der Wirkung des Turbinen-Anfahrdrehmomentes in
Bewegung.
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Dabei beginnt nach Fig. 3 die Sekundärpumpe 4,3 Öl über die Leitung
76, die Ringnut 13, die Bohrung 14 auf den Ringkolbenraum 15 zu pressen, wodurch
die Feder 12 entlastet wird. Der Druck der Sekundärpumpe im Ringraum 16 steigt mit
der Fahrgeschwindigkeit linear bis zu einer Geschwindigkeit an, bei der die erste
Gangschaltung-stattfindet. Durch geeignete liaßnahmen wird der Sekundärpumpendruck
bei der-weitexen Geschwindigkeitszunahme konstant gehalten. Dadurch wird erreicht,
daß
der beim Anfahren an den Kupplungen vorhandene Hochdruck stetig
bis auf einen Wert vermindert wird, der für die Gangschaltung notwendig und ausreichend
ist.
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Der Steuerdruck während der Fahrt wird durch die Form der Steuerschlitze
34 so modifiziert, daß bei Schaltungen mit niedrigen Leistungen auch niedrigere
Steuerdrücke zum Anspressen der Lamellen vorhanden sind als bei höheren Leistungen.