DE2248644C3

DE2248644C3 - Hydrodynamischer Strömungskreislauf

Info

Publication number: DE2248644C3
Application number: DE19722248644
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl.-Ing. 7923 Koenigsbronn Helfer
Original assignee: Voith Getriebe KG
Current assignee: Voith Getriebe KG
Priority date: 1972-10-04
Filing date: 1972-10-04
Publication date: 1981-11-05
Also published as: DE2248644B2; DE2248644A1

Description

Die im Oberbegriff des Anspruches 1 beschriebene hydrodynamische Drehmomentübertragungsanlage ist gemäß der Hauptanmeldung zusammen mit der vorgeschalteten Reibungskupplung — oder mit einer ein Planetengetriebe und eine Reibungsbremse aufweisenden Baueinheit — Bestandteil einer Fahrzeugantriebsanlage, insbesondere für einen Hubstapler. Mit Hilfe der genannten Regeleinrichtung wird dort das während des Schlupfbetriebes der Reibungskupplung bzw, der Reibungsbremse vom Strömungskreislauf auf die Treibräder übertragene Drehmoment auf einen von der Stellung des Bedienungshebels abhängigen Wert konstantgehalten, wodurch insbesondere das langsame, zentimeterweise Fahren des Fahrzeuges (Inchen)

ίο erleichtert wird.

Bekannt ist eine solche hydrodynamische Drehmomentübertragungsanlage aus der US-PS 35 42 175. Dort handelt es sich um eine Kombination aus einem Drehmomentwandler mit vorgeschalteter Reibungskupplung. Gemäß der dort vorliegenden Aufgabe — gesteuertes Absenken einer Last an einem Kran — wird der DrehmomentwandJer dazu herangezogen, ein vom Motor ausgehendes, über eine mit gesteuertem Schlupf arbeitende Reibungskupplung ein der Bewegungsrichtung der Last entgegengerichtetes Drehmoment zu entwickeln. Nachteilig bei dieser Anordnung ist jedoch, daß zum Bremsen vom Motor her Energie eingespeist werden muß wie beim Heben der Last Beim Heben der Last dreht sich die Wandlerturbine gleichsinnig, beim Senken der Last gegensinnig zur Wandlerpumpe.

Der Erfinder hat nun erkannt, daß die Lehre der Hauptanmeldung in besonders vorteilhafter Weise auch dann anwendbar ist, wenn der hydrodynamische Strömungskreislauf als eine ständig mit Arbeitsflüssigkeit gefüllte Strömungsbremse ausgebildet ist. Der Vorteil der Strömungsbremse ist ja, daß das der Bewegung entgegengerichtete Bremsmoment von der Strömungsbremse selbst aufgebaut wird ohne Einspeisung zusätzlicher Energie von außen her. Hierbei wirkt das genannte Pumpenrad als Bremsrotor, dem in an sich bekannter Weise ein Statorschaufelrad gegenübersteht. Die Reibungskupplung bzw. die aus einem Planetengetriebe und einer Reibungsbremse bestehende Baueinheit dient in diesem Falle während eines Bremsvorganges zum Ankuppeln des Bremsrotors an die abzubremsende Welle, wie dies an sich aus der DE-OS 20 25 306 bzw. der DE-OS 16 30 801, Fig. 14, bekannt ist. Diese bekannten Bauarten haben den Nachteil, daß sich das von der Strömungsbremse aufgenommene Bremsmoment während des Schlupfbetriebes der Reibungskupplung bzw. der Reibungsbremse — bei gleichbleibender Stellung des Bedienungshebels — in unbeabsichtigter Weise ändert.
Der Erfinder hat erkannt, daß eine solche Änderung des Bremsmomentes ähnliche Ursachen hat wie beim Gegenstand der Hauptanmeldung die unbeabsichtigten Änderungen des Antriebsdrehmomentes. Im einzelnen hat er erkannt, daß eine solche Änderung des Bremsmomentes zurückzuführen ist auf Schwankungen des Reibwertes der Lamellen der Reibungskupplung (bzw. der Reibungsbremse) oder auf Schwankungen der Viskosität der Druckflüssigkeit oder auf Schwankungen des effektiven Schließdruckes der Reibungskupplung aufgrund unterschiedlichen Fliehkrafteinflusses auf die Druckflüssigkeit bei Drehzahländerungen (der Druckraum rotiert mit). Die Aufgabe besteht also wie bei der Hauptanmeldung darin, Maßnahmen zu finden, durch die auch bei Verwendung einer Strömungsbremse mit vorgeschalteter Reibungskupplung das vom Fahrzeugantrieb abgegebene Drehmoment während des Rutschbetriebs der Reibungskupplung bei gleichbleibender Stellung des Bedienungshebels konstantgehalten wird.
Der Erfinder schlägt daher zur Lösung dieser

Aufgabe vor, die gemäß der Hauptanmeldung bei einem Strömungswandler (bzw. einer Strömungskupplung) angewandten Maßnahmen auch bei den obengenannten bekannten Strömungsbremsen anzuwenden.

Zur Lösung werden die im kennzeichnenden Teil des ί Anspruchs 1 geschilderten Maßnahmen angewendet, nämlich die hydrodynamische Dreiimomentübertragungsanlage als eine ständig mit Arbeitsflüssigkeit gefüllte Strömungsbremse mit einem Kühlkreislauf für die Arbeitsflüssigkeit sowie mit einer Hilfspumpe zum Aufrechterhalten der Füllung der Strömungsbremse und des Kühlkreislaufes auszubilden. Man erzielt dadurch in sehr einfacher Weise ein Konstanthalten des von der Strömungsbremse während des Schlupfbetriebes der Reibungskupplung (bzw. der Reibungsbremse) ι¹) aufgenommenen Bremsmomentes.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Durch die Merkmale des Anspruchs 2 wird erreicht, daß zum Erzeugen des erforderlichen Druckes in der Druckflüssigkeit die Strömungsbremse mit herangezogen wird, so daß die Hilfspumpe nur einen verhältnismäßig kleinen Druck erzeugen muß und dementsprechend kleiner dimensioniert werden kann. Dieser von der Hilfspumpe erzeugte Druck reicht bei Bremsbeginn für das Ingangsetzen des Bremsrotors völlig aus. Es kann sogar vorkommen, insbesondere, wenn der Bedienungshebel sehr rasch auf höchstes Bremsmoment eingestellt wird, daß die Bremswirkung in unerwünschter Weise stoßartig einsetzt. Dieser Nachteil kann durch die Anwendung der Merkmale des Anspruches 3 vermieden werden.

In Anspruch 4 ist darüber hinaus noch eine Ausführung geschildert, in der an die Stelle der Reibungskupplung eine aus einem Planetengetriebe und Reibungsbremse bestehende Baueinheit tritt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand einer Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 das Steuerschema einer Bremsanlage mit einer Strömungsbremce und einer vorgeschalteten Reibungskupplung und -to

F i g. 2 das Steuerschema einer Bremsanlage gemäß F i g. 1 deren Reibungskupplung jedoch einen Stufenkolben mit zwei separaten Druckflächen aufweist.

Die in F i g. 1 mit 10 bezeichnete Strömungsbremse weist ein Rotorschaufelrad 11 (auch Bremsrotor genannt) und ein Statorschaufelrad 12 auf, die miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum bilden. Die Strömungsbremse ist sowohl während als auch außerhalb des Bremsbetriebes mit Arbeitsflüssigkeit gefüllt. Sie besitzt einen Kühlkreislauf zum Abführen der beim Bremsen entstehenden Wärme (Leitung 13a, 136, mit Kühler 14 und Rückschlagventil 15) sowie eine Hilfspumpe 16 zum Aufrechterhalten der Füllung der Bremse (z. B. zum Zurückführen von Leckflüssigkeit). Die Hilfspumpe 16 wird in der Regel von der abzubremsenden Welle 8 angetrieben (in der Zeichnung nicht dargestellt) und ist über eine Einspeisleitung 17 mit einem Druckbegrenzungsventil 18 und einem weiteren Rückschlagventil 19 an denjenigen Teil i3b der Kühlkreislaufleitung angeschlossen, der die Verbindung zwischen dem Kühler 14 und dem Eintritt in die Strömungsbremse 10 herstellt.

Der Bremsrotor 11 ist über eine Welle 9 an den Sekundärteil 22 einer unter Last schaltbaren Lamellen-Reibungskupplung 20 gekoppelt; deren Primärteil 21 wird von einer abzubremsenden Welle 8 angetrieben, die z. B. mit einem Rad 7 eines Fahrzeuges verbunden ist. Mit dem Primärteil 21 ist ein ringförmiger Druckraum 23 verbunGen, in dem sich ein ebenfalls ringförmiger Kolben 24 befindet zum Zusammenpressen der Reiblamellen der Kupplung entgegen der Kraft der Federn 25. Die hierfür erforderliche Druckflüssigkeit gelangt über eine Leitung 26 in den Druckraum 23 und von dort über eine Drossel 27 zurück in den ölsumpf.

Die Druckflüssigkeit wird kurz nach dem Austritt aus der Strömungsbremse 10 entnommen. Dort herrscht bei stillstehendem Bremsrotor der von der Hilfspumpe 16 erzeugte Druck und nach Ingangsetzen des Bremsrotors ein entsprechend der Drehzahl höherer Druck. Die Druckflüssigkeit gelangt über eine Leitung 28 und über eine Ventilkombination (Druckreduzierventil 52, Absperrventil 56, Steuerventil 60) sowie über die Leitung 26 in den Druckraum 23. Ein Bedienungshebel (Bremspedal) ist mit 50 bezeichnet

Im entlasteten Zustand wird der Bedienungshebel 50 durch die Feder 51 in der mit ausgezogenen Linien dargestellten und mit a bezeichneten Stellung gehalten. Hierbei ist das Absperrventil 56 geschlossen und das Druckreduzierventil 52 auf den kleinsten Ausgangsdruck eingestellt, während das Steuerventil 60 durch die Feder 63 voll geöffnet ist. Im Bereich zwischen den Stellungen b und c des Bedienungshebels 50 ist das Absperrventil 56 stets geöffnet und der Steuerkolben 54 des Druckreduzierventils 52 wird über die Feder 55 mehr oder weniger nach rechts gedrückt, so daß der Ausgangsdruck mehr oder weniger ansteigt. Dieser Ausgangsdruck ist somit ein Maß für die Stellung des Bedienungshebels 50 oder, genauer gesagt, für den Abstand der jeweiligen Stellung von der Stellung b. Dieser Abstand ist hier auch mit »Ausschlag« bezeichnet.

Das Steuerventil 60 dient zu einer weiteren Korrektur des Flüssigkeitsdruckes; es besitzt einen Steuerkolben 64 mit einer ersten Druckfläche 61 und mit einer dieser gegenüberliegenden zweiten Druckfläche 62. Auf die erste Druckfläche 61 drückt ein Hilfskolben 65, der beidseitig mit Druckflüssigkeit beaufschlagbar ist, und zwar auf der dem Steuerkolben 64 zugewandten Seite über die Leitung 66 von dem auf der Eintrittsseite der Strömungsbremse 10 herrschenden Druck und auf der Gegenseite über die Leitung 67 von dem auf der Austrittsseite der Strömungsbremse herrschenden Druck. Die vom Hilfskolben 65 auf die erste Druckfläche 61 ausgeübte Kraft entspricht also der von der Strömungsbremse in der Arbeitsflüssigkeit erzeugten Druckdifferenz und somit wenigstens angenähert dem von der Strömungsbremse erzeugten Bremsmoment. Auf die zweite Druckfläche 62 des Steuerkolbens 64 wirkt über die Steuerleitung 43 der obengenannte, vom Druckreduzierventil 52 eingestellte und den jeweiligen Ausschlag des Kupplungspedals 50 repräsentierende Flüssigkeitsdruck. Außerdem kann hier noch eine Ausgleichsfeder 63 angreifen.

Die Wirkungsweise des Steuerventils entspricht somit derjenigen einer Regeleinrichtung: Die Meßgröße ist die auf die erste Druckfläche 61 und die Sollgröße die auf die zweite Druckfläche 62 ausgeübte Kraft. Durch das Gegeneinanderwirken der beiden Kräfte werden diese miteinander verglichen, wobei ein Abweichen der Meßgröße von der Sollgröße ein entsprechendes Verschieben des Steuerkolbens 64 bewirkt. Wird der Gleichgewichtszustand z. B. dadurch gestört, daß sich die Drehzahl der abzubremsenden Welle 8 und des Bremsrotors 11 und damit das Bremsmoment erhöht, so steigt die auf die erste

Druckfläche 61 wirkende Kraft an und bewirkt ein Verschieben des Steuerkolbens 64 nach links, d. h. in Richtung »Schließen« des Steuerventils 60. Dadurch verringert sich der Druck im Zylinderraum 23 der Reibungskupplung 20 und somit das übertragbare Drehmoment solange, bis am Steuerkolben 64 wieder Gleichgewicht herrscht, d. h. solange, bis das von der Strömungsbremse 10 erzeugte Bremsmoment wieder der durch den jeweiligen Ausschlag des Bedienungshebels 50 vorgegebenen Sollgröße entspricht.

Bei sehr hohen Drehzahlen und bei Einstellung eines sehr kleinen Bremsmomentes kann der Fall eintreten, daß der Zylinderraum 23 der Reibungskupplung 20 nur noch teilweise (im äußeren Bereich) mit Druckflüssigkeit gefüllt ist, und daß demzufolge der Druck in der Leitung 26 auf Atmosphärendruck oder sogar darunter absinkt. In diesem Falle findet also im Steuerventil 60 bei Regelvorgängen nicht mehr ein Verstellen des Druckes der Druckflüssigkeit, sondern nur noch ein Verstellen der Durchflußmenge statt Für diesen Fall ist es zweckmäßig, das Druckreduzierventil 52 als Druckregelventil auszubilden (Steuerleitung 59), damit (bei gleichbleibendem Bedienungshebelausschlag) der Druck auf der Eintrittsseite des Steuerventils 60 konstant gehalten wird.

Die in F i g. 2 dargestellte Bremsanlage unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen dadurch, daß die Reibungskupplung 20a anstelle eines einfachen Druckko'bens einen Stufenkolben 44 aufweist mit zwei hydraulisch voneinander getrennten Druckflächen, nämlich mit einer kleinen Druckfläche 45 und einer großen Druckfläche 46. Ferner ist das einfache Absperrventil 56 ersetzt durch ein zwei getrennte Durchgänge aufweisendes Doppelventil 56a. Die von der Strömungsbremse 10 ausgehende Leitung 28 führt wie in F i g. 1 durch das Druckreduzierventil 52, dann durch das Doppelventil 56a und das Steuerventil 60 und von hier als Leitung 26 über eine einstellbare Drossel 49 zur großen Druckfläche 46 des Stufenkolbens 44. Eine zusätzliche Leitung 47 führt direkt von der Hilfspumpe 16 über das Doppelventil 56a zur kleinen Druckfläche 45.

Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist wie folgt: Bei Bremsbeginn wird durch die Drossel 49 der Druckaufbau auf der großen Druckfläche 46 des Stufenkolbens 44 verzögert. Nur die kleine Druckfläche 45 wird unverzüglich mit Druck beaufschlagt. Dadurch setzt zwar die Bremswirkung unverzüglich ein; da jedoch auf der großen Druckfläche zunächst noch kein wesentlicher Druck herrscht und sich dort — wie gesagt — der Druck mit einer einstellbaren Verzögerung aufbaut, ergibt sich in sehr vorteilhafter Weise ein stoßfreies Ansteigen des Bremsmomentes auf den jeweils eingestellten Wert.

In jedem der beiden Ausführungsbeispiele kann die Reibungskupplung 20 bzw. 20a ersetzt werden durch eine Baueinheit aus einem Planetengetriebe und einer Reibungsbremse. Hierbei ist vorzugsweise — wie an sich bekannt — das Sonnenrad des Planetengetriebes direkt an den Bremsrotor 11 und der Planetenträger direkt an die abzubremsende Welle 8 gekoppelt, während das Hohlrad durch die Reibungsbremse abbremsbar ist. Die Steuerung der Reibungsbremse erfolgt sinngemäß in der gleichen Weise wie bei den zuvor beschriebenen Bremsanlagen die Steuerung der Reibungskupplung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydrodynamische Drehmomentübertragungsanlage, insbesondere für einen Hubstapler, mit einer druckmittelbetätigten und durch eine Steuervorrichtung gesteuerten Reibungskupplung, deren Primärteil angetrieben und an deren Sekundärteil ein ein Pumpen- und ein Turbinenrad aufweisender hydrodynamischer Strömungskreislauf angeschlossen ist, wobei die Steuervorrichtung zum Einstellen des Druckes und/oder der Durchflußmenge des Druckmittels mit Hilfe eines Bedienungshebels zwischen eine Druckmittelquelle und einen Stellmotor eingeschaltet und die Steuervorrichtung Teil eines geschlossenen Regelkreises zum Konstanthalten des zu übertragenden Drehmomentes auf einen der jeweiligen Stellung des Bedienungshebels der Reibungskupplung entsprechenden Wert ist und als dem Regelkreis zuzuführende Meßgröße die vom Pumpenrad des Strömungskreislaufes in der Arbeitsflüssigkeit erzeugte Druckdifferenz oder eine von dieser Druckdifferenz abhängige Größe verwendet wird, nach Patent 2132 144, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrodynamische Drehmomentübertragungsanlage in an sich bekannter Weise als eine ständig mit Arbeitsflüssigkeit gefüllte Strömungsbremse (10) mit einem Kühlkreislauf (13a, \3b)für die Arbeitsflüssigkeit und mit einer Hilfspumpe (16) zum Aufrechterhalten der Füllung der Strömungsbremse und des Kühlkreislaufes ausgebildet ist.

2. Hydrodynamische Drehmomentübertragungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckflüssigkeit für das Betätigen der Reibungskupplung (20,2OaJ und zum Beschicken des Kühlkreislaufes Arbeitsflüssigkeit der Strömungsbremse (10) verwendet wird, welche der Strömungsbremse (10) im Bereich des Austritts der Arbeitsflüssigkeit aus der Strömungsbremse (10) entnommen wird.

3. Hydrodynamische Drehmomentübertragungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein in der Reibungskupplung (20, 20a) den Kraftschluß herbeiführender und mit der Druckflüssigkeit beaufschlagbarer Kolben als Stufenkolben (44) mit zwei in der gleichen Richtung wirkenden Druckflächen (45, 46) ausgebildet ist, wobei die beiden Druckflächen hydraulisch voneinander getrennt sind, und daß die erste Druckfläche (45) mit direkt von der Hilfspumpe (16) gelieferter Druckflüssigkeit und die zweite Druckfläche (46) mit der der Strömungsbremse (10) entnommenen Arbeitsflüssigkeit beaufschlagbar ist.

4. Hydrodynamische Drehmomentübertragungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Reibungskupplung die Reibungsbremse eines zwischen dem Antrieb und der Strömungsbremse (10) geschalteten Planetengetriebes dient.