DE2537064A1

DE2537064A1 - Regelbare, von einem auf eine zentrifugalkraft und auf eine winkelbeschleunigung ansprechenden ventil gesteuerte reibungskupplung

Info

Publication number: DE2537064A1
Application number: DE19752537064
Authority: DE
Inventors: Frank W Groves
Original assignee: Twin Disc Inc
Current assignee: Twin Disc Inc
Priority date: 1974-08-22
Filing date: 1975-08-20
Publication date: 1976-03-04
Also published as: DE2537064C3; JPS5146648A; JPS5546529B2; US3913715A; GB1483548A; DE2537064B2

Description

Patentanwalts: a. grunecker

DlPL-INa

H. KINKELDEY

Dn-INS

2537064 W. STOCKMAlR

DR-INa' Αββ [CALTECH

K. SCHUMANN

DR RER NAT. · DIPU-PHYS

P. H. JAKOB

Dl PL-IMG.

G. BEZOLD

DR FCR NAT.· DPU-OtM.

MÜNCHEN E. K. WEIL

DR FER OEC ING

LINDAU

MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

20. August 1975* P 9489

TWIN DISC, INC.

Racine Street, Racine, Wisconsin, USA

Regelbare, von einem auf eine Zentrifugalkraft und auf eine Winkelbeschleunigung ansprechenden Ventil gesteuerte Reibungskupplung

Die Erfindung betrifft eine regelbare, hydraulisch betätigte Kupplung der Reibungsscheibenbauart mit einem Eingangsbauteil, einem Ausgangsbauteil, mit zwischen diesen Bauteilen ineinandergeschobenen Reibungskupplungsscheiben und mit hydraulisch betätigten Einrichtungen zum schleifenden Festklemmen der Kupplungsscheiben, mit Einrichtungen zur Druckbeaufschlagung der Kupplung zum Zuführen von Strömungsmitteldruck zu den hydraulisch betätigten Einrichtungen, wo-

609810/0317

TELEFON (OSB) 322862 TELEX O5-2S38O TELEGRAMME MONAPAT

durch ein schleifender Eingriff der ineinandergeschobenen Kupplungsscheiben erzeugt wird, und mit hydraulischen Steuereinrichtungen. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung gegenüber hydraulischen Steuervorrichtungen für regelbare Kupplungen der Reibungsscheibenbauart, wie sie in verschiedenen Patenten, welche gemeinsam mit der vorliegenden Anmeldung auf einen Rechtsnachfolger übertragen worden sind, gezeigt sind. Der Reibungskoeffizient in Reibungskupplungen dieser allgemeinen Art ändert sich erheblich, von einem niedrigen Wert bei hohen Schlupfgeschwindigkeiten der Reibungsscheiben auf einen hohen Wert bei sehr geringen Geschwindigkeiten oder geschlossenem Eingriff der Kupplung.

Die deutsche Patentanmeldung P 16 OO 171.1 schlägt eine durch Zentrifugalkraft betätigte Reibungskupplung zur Steuerung der Geschwindigkeit entweder des Eingangs- oder Ausgangsbauteiles der Kupplung unabhängig von Veränderungen der Koeffizienten in der Kupplung selbst vor. Das Steuersystem dieser Anmeldung steuert die Geschwindigkeit des drehbaren Bauteils, in welchem es angeordnet ist, durch Steuerung des Beaufschlagungsdruckes der Kupplung, um das Schleifen oder das Anpassen der Reibungskupplung zu verändern. Es sind sowohl Steuersysteme mit einem einzigen Druck als auch mit zwei Drücken beschrieben.

Die deutsche Patentanmeldung P 16 00 180.2 schlägt eine Venti!einrichtung der in der obigen Patentanmeldung beschriebenen Art vor, welche jedoch empfindlicher ist hinsichtlich der Vorwegnahme der von der Ventileinrichtung durchzuführenden Funktionen durch Beseitigung der Reibung, welche durch die Gleitventilelemente und/oder den ungenauen Sitz und eine un-

6098 10/0317

zureichende Abdichtung der Gleitventilelemente hervorgerufen wird. Hierfür benutzt die vorgeschlagene Vorrichtung Kugeln als verschiebbare Ventilelemente.

Die deutsche Patentanmeldung P 16 OO 179.9 schlägt eine Steuervorrichtung der obenerwähnten allgemeinen Art vor, welche ein verbessertes Zentrifugalkugelventil aufweist, wodurch sich eine weichere und schneller wirkende Kupplung ergibt und wo-¹ bei die Kupplung mit ansteigendem Druck beaufschlagt wird, wenn ihre Drehzahl geringer wird.

Die DT-PS 1 675 247 befaßt sich mit Leistungsübertragungsvorrichtungen wie Kupplungen od^r Bremsen der Reibungsscheibenbauart, welche hydraulische Einrichtungen zum Abfühlen des Drehmomentes zwischen den treibenden und angetriebenen Bauteilen benutzen und die Reibungskupplung entsprechend betätigen, um ein konstantes Ausgangsdrehmoment zu erzielen. Diese Vorrichtung benutzt eine Drehkolben- und Zylinderanordnung als Abfühleinrichtungen, in welchen der Beaufschlagungsdruck für die Reibungsscheiben vom Steuerdruck getrennt ist. Infolgedessen ist das übertragene Drehmoment eine Funktion des Steuerdruckes und folglich leicht einstellbar.

In der US-PS 3 420 344 ist eine Leistungsübertragungsvorrichtung dieser Art beschrieben, welche hydraulisch betätigte Reibungsscheiben, die veränderlich festgeklemmt werden können, und hydraulische Einrichtungen aufweist, um das abgegebene Drehmoment zu messen und entsprechend die Festklemmkraft zu ändern, um dadurch das Ausgangsdrehmoment konstant zu halten. Dies wird durch eine Gegenkupplungseinrichtung in Form von Strömungsmitteldruck erzielt, welcher eine lineare Funktion des aufgrund der Druckbeaufschlagung der Kupplung übertragenen Drehmomentes ist. Diese als Gegenkupplung wirkenden Strömungs-

609810/0317

mitteldrücke wirken dem Beaufschlagungsdruck der Kupplung entgegen. Infolgedessen werden die Veränderungen des Kupplungseingriffes, welche auf dem sich ändernden Reibungskoeffizienten der Reibungsscheiben beruhen, während diese in Eingriff gebracht werden oder in Eingriff sind, bedeutungslos und die Kupplung antwortet entsprechend. Anders ausgedrückt benutzt diese Vorrichtung auf Drehmomente ansprechende hydraulische Einrichtungen, um zur Gewährleistung" eines konstanten Ausgangsdrehmomentes einen entgegengesetzten Gegenkupplungsdruck zu erzeugen.

Die deutsche Patentanmeldung P 20 27 069.3 schlägt eine Leistungsübertragung vor, bei welcher eine Strömungsmittelkupplung vorgesehen ist, welche durch einen Zustand an dem Kupplungsausgang, z.B. ihre Drehzahl oder ihr Drehmoment, gesteuert wird-, wobei die ausgangsempfindliche Kupplung vor einem Drehmomentwandler angeordnet und zum Antrieb dieses letzteren mit diesem verbunden ist und außerdem mit einem Drehzahlregler in Verbindung steht. Folglich- wird der Eingang des Drehmomentwandlers durch die Kupplung entsprechend dem Leistungsbedarf der Last eingestellt, um eine konstante Grundgeschwindigkeit des Fahrzeuges aufrechtzuerhalten.

Ein mit Steuervorrichtungen dieser Art verbundenes Problem besteht in der Schnelligkeit, mit welcher der Reibungskoeffizient der Reibungskupplung sich ändert, was es für das Kupplungssteuersystem schwierig macht, Änderungen in der Winkelgeschwindigkeit vorwegzunehmen.

Ein anderer Nachteil der bekannten Steuereinrichtungen be-

steht darin, daß sie die auf das Kupp lungs steuerventil v/irkende Steuerkraft nicht leicht ändern können. Infolgedessen kann das Steuerventil nur offen oder geschlossen sein, was

609810/0317

eine unregelmäßige Steuerung ergibt.

Die deutsche Patentanmeldung P 20 39 950.2 sch .ägt eine Einrichtung zum Abfühlen von kombinierten Zentrifugal- und Beschleunigungs- oder Bremskräften zur Drehzahlregelung vor. Hierbei wird eine Steuervorrichtung für hydraulisch betätigte Reibungsscheiben einer Kupplung offenbart, welche in veränderlicher Weise festgeklemmt werden können, um den Schleifumfang der Kupplung und folglich die von ihr ausgegebene Leistung zu steuern. Hierbei sind Einrichtungen zum Abfühlen der Veränderung der Winkelgeschwindigkeit vorgesehen, d.h. der Abbremsung bzw. Beschleunigung einer der relativ beweglichen Teile. Die Änderung der Winkelgeschwindigkeit wird benutzt, um die Menge an Betätigungsströmungsmittel, das auf die hydraulisch betätigte Kupplung gegeben wird, zu steuern, wodurch eine übertragung mit Drehmomenten, die auf einen bestimmten Betrag begrenzt sind, erzielt wird. Hierbei wird der maximale Wärmebetrag in der Kupplung auf einen relativ niedrigen Wert begrenzt, weIcher von dem Kupplungsentwerfer vorbestimmt werden kann, so daß der Wärmebetrag nicht eine unbekannte Veränderliche aufgrund der Änderung der Reibungskoeffizienten in den Kupplungsoberflächen während des Betriebes der Kupplung ist. Diese Kupplung erlaubt es, ein maximales Eingriffsspitzenmoment mit einem relativ geringen Wert vorζübestimmen, wobei das Drehmoment bei Kupplungseinrückung niemals das Kurzschlußdrehmoment übersteigt.

Die vorliegende Erfindung sieht ein Steuersystem mit zwei Drücken vor, wobei ein Strömungsmitteldruck der Beaufschlagungsdruck für die Kupplung ist, welcher den Eingriff der Kupplungsscheiben verursacht, und der andere Druck ein veränderlicher Steuerdruck ist. Das Steuersystem gemäß der Er-

609810/0317

findung fühlt die Rotationsgeschwindigkeit und die Änderung in der Rotationsgeschwindigkeit des Bauteiles, auf welchem es gelagert ist, ab und spricht infolgedessen sehr schnell auf eine Änderung des Reibungskoeffizienten der Kupplungsscheiben 'an, welche Solche Änderungen der Rotationsgeschwindigkeit verursacht. Die Beschleunigungsempfindlichkeit der vorliegenden Erfindung wirkt in Verbindung mit der Zentrifugalempfindlichkeit, so daß in dem Falle, in welchem die Rotationsgeschwindigkeit des gesteuerten Bauteils über den gewünschten Wert ansteigt, der Kupplungsdruck im Verhältnis zur abgefühlten Beschleunigung abgelassen und dadurch reduziert wird und infolgedessen das gesteuerte Bauteil verlangsamt. Im Gegensatz hierzu erhöht das Ventil proportional den Beaufschlagungsdruck der Kupplung, wenn das gesteuerte Bauteil abgebremst wird, wodurch eine erhöhte Geschwindigkeit des gesteuerten Bauteils erzeugt wird. Die vorliegende Erfindung beseitigt im wesentlichen jede Ventilreibung und Bistabilität der bekannten Vorrichtungen dieser Art.

Es ist ein Ventilsteuerdruck vorgesehen, welcher zwei Druckerzeugungseinrichtungen aufweist,die auf ein schwenkbares Element zur Erzeugung eines Steuerdrehmomentes einwirken, das veränderlich ist und /versucht, das Ablaßventil des Kupplungsdruckes zu schließen. DLe im Schwerpunkt des Ventils angreifende Zentrifugalkraft versucht, den Druckablaßbetrieb der Kupplung zu eröffnen. Der Steuerdruck verändert sich in Abhängigkeit von der Stellung des schwenkbaren Elementes, wodurch sich ein 'stabiler und konstanter Geschwindigkeitsausgang ergibt. Der Steuerdruck und die Zentrifugalkraft wirken gegeneinander und suchen einen Gleichgewichtszustand durch Änderung des Beaufschlagungsdruckes, um eine Geschwindigkeit zu erzielen, bei welcher das Ventil stabil ist. Wenn die Änderungsgeschwindigkeit des Koeffizienten der Kupplungs-

609810/0317

scheiben größer als die Ansprechfähigkeit dieses Ventiles wird, weist der Beaufschlagungsdruck für die Kupplung eine Schwingung geringer Amplitude und hoher Frequenz auf, welche anschließend durch das Drehmassenmoment des Steuerbauteils integriert und/oder durch einen Drehmomentwandler oder eine andere Kupplungsform zum Verschwinden gebracht wird.

Die vorliegende Erfindung weist ein Steuersystem auf mit einem auf eine Zentrifugalkraft und eine Beschleunigungskraft ansprechenden Ventil, das seinerseits den Beaufschlagungsdruck für die Kupplung, der zur Betätigungakammer einer Reibungskupplung geliefert wird, steuert. Hierdurch.wird eine konstante Drehzahl eines gewünschtes Wertes, von Null bis zur vollen Motordrehzahl durch Änderung des Beaufschlagungsdruckes zu einer kontinuierlich schleifenden Kupplung aufrechterhalten.

Das Steuersystem der vorliegenden Erfindung weist ein verschiebbares Ventilelement auf, das auf einem drehbaren Trägerbauteil drehbar angelenkt ist und das nahe seinem Anlenkpunkt, aber mit einem erheblichen Radius von der Drehachse der Kupplung entfernt eine Gewichtsmasse aufweist. Die Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen Steuersystems hängt von der Maximierung der Zentrifugal- und Beschleunigungskräfte auf das Ventil und einer Minimierung der Ventilträgheit (welche die Fähigkeit des Gewichtes erhöht, schnell auf Winkelgeschwindigkeitsänderungen anzusprechen) ab. Die Anordnung ist derart, daß die Kraft, welche das Steuerventil vorwegnimmt oder "sieht" proportional zu ihrem Abstand von der Drehachse der Kupplung ist. Die vorliegende Erfindung ist eine "Differential-" Steuerung, da das drehbare Ventil die Rotationsgeschwindigkeit und ihre erste Ableitung, nämlich eine Änderung in der Rotationsgeschwindigkeit, d.h. eine Beschleunigung oder Bremsung abfühlt.

609810/0317

Die vorliegende Erfindung schafft ein auf eine Zentrifugalkraft und eine Beschleunigungskraft ansprechendes Steuersystem für eine "regelbare Kupplung der Reibungsscheibenbauart, das weicher und ohne die Reibungsprobleme vieler bekannter Steuersysteme arbeitet. Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Steuerung einfacher und weist weniger bewegte Bauteile als bekannte Steuerungen auf.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig.1 eine Teilansicht der vorliegenden Erfindung, in perspektivischer und Explosionsdarstellung, wobei einige andere Teile der Klarheit willen weggebrochen oder entfernt sind;

Fig.2 eine Queransicht des Zentrifugalventils und seiner Steueranordnung, die auf einer hydraulisch gesteuerten Reibungskupplung angeordnet sind, wobei bestimmte Teile der Klarheit willen weggebrochen oder im Schnitt gezeigt sind;

Fig.3 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig.2, im wesentlichen längs der Linie 3-3 in Fig.2 und in Verbindung mit einer schematischen Darstellung einer Leistungsquelle und eines Drehmomentwandlers;

Fig.4 eine andere Teilansicht der vorliegenden Erfindung, in perspektivischer und Explosionsdarstellung, wobei einige Teile der Klarheit willen im Schnitt oder weggebrochen gezeigt sind, und

609810/0317

Fig.5 ein Schema der auf die Steueranordnung wirkenden Kräfte.

Der allgemeine Aufbau der Leistungsübertragung ist in Fig.3 gezeigt und weist eine Leistungsquelle E auf, wie z.B. einen inneren Verbrennungsmotor oder einen Elektromotor, der einen Antriebsring 1 in Rotation versetzt, der seinerseits ein Eingangsarmkreuz 2 antreibt. Das Eingangsarmkreuz ist drehbar über ein Antriebszahnrad 3 auf einer Wälzrollenlageranordnung 4 gelagert, welche ihrerseits auf einer Ausgangswelle 5 gelagert ist. Das Eingangsarmkreuz weist eine Reihe von Reibungsscheiben 6 auf, die axial verschiebbar, aber drehfest in seinen inneren Nuten 7 befestigt sind.

Ein Ausgangsbauteil weist ein Andruckbauteil 10 auf, das mit der Ausgangswelle 5 kerbverzahnt ist und eine Reihe von Reibungsscheiben 11 aufweist, die bis zu einem bestimmten Grade axial verschiebbar sind und mit dem Andruckbauteil 10 mit Hilfe einer Keilverzahnung in bekannter Weise drehbar verbunden sind. Die Reibungsscheiben 6 und 11 bilden eine Anzahl von ineinandergeschobenen Kupplungsscheiben, welche festgeklemmt, ausgerückt oder in schleifenden Eingriff bis zu einem bestimmten Grade gebracht werden können. Ein ringförmiger, der Kupplungsbetätigung dienender Kolben 13 ist in einem Zylinder 14 axial verschiebbar, der in einem Träger 15 ausgebildet ist, um dadurch eine der Kupplungsbetätigung dienende Kammer 16 mit dem Träger zu bestimmen. Strömungsmitteldruck zur Beaufschlagung der Kupplung wird der Kammer 16 zugeleitet, um eine axiale Verschiebung des Kolbens 13 zu erzeugen, was in bekannter Weise ein Festklemmen der Kupplungsscheiben nach sich zieht. Der Grad, bis zu welchem die Kammer 16 mit Druck beaufschlagt wird, bestimmt den Betrag der Kupplungseinrückung, d.h.

609810/0317

den Betrag der Regelung der Kupplung. Herkömmliche Federn zwischen dem Kolben 13 und dem Andruckbauteil 10 beseitigen den Widerstand zwischen den Kupplungsscheiben, wenn die der Kupplungsbetatigung dienende Kammer 16 nicht mit Druck beaufschlagt ist, wodurch eine vollständige Trennung der Kupplung gewähr leistet ist. Die so von den ineinandergeschobenen Kupplungsscheiben gebildete Kupplung C weist eine hydraulisch betätigte, regelbare Bauart auf.

Der Träger oder das Bauteil 15 ist drehfest mit der Ausgangswelle 5 verbunden und gegen eine Schulter 19 der Welle durch eine Klemmuttereinrichtung 20, die am Ende der Welle angreift, gehalten. Strömungsmitteldruck zur Beaufschlagung der Kupplung wird in eine Durchlaßbohrung 22 in der Ausgangswelle 5 von einer Ströraungsmittelquelle, z.B. einer Pumpe 24 eingeführt. Dieser Druck ist konstant, z.B. 17,58 kp/cm (25O psi) oder mehr. Dies ist das Druckströmungsmitte1 zur Beaufschlagung der Kupplung.

Das Steuersystem weist zwei Drücke auf und ein Steuerdruckströmungsmittel wird in eine Durchlaßbohrung 3O in der Ausgangswelle 5 von einer anderen StrömungsmitteldruckqueHe, z.B. einer Pumpe 32 eingeführt. Der Betrag des Steuerdruckes ist mit Hilfe eines Ventils 34 veränderlich. Er kann z.B. zwischen 0 und 21,09 kp/cm² (300 psi) verändert werden.

Die Ausgangswelle 5 ist mit einem Drehmomentwandler TC bekannter Bauart verbunden, welcher ein Turbinenbauteil T, das mit einer Welle 36 verbunden ist, ein Statorbauteil S und ein Antriebsbauteil I aufweist, das mit der Welle 5 verbunden und von dieser Welle angetrieben ist.

Ein als Ventil dienendes Element 40 ist drehbar auf dem Trä-

609810/0317

ger 15 gelagert, um Druckströmungsmittel ablassen zu können und dadurch die Kraft zu reduzieren, die auf den die Kupplung betätigenden Kolben 13 wirkt. Das Element kann auf irgendeinem Kupplungsbauteil, d.h. entweder auf dem Eingangsoder Ausgangsbauteil angeordnet sein. Das Element 40 ist drehbar auf dem Träger um eine Achse 42 gelagert, die von einem Bolzen 43 gebildet wird, so daß es in einem sehr begrenzten Umfange hin- und herschwingen kann. Die Achse 42 ist parallel zur Drehachse des Trägers 15. Das Element 40 weist ein Gewichtsbauteil 44 auf, das radial nach außen von der Achse 42 angeordnet ist, aber welches auch relativ nahe an der Achse angeordnet ist. Auf der anderen Seite wird angemerkt, daß das Gewichtsbauteil 44 in einem erheblichen Abstand von der Drehachse 46 der Kupplung angeordnet.ist. Das Gewichtsbauteil besteht aus einem äußerst schweren Metall, z.B. Kennertrium oder irgendeinem anderen äußerst dichten Material. Kennertriummetall ist ungefähr dreimal so schwer wie Stahl. Der Rest des Elementes besteht vorzugsweise aus Aluminium oder einem anderen harten Leichtmetallmaterial. Diese Materialkombination sorgt für ein kleines Trägheitsmoment des Elementes 40, das, wie deutlich werden wird, das Ansprechvermögen erhöht, und für einen bestimmbaren Schwerpunkt des Elementes im Zentrum des Gewichtsbauteiles 44, was das Ventil bestimmbarer macht.

Auf der anderen Seite der Achse 42 erstreckt sich das Element 40 als Armteil 48, auf den der Steuerdruck an zwei im Abstand angeordneten Punkten wirkt. Der Druck zur Betätigung der Kupplung steht andererseits in Verbindung mit dem Teil des Elementes, der auf der entgegengesetzten Seite der Achse 42 im Verhältnis zu dem Teil,, auf welchen der Steuerdruck wirkt, angeordnet ist. Eine für den Beaufschlagungsdruck vorgesehene

609810/0317

Durchlaßbohrung 22a in dem Träger weist eine Drosselbohrung 50 auf und die Durchlaßbohrung 22a steht mit der Kammer 16 in Verbindung und darüber hinaus auch mit einem Ventilbauteil 52 in Verbindung, das gegen das Element 40 stößt und teilweise von diesem gebildet ist. Nachdem Beaufschlagungsdruck für die Kupplung der Drosselbohrung 50 unterworfen worden ist, passiert der sich ergebende Druck das Ventilbauteil 52 und gelangt zu seinem offenen Ende, das durch die Ventil-, seite 40a einstellbar ist. Das Ventil ist in seiner geschlossenen Stellung, wenn die Ventilseite 40a gegen das Ende des Ventilbauteils 52 stößt. In seiner geschlossenen Stellung wird der Beaufschlagungsdruck für die Kupplung in keinem Umfange abgelassen. Der Umfang, in welchem der Beaufschlagungsdruck für die Kupplung von dem Ventilbauteil 52 abgelassen wird, hängt vom Abstand des Elementes 40 von dem offenen Ende des Ventilbauteiles 52 ab. Wenn das Element von dem Ventilbauteil 52 weggeschwenkt wird, wird Beaufschlagungsdruck für die Kupplung aus diesem abgelassen, wodurch der Druck für die Kammer 16 reduziert wird.

Eine schwache Feder 53, welche gegen das Element 40 drückt, hält das Ende des Ventilbauteils 52 in einer offenen Stellung, wenn der Träger in der gezeigten Stellung anhalten sollte.

Das Element 40 spricht auf Änderungen der Rotationsgeschwindigkeit an, d.h. es ist empfindlich gegenüber einer Beschleunigung oder Bremsung des Trägers. Damit das Element 40 seine Funktion, nämlich Schließen des Ventilbauteiles 52 oder Ablassen von Strömungsmittel bis zu einem bestimmten Grade aus diesem Ventilbauteil, erfüllen kann und um nicht von dem Beaufschlagungsdruck für die Kupplung selbst beeinflußt zu v/erden, ist das Element 40 hydraulisch auf seiner dem Ventilbau-

609810/0317

teil 52 gegenüberliegenden Seite ausgeglichen. Anders ausgedrückt, das Element 40 arbeitet in "Unkenntnis" der Wirkung des Beaufschlagungsdruckes für die Kupplung selbst. Dies wird von einer Ausgleichseinrichtung 56 erzielt, welche eine Druckleitung 57 aufweist, die an ihrem Ende eine verschiebbare Kugel 58 hat. Der Beaufschlagungsdruck für die Kupplung wirkt auf die Kugel, welche dann ihrerseits gegen die Seite des Elementes 40 anstößt, welche gegenüber dem Ventilbauteil 52 an-geordnet ist. Der Beaufschlagungsdruck für die Kupplung in der Druckleitung 57 zwingt die Kugel gegen das Element 40, so daß der Beaufschlagungsdruck für die Kupplung tatsächlich auf jeder der äich gegenüberliegenden Seiten des Elementes 40 vorhanden ist, wodurch das Element hydraulisch im Gleichgewicht gehalten wird, d.h. die Wirkung des Beaufschlagungsdruckes für die Kupplung auf das Element 40 neutralisiert wird, wodurch es in die Lage versetzt wird, seine Funktion der Regulierung des Strömungsmittelflusses von dem Ventilbauteil 52 unter dem Einfluß des Steuerdruckes durchzuführen. Anders ausgedrückt, die Funktion des Elementes 40, soweit es den Beaufschlagungsdruck für die Kupplung anbetrifft, besteht darin, das Ventilbauteil 52 zu schließen oder den von dem Ventilbauteil abgelassenen Strömungsmittelbetrag entsprechend den Änderungen der Rotationsgeschwindigkeit des Trägers 15 zu regulieren.

Mit der obigen Anordnung wird die Menge des Druckströmungsmittels in der der Kupplungsbetätigung dienenden Kammer 16 durch (1) den konstanten Versorgungsdruck, (2) die Größe der Drosselbohrung 50 und (3) den Betrag der Öffnung des Ventilbauteiles 52, welche ihrerseits von der Stellung des Elementes 40 abhängt, bestimmt.

Wenn das Druckströmungsmittel in der der Kupplungsbetätigung

609810/0317

dienenden Kammer 16 ansteigt, wird sich die Drehzahl der Welle 36 der Drehzahl der Leistungsquelle E annähern. Die Drehmomentübertragungsfähigkeit der Kupplung C ist proportional zum Produkt des Strömungsmitteldruckes zur Beaufschlagung der Kupplung mal dem Reibungskoeffizient der Kupplungsscheibe. Der Zweck der Steuerung der vorliegenden Erfindung besteht allgemein darin, eine konstante Drehzahl eines gewünschten Wertes, von Null bis zur vollen Motordrehzahl,aufrechtzuer- ' halten durch Veränderung des Beaufschlagungsdruckes zu der kontinuierlich schleifenden Kupplung C.

Der Reibungskoeffizient der Kupplungsscheiben ändert sich erheblich, von einem geringen Wert bei großen Schlupfgeschwindigkeit en auf einen hohen Wert bei sehr geringen Geschwindigkeiten und geschlossenem Eingriff der Kupplung. Das vorliegende Differentialventil befaßt sich mit der Schnelligkeit, mit welcher der Reibungskoeffizient sich ändert.

In Fig.5 sind die Drehmomente dargestellt, die auf die Ventilsteuereinrichtung wirken. Ein im Uhrzeigersinn wirkendes Drehmoment ergibt sich aus dem Steuerdruck an zwei Punkten.

P = Steuerdruck

Ag = Querschnittsfläche der Kugel 70 und R.J = Hebelarm ist

und ' ν

P_c'xA₂xR_

P ' = Druck abhängig vom Steuerdruck P_c, der Drosselbohrung

76 und der Stellung des Elementes 40, A-) = Querschnitts fläche des Loches bei P ' R2 = Hebelarm ist.

609810/0317

Ein im Gegenuhrzeigersinn wirkendes Drehmoment ergibt sich aus der Zentrifugalkraft.

MxR_CMxW²xR_c/ wobei MxR_CMxW² = F_c ist und M = Masse des Gewichtsbauteiles 44

R_CM = Radius des Schwerpunktes von der Drehachse der Kupplung W = Drehzahl des Trägers 15

R_c = Zentrifugalhebel ist.

Das Beschleunigungsdrehmoment ist gegeben durch F^xR^ wobei F_A = MxR_CM χ Oi und

oC = Beschleunigung des Trägers 15 ist.

Dieses Drehmoment wirkt im Uhrzeigersinn, wenn der Träger für die gezeigte Drehrichtung abzubremsen versucht und im Gegenuhrzeigersinn für Beschleunigung.

Die Stellung des Elementes 40 relativ zu. dem Ventilbauteil wird durch verschiedene, auf das Element 40 wirkende Kräfte bestimmt. Eine dieser Kräfte ist die Zentrifugalkraft (F_c in Fig.5) auf das Gewichtsbauteil 44, welche von der Masse des Gewichtsbauteiles 44, der Lage des Gewichtsbauteiles 44 und der Drehgeschwindigkeit abhängig ist. Wenn die Drehgeschwindigkeit ansteigt, steigt auch die auf das Gewichtsbauteil 44 wirkende Zentrifugalkraft an, was eine Verschiebung des Elementes 40 zur Öffnung der veränderlichen Öffnung 52a bewirkt, welche von dem Ventilbauteil 52 und der Seite des Elementes 4O gebildet wird. Wenn der Träger rotiert (in Richtung des gekrümmten gezeigten Pfeiles), verursacht diese Geschwindigkeitszunahme eine Verschiebung des Elementes 40 weg vom Ventilbauteil 52, wodurch die veränderliche öffnung 52a geöffnet und der Beaufschlagungsdruck für die Kupplung in Kammer 16 reduziert wird. Eine andere dieser auf das Element 40 v/irkenden

609810/0317

Kräfte leitet sich aus Veränderungen der Drehgeschwindigkeit her, z.B. eine Beschleunigungskraft (F_A in Fig.5) auf das Gewichtsbauteil 44, welche proportional zur Beschleunigung des Trägers 15 ist. Wenn der Träger versucht, seine Geschwindigkeit in Richtung des gekrümmten gezeigten Pfeiles zu vergrößern, wird sich das Element 40 im Gegenuhrzeigersinn wie in der Zeichnung gezeigt drehen, wodurch eine Öffnung der veränderlichen öffnung 52a verursacht wird. Wenn hingegen der Träger in seiner Winkelgeschwindigkeit abgebremst wird, wird das Element ein Schließen der veränderlichen Öffnung 52a veranlassen. Die Stellung des Elementes 40 wird auch von einer dritten Kraft bestimmt, nämlich von der Kraft des Steuerdruckes, der auf das andere Ende des Elementes 40 wirkt, was im nachfolgenden beschrieben wird.

Eine andere auf das Element 40 wirkende Kraft besteht in einem veränderlichen Steuerdruck. Der Steuerdruck wirkt auf das Element 40 über zwei getrennte Druckerzeugungseinrichtungen. Eine dieser Einrichtungen besteht aus einer Kugel 70, die in dem Durchlaß 71 für den Steuerdruck im Träger angeordnet ist und welche gegen das Element 40 durch den auf die Kugel wirkenden Steuerdruck gepreßt wird. Hinter die Kugel 40 dringt sehr wenig Strömungsmittel. Die andere Einrichtung besteht aus einem Klappenventil 72, das in einfacher Weise von dem Element 40 gebildet wird, das gegen eine Öffnung angrenzt. Das Steuerdruckströmungsmittel wirkt somit über die Kugel 70 und das Klappenventil 72, um eine im Uhrzeigersinn v/irkende Kraft auf das angelenkte Element 40 um seine Achse 42 zu erzeugen, wodurch ein Schließen der veränderlichen öffnung 52a des Beaufschlagungsdruckes für die Kupplung veranlaßt wird. Zusammenfassend wird die Stellung des Elementes 40 bestimmt durch (1) eine Zentrifugalkraft auf das Gewichtsbauteil 44, (2) eine Beschleu-

6 0981 0/0317

— Λ "7 —

nigungs- oder Bremskraft auf das Gewichtsbauteil und (3) die vereinte Steuerwirkung des Klappenventils 72 und einer Drosselbohrung 76 und des von der Kugel 70 ausgeübten Druckes. Zusätzlich ändert sich der Steuerdruck in Abhängigkeit von der Stellung des Elementes 40, wie im folgenden erläutert wird.

Die Öffnung des Klappenventils 72- liegt in Reihe mit einer in dem Durchlaß 71a für den Steuerdruck benachbart angeordneten konstanten Drosselbohrung 76. Diese bewirken gemeinsam eine Veränderung des Steuerströmungsmitteldruckes in Abhängigkeit von der Stellung des Elementes 40. Wenn nur Beaufschlagungsdruck für die Kupplung, z.B. 17,58 kp/cm anliegt, wird jede Drehung des Trägers 15 ein Wegschwenken des Elementes von der veränderlichen Öffnung 52a bevzirken, wodurch ein Ablaß des Strömungsmitteldruckes zur Beaufschlagung der Kupplung veranlaßt wird, was eine Verlangsamung des Trägers 15 bewirkt.

Die Betätigungsperson kann einen Steuerströmungsmitteldruck auswählen, welcher ein Schließen der veränderlichen Öffnung 52a bewirkt, wodurch die die Kupplung betätigende Kammer mit dem vollen Strömungsmitteldruck zur Beaufschlagung der Kupplung gefüllt wird und die ineinandergeschobenen Kupplungsscheiben festgeklemmt v/erden. Infolgedessen beschleunigen sich der Träger 15 und das Antriebsbauteil I des Drehmomentwandlers innerhalb von durch das Element 40 erlaubten Grenzen.

Wenn die Beschleunigungskraft auf das Gewichtsbauteil 44 genügend Drehmoment erzeugt, um das Drehmoment, das vom Steuerströmungsmitteldruck erzeugt wird, zu überwinden, wird das

609810/0317

Element 40 derart bewegt, daß die veränderliche Öffnung geöffnet wird, was seinerseits den Beaufschlagungsdruck für die Kupplung in der Kammer 16 verringert, wodurch die Beschleunigung abnimmt. Innerhalb dieser Grenzen wird weiter eine Beschleunigung ausgeübt, bis die Zentrifugalkraft auf das Gewichtsbauteil 44 des Elementes 40 ein Drehmoment erzeugt, das dem Steuerdruckdrehmoment gleich ist. Dann hält das Element 40 eine konstante Geschwindigkeit des Trägers 15 durch Einstellung des Strömungsmitteldruckes zur Beaufschlagung der Kupplung aufrecht. Der Zweck des Klappenventils 72 des Steuerdruckes besteht darin, eine negative Rückkupplung zu dem angelenkten Arm zu schaffen. Der vom Ventil 34 gelieferte Steuerdruck bleibt so, wie er von der Bedienungsperson eingestellt ist, aber wenn die Ventilstellung sich ändert, ändert sich der Druck P_c' und hierdurch wird ein Übersteuern des Armes verhindert und Stabilität erzeugt.

Die Verwendung einer Druckerzeugungseinrichtung wie z.B. der Kugel 70 würde selbst nicht einen Steuerdruck ergeben, der sich mit der Stellung des Elementes 40 ändert. Daher sind das Klappenventil 72 und die Drosselbohrung 76 vorgesehen. Die Öffnung des Klappenventils 72 in Reihe mit der festen Drosselbohrung 76 verursacht einen veränderlichen Steuerströmungsdruck in Abhängigkeit von der Stellung des Elementes 40, wodurch eine stabilisierte Stellung des Elementes 40 erzielt und infolgedessen ein konstanter Beaufschlagungsströmungsmitteldruck erzeugt wird. Wenn die Änderungsgeschwindigkeit des Reibungskoeffizienten größer wird als das Ansprechvermögen des Elementes 40, wird der Beaufschlagungsströmungsraitteldruck eine Schwingung geringer Amplitude und hoher Frequenz ausführen, welche nachfolgend

609810/0317

durch den Drehmomentwandler vollständig gedämpft wird.

Mit dem hydraulischen Steuersystem der vorliegenden Erfindung wird eine stabile Steuerwirkung erzielt, da Änderungen in der Rotationsgeschwindigkeit, sowohl eine Beschleunigung wie eine Bremsung,durch die Steuerung und eine proportionale Korrektur des Beaufschlagungsdruckes vorweggenommen werden, wodurch Regelschwankungen wie bei den bekannten Steuervorrichtungen verhindert v/erden. Beschleunigungs- und Bremsraten schaffen proportionale Kräfte, die den von den Steuerkräften vorgeschriebenen Zustand vorwegnehmen, wodurch Regelschwankungen wie bei den bekannten Steuervorrichtungen verhindert werden. Das Steuersystem der vorliegenden Erfindung reagiert schnell auf sich verändernde Änderungen der Winkelgeschwindigkeit.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Steuerventil mit einem Gewicht, das in der Nähe des Drehpunktes des Ventils und doch mit einem erheblich Drehradius angeordnet ist. Infolgedessen ist es möglich, die Empfindlichkeit (Abfühlen der Zentrifugal- und Winkelgeschwindigkeitskräfte, welche direkt proportional zum Drehradius sind) und minimale Ventilträgheit, welche umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes des Schwerpunktes von der Achse 42 ist, zu kombinieren. Minimale Ventilträgheit steigert die Fähigkeit des Ventils, schnell anzusprechen.

Die Fortschrittlichkeit des vorliegenden Ventils beruht auf seiner Fähigkeit, schnell mit einer vernünftigen Korrektur, welche proportional zur Abweichung von der gewünschten Geschwindigkeit oder den vorliegenden Beschleunigungskräften ist, anzusprechen.

609810/0317

Claims

P 9489

Patentansprüche

Regelbare/ hydraulisch betätigte Kupplung der Reibungsscheibenbauart mit einem Eingangsbauteil, einem Aus-' gangsbauteil und zwischen diesen Bauteilen ineinanderge- , schobenen» Reibungskupplungsscheiben und mit hydraulisch betätigten Einrichtungen zum schleifenden Festklemmen der Kupplungsscheiben, mit Einrichtungen zur Druckbeaufschlagung der Kupplung zum Zuführen von Strömungsmitteldruck zu den hydraulisch betätigten Einrichtungen, wodurch ein schleifender Eingriff der ineinandergeschobenen Kupplungsscheiben erzeugt wird, und mit hydraulischen Steuereinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulischen Steuereinrichtungen ein drehbar an einem der Bauteile (15) gelagertes Element (40) aufweisen, daß die Einrichtungen (52) zur Druckbeaufschlagung der Kupplung in Verbindung mit diesem Element (40) stehen und mit ihm ein Ventil bilden, daß das Element (40) drehbar ist und die Einrichtungen zur Druckbeaufschlagung entweder schließt und ein Festklemmen äek Kupplung ermöglicht öder die Einrichtungen zur Druckbeaufschlagung in verschiedenen Graden öffnet und den Strömungsmitteldruck in verschiedenem Umfang abläßt, und daß Steuerdruckeinrichtungen- (70, 72) vorgesehen sind, die auf das drehbar angelenkte Element (40) einwirken, um das Element (40) zum Verschließen der Einrichtungen (52) zur Druckbeaufschlagung zu drehen.
2. Hydraulisches Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Element (40)

, 609810/0317

ein Gewichtsbauteil (44) aufweist, das radial nach außen von der Drehachse (42) des Elementes (40) angeordnet ist, um so der Drehgeschwindigkeit und einer Änderung der Drehgeschwindigkeit des Bauteils (15) ausgesetzt zu sein und das Element (40) relativ zu den Einrichtungen (52) zur Druckbeaufschlagung der Kupplung zu verschwenken.
3. Hydraulisches Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerdruckeinrichtungen zwei Druckerzeugungseinrichtungen (7O, 72) in bezug auf das Element (40) aufweisen, wobei eine Druckerzeugungseinrichtung eine Drosselbohrung (76) aufweist, wodurch der auf das Element (40) wirkende Steuerdruck in Abhängigkeit von der Stellung des drehbar angelenkten Elementes (40) verändert wird.
4. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (40) auf dem Bauteil (15) um eine Achse (42) drehbar angelenkt ist, die parallel zur Drehachse (46) dieses Bauteils (15) verläuft.
5. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß eine Ausgleichseinrichtung

(56) für den Beaufschlagungsdruck vorgesehen ist, die auf das Element (40) einwirkt, um die Wirkung der Einrichtung (52) zur Druckbeaufschlagung der Kupplung auf das Element (40) auszugleichen, wodurch eine Bewegung des Elementes (40) nur von den Steuerdruckeinrichtungen (70, 72) beeinflußt wird.
6. Regelbare, hydraulisch betätigte Kupplung der■Reibungsscheibenbauart mit einem Eingangsbauteil, einem Ausgangs-

609810/0317

bauteil, zwischen diesen Bauteilen ineinandergeschobenen Reibungskupplungsscheiben und mit hydraulisch betätigten Einrichtungen zum schleifenden Festklemmen der Kupplungsscheiben, mit Einrichtungen zur Druckbeaufschlagung der Kupplung zum Zuführen von Strömungsmitteldruck zu den hydraulisch betätigten Einrichtungen, wodurch ein schleifender Eingriff der ineinandergeschobenen Kupplungsscheiben erzeugt wird, und mit hydraulischen Steuereinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulischen Steuereinrichtungen ein drehbar um eine Achse (42) parallel zur Drehachse (46) des Bauteils (15) an einem der Bauteile (15) gelagertes Element (40) aufweisen, daß die Einrichtungen' (52) zur Druckbeaufschlagung der Kupplung in Verbindung mit diesem Element (40) stehen und mit ihm ein Ventil bilden, daß das Element (40) drehbar ist und die Einrichtungen zur Druckbeaufschlagung entweder schließt und ein Pestklemmen der Kupplung ermöglicht oder die Einrichtungen zur Druckbeaufschlagung in verschiedenen Graden öffnet und den Strömungsmitteldruck in verschiedenem Umfang abläßt, daß das Element (40) ein Gewichtsbauteil (44) aufweist, das radial nach außen von der Drehachse (42) des Elementes (40) angeordnet ist, um so der Drehgeschwindigkeit und einer Änderung der Drehgeschwindigkeit des Bauteils (15) ausgesetzt zu sein und * das Element (40) relativ zu den Einrichtungen zur Druckbeaufschlagung der Kupplung zu verschwenken, daß ferngesteuerte Bjruckeinrichtungen vorgesehen sind, die auf das drehbar angelenkte Elemente (40) einwirken, um das Element (40) zum Verschließen der Einrichtungen der Druckbeaufschlagring zu drehen, daß die Steuerdruckeinrichtungen zwei strömungsmittelbetätigte Druckerzeugungseinrichtungen in bezug auf das Element (40) aufweisen, wobei eine

609810/0317

Druckerzeugungseinrichtung eine Drosselbohrung (76) aufweist, v/odurch der auf das Element (40) wirkende Steuerdruck in Abhängigkeit von der Stellung des drehbar angelenkten Elementes (40) verändert wird, und daß eine Ausgleichseinrichtung für den Beaufschlagungsdruck vorgesehen ist, die auf das Element (40) einwirkt, um die Wirkung der Einrichtung zur Druckbeaufschlagung der Kupplung auf das Element (40) auszugleichen, wodurch eine Bewegung des Elementes (40) nur von den Steuerdruckeinrichtungen (70, 72) beeinflußt wird.
7. Regelbare, hydraulisch betätigte Kupplung der Reibungsscheibenbauart mit einem Eingangsbauteil und einem Ausgangsbauteil mit dazwischen angeordneten ineinandergeschobenen Reibungskupplungsscheiben, mit hydraulischen Einrichtungen zum Festklemmen der Kupplungsscheiben zur Erzeugung einer geregelten Kupplung und mit Einrichtungen zur Druckbeaufschlagung der Kupplung zum Zuführen von Strömungsmitteldruck zu den hydraulischen Einrichtungen, dadurch gekennzeichnet , daß ein Element (40) drehbar auf einem der Bauteile (15) gelagert ist,' daß die Einrichtungen zur Druckbeaufschlagung der Kupplung einen Ablaß (52) zur Ausbildung eines Ventils mit diesem Element .(40) aufweisen, daß das Element drehbar ist und die Einrichtungen zur Druckbeaufschlagung entweder schließt und ein Festklemmen der Kupplung ermöglicht oder die Einrichtungen zur Druckbeaufschlagung in verschiedenen Graden öffnet und den Strömungsmitteldruck in verschiedenem Umfang abläßt, und daß ferngesteuerte Steuerdruckeinrichtungen vorgesehen sind, die auf das drehbar angelenkte Element (40) einwirken, um das Element (40) zum Verschließen der Einrichtungen zur

609810/0317

Druckbeaufschlagung zu drehen, daß die Steuerdruckeinrichtungen zwei strömungsmittelbetätigte Druckerzeugungseinrichtungen (70, 72) in bezug auf das Element (40) aufweisen, wobei eine Druckerzeugungseinrichtung eine Drosselbohrung (76) aufweist, wodurch der auf das Element (40) wirkende Steuerdruck in Abhängigkeit von der Stellung des drehbar angelenkten Elementes (40) verändert wird.
8. Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (40) auf dem Bauteil (15) um eine Achse (42) drehbar angelenkt ist, die parallel zur Drehachse (46) dieses Bauteils (15) verläuft.
9. Kupplung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß eine Ausgleichseinrichtung (56) für den Beaufschlagungsdruck vorgesehen ist, die auf das Element (40) einwirkt,., um die Wirkung der Einrichtung zur' Druckbeaufschlagung der Kupplung auf das Element (40) auszugleichen, wodurch eine Bewegung des Elementes (40) nur von den Steuerdruckeinrichtungen (70, 72) beeinflußt wird.
10. Hydraulisches Steuersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß das Element (40) ein Gewichtsbauteil (44) aufweist, das radial nach außen von der Drehachse (42) des Elementes (40) angeordnet ist, um so der Drehgeschwindigkeit und einer Änderung der Drehgeschwindigkeit des Bauteils (15) ausgesetzt zu sein und das Element (40) relativ zu den Einrichtungen zur Druckbeaufschlagung der Kupplung zu verschwenken.

6098 1070317