DE3010661A1 - Hydrodynamisches wendegetriebe - Google Patents

Description

G 3666 Voith Getriebe KG

Kennwort: "Wandler 52 K" Heidenheirn

Hydrodynamisches Wendegetriebe

Die Erfindung geht aus von einem hydrodynamischen Wendegetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein bekanntes Wendegetriebe dieser Art (DE-OS 27 4o 991) ist vor allem für schwere, durch eine Brennkraftmaschine angetriebene Erdbewegungsfahrzeuge, z.B. Schaufellader, bestimmt. Solche Fahrzeuge müssen beim Aufnehmen des Ladegutes und zum anschließenden Entladen häufig hin- und herfahren. Dabei bietet ein hydrodynamisches Wendegetriebe den Vorteil, da3 das Umschalten in die andere Fahrtrichtung völlig verschlei3frei erfolgt, nämlich durch Entleeren des zuletzt gefüllten Wandlers und gleichzeitiges Füllen des anderen Wandlers. Das Umschalten kann während der Fahrt stattfinden, wodurch mit dem Wendegetriebe hydrodynamisch gebremst wird; dabei arbeitet der betreffende Wandler im Gegenbremsbereich.

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Um eine hohe Anfahr-Zugkraft zu erzielen, sind die beiden Wandler hydraulisch als Anfahrwandler ausgebildet; d.h., ihr Wirkungsgradoptimum liegt bei einem Verhältnis zwischen Turbinenrad- und Pumpenraddrehzahl von etwa 0,35 bis 0,6.

Damit das hydrodynamische Wendegetriebe auf Schaltbefehle des Fahrers möglichst rasch reagiert, ist ein besonders gestaltetes Umsteuerventil (DE-OS 27 ^O 991) vorgesehen, außerdem -gemäß Merkmal b des Anspruches 1- ein offener Flüssigkeits-Kühlkreislauf mit einer großvolumigen hydrostatischen Füllpumpe, die in allen Betriebszuständen des Getriebes einen im wesentlichen konstanten Füllstrom liefert.

Schwierigkeiten bestehen, wenn in der oben angegebenen Weise ein Wandler im Gegenbremsbereich zum hydrodynamischen Bremsen benutzt wird. Insbesondere ist es schwierig, einen für die praktischen Bedürfnisse befriedigenden Verlauf des Bremsmomentes über der Drehzahl des Turbinenrades zu erzielen. Zwar gelingt es, im Bereich kleiner negativer Turbinenraddrehzahlen allein durch Verstellen der Leitschaufeln (oder durch eine anderweitige Beeinflussung der Torusströmung) verschiedene Bremsmomente einzustellen. Dabei sind die Bremsmoment-Kennlinien in günstiger Weise gefächert. Jedoch im Bereich höherer negativer Turbinenraddrehzahlen (genauer: im Bereich hoher negativer Drehzahlverhältnisse zwischen Turbinen- und Pumpenrad) verlaufen die verschiedenen, den unterschiedlichen Leitschaufel-Stellungen zugeordneten Bremsmoment-Kennlinien mit zunehmendem negativen Drehzahlverhältnis teils nach unten teils nach oben, so da3 sie einander überschneiden. Dies macht es dem Fahrer nahezu unmöglich, bei den verschiedenen Fahrgeschwindigkeiten beliebige Bremsmomente einzustellen. Auch wird in dem Bereich hoher Drehzahlverhältnisse bei einigen Leitschaufelstellungen ein viel zu hohes Bremsmoment erzeugt. Dieser Umstand erfordert zusätzliche Maßnahmen zur Begrenzung des Bremsmomentes.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das im Oberbegriff des Anspruches 1 beschriebene hydrodynamische Wendegetriebe und die darin verwendeten Drehmomentwandler derart weiter auszubilden, daß die Kennlinien im Gegenbremsbereich bei unterschiedlichen Leitschaufelstellungen einander nicht überschneiden und daß im Bereich hoher negativer Drehzahlverhältnisse daj maximale Bremsmoment ohne besonderen Steuerungsaufwand begrenzt ist.

Diese Aufgabe wird durch die Kombination der im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Das Merkmal c) besagt mit anderen Worten: Der Einmündungsbereich der AuslaSleitung, die eine Dauerauslaßöffnung aufweist, soll derart angeordnet werden, daß dort die Strömungsrichtung möglichst weitgehend gleich der in diesem Bereich am Turbinenaustritt im Gegenbremsbetrleb herrschenden absoluten Strömungsrichtung ist. Wie weiter unten im einzelnen erläutert wird, unterscheidet sich die absolute Strömungsrichtung am Turbinenaustritt in nahezu dem gesamten Gegenbremsbereich höchstens geringfügig von der Richtung der Schaufel-Mittellinien am Austrittsende der Turbinenschaufeln. Deshalb könnte man auch sagen: Die Strömungsrichtung in dem genannten Einmündungsbereich soll wenigstens angenähert gleich sein der Richtung der benachbarten Turbinenschaufel-Mittellinien am Austrittsende. Hiervon muß man jedoch dann abweichen, wenn zwischen dem Turbinenaustritt und dem Einmündungsbereich der Auslaßleitung eine Strömungsumlenkung durch die Wandlerschale verursacht wird. Auch dies ist im einzelnen weiter unten erläutert.

Durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale wird folgendes erreicht: Einerseits bleibt im Bereich kleiner negativer Drehzahlverhältnisse zwischen Turbinen- und Pumpenrad die sehr günstige Auffächerung der Bremsmoment-Kennlinien erhalten. Durch Verstellen der Leitschaufeln können somit in dem genannten Bereich nach wie vor unterschiedliche, auch sehr hohe Bremsmomente b.equem eingestellt werden. Zugleich können in dem benachbarten Bereich positiver DrehzahlVerhältnisse, dem Traktionsbereich, durch Leit-

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schaufel-Verstellung beliebige, auch sehr hohe Antriebsdrehmomente erzeugt werden, und zwar bei gutem Wirkungsgrad.

Andererseits verlaufen, wenn das negative Drehzahlverhältnis größer wird_; alle Bremsmoment-Kennlinien so, daß sie sich einander nähern. Man kann sogar erreichen, daß bei einem bestimmten negativen Drehzahlverhältnis wenigstens ein Teil der Kennlinien sich vereinigen und gemeinsam weiterlaufen, ohne sich zu überschneiden. Mit anderen Worten: Die Kennlinien laufen auf das gleiche, und zwar auf ein verhältnismäßig niedriges Niveau ein. Somit wird oberhalb eines bestimmten negativen DrehzahlVerhältnisses im wesentlichen das gleiche verhältnismäßig geringe Bremsmoment erzeugt, gleichgültig welche Stellung die Leitschaufeln einnehmen. Dadurch wird erreicht, daß die Bremsleistung bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit unabhängig von der Leitschaufelstellung ist.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Bauweise besteht im folgenden: Das Wendegetriebe kann auch bei der höchsten Fahrgeschwindigkeit völlig gefahrlos auf die andere Fahrtrichtung umgeschaltet werden. D.h., der im Gegenbremsbereich rotierende Wandler kann ohne weiteres plötzlich gefüllt werden, ohne daß der Fahrer zunächst den Leitschaufelkranz schließen müßte. Auch sonstige Steuerungsmaßnahmen zur Begrenzung der Bremsleistung sind nicht erforderlich. Mit anderen Worten: Die hydrodynamischen Drehmomentwandler des erfindungsgemäßen Wendegetriebes haben im Gegenbremsbereich "natürliche" Kennlinien, die von den natürlichen Kennlinien bekannter Wandler völlig abweichen und die aber den praktischen Bedürfnissen, insbesondere beim Betreiben schwerer Geländefahrzeuge, nahezu ideal ange'paßt sind.

Wesentlich für die Erfindung ist, daß beim Betrieb eines der Wandler über die im Anspruch 1 genannte DauerauslaSöffnung ein ständiges Teilentleeren des Wandlerarbeitsraumes stattfinden kann. Die im Anspruch l genannte Umsteuereinrichtung öffnet die zum Sumpf führende Auslaßleitung nur im Leerlauf oder wenn einer der Wandler vollkommen entleert werden soll.

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Das Zustandekommen der beschriebenen vorteilhaften Wirkung kann man sich etwa wie folgt erklären: Am Turbinenradaustritt ändert sich die Richtung der absoluten Flüssigkeitsströmung im Gegenbremsbereich nur wenig und weicht auch nur wenig von der relativen Flüssigkeitsströmung ab. Dies gilt zumindest für den überwiegenden Teil des Gegenbremsbereiches, in den meisten Fällen sogar für den gesamten Gegenbremsbereich. Wenn man somit den Auslaßkanal, der die Dauerauslaßöffnung aufweist, so anordnet, daß sich sein Einmündungsbereich in einer Verlängerung der benachbarten Turbinen-Schaufelkanäle erstreckt, dann wird erreicht, daß die Strömung im Gegenbremsbereich weitgehend stoßfrei und ohne nennenswerte Umlenkung vom Turbinenrad in den Auslaßkanal gelangt und dementsprechend auch die Dauerauslaßöffnung zügig passiert. Die bei großer öffnung des LeitSchaufelkranzes, mit zunehmender negativer Turbinendrehzahl hyperbelartig abfallenden Bremsraoment-Kennlinien deuten darauf hin, daß sich das Teilentleeren durch die Dauerauslaßöffnung mit zunehmender Turbinendrehzahl verstärkt. Dabei ist wesentlich, daß die Füllpumpe eine Verdrängerpumpe ist und somit - unabhängig von den sich im Wandlerarbeitsraum einstellenden Drücken - dem Wandler einen stets gleichbleibenden Füllstrom zuführt. Das spezifische Fördervolumen der Füllpumpe und der Ströraungsquerschnitt der Dauerauslaßöffnung sollten zwecks Erzielung besonders günstiger Ergebnisse in einem bestimmten Vernältnis zueinander stehen. Dieses hängt aber weitgehend von der Größe und von konstruktiven Gegebenheiten der Drehmomentwandler ab und sollte daher durch Versuche ermittelt werden.

Zwar ist aus der DE-AS 11 40 789 ein Drehmomentwandler bekannt mit einem der Strömung angepaßten Anschluß des Auslaßkanals an der Wandlerschale. Dort ist jedoch nur der normale Betriebsbereich des Wandlers in Betracht gezogen, also derjenige Betriebsbereich, in dem das Drehzahlverhältnis zwischen Turbinen- und Pumpenrad positiv ist (Traktionsbetrieb und anschließendes Bremsen im Ubersynchronbereich). Ein Arbeiten im Gegenbremsbe- . reich ist dort nicht vorgesehen.

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Somit war auch nicht erkennbar, daß ein besonderes Gestalten des Auslaßkanal-Anschlusses zusammen mit den anderen Merkmalen der Erfindung die Wandlerkennlinien im Gegenbremsbereich in der oben beschriebenen günstigen Weise beeinflussen könnte.

Vorzugsweise wird man die Umsteuereinrichtung, über die bei Bedarf ein rasches und vollständiges Entleeren des Wandlers erfolgen kann, an dem gleichen Auslaßkanal anordnen, an dem sich auch der Dauerauslaß befindet. Jedoch ist dies kein entscheidendes Merkmal der Erfindung. Man könnte hierfür auch einen zusätzlichen Auslaßkanal vorsehen. In jedem Fall kann der oben beschriebene günstige Verlauf der. Kennlinien im Gegenbremsbereich durch das Merkmal des Anspruches 2 noch verbessert werden. Dieser besagt mit anderen Worten, daß -während ein Wandler in Betrieb ist- das ständige Abströmen von Arbeitsflüssigkeit möglichst allein über die Dauerauslaßöffnung stattfinden soll. An anderen Stellen des Wandlers, insbesondere an den Durchführungen der Wellen durch das Wandlergehäuse soll dagegen das Abströmen von Arbeitsflüssigkeit möglichst weitgehend unterbunden werden. An den Wellen-Durchführungen sollten deshalb Beruhrungsdichtungen verwendet werden, oder bei Verwendung von Labyrinth-Dichtungen sollten diese möglichst enge Dichtspalte aufweisen.

Zwar ist auch schon ein hydrodynamisches Wendegetriebe bekannt (DE-PS 27 Oo 950, insbesondere Fig. 4), bei dem im Gegenbremsbereich die Bremsmoment-Kennlinien in den verschiedenen Bremsstufen in günstiger Weise gefächert sind. Sie verlaufen dort aber bis hin zur höchsten Fahrgeschwindigkeit im wesentlichen horizontal und parallel zueinander, wie dies bei Anwendung solcher Getriebe in Schienenfahrzeugen erwünscht ist. Im übrigen handelt es sich dort um Wandler mit festen Leitschaufein; außerdem ist dort stets, wenn einer der Wandler eingeschaltet ist, ein geschlossener, d.h., nicht über den Sumpf führender Flüssigkeits-Kühlkreislauf vorhanden. Mit anderen Worten: Das Umsteuerventil verbindet dort den Auslaßkanal des betreffenden Wandlers mit einer Kühlkreislaufieltang und diese mit dem Einlaßkanal des Wandlers. Dadurch wird der wesentliche Teil der Arbeitsflüssigkeit durch den Wandler selbst im Kühlkreislauf umgewälzt. Die Füllpumpe muß nur eine verhältnismäßig

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kleine Flüssigkeitsmenge in den Kühlkreislauf einspeisen. Demgegenüber wird bei dem erfindungsgemäßen Wendegetriebe bewußt auf einen geschlossenen Kühlkreislauf verzichtet und eine Füllpumpe mit großem spezifischen Fördervolumen vorgesehen. Dadurch ist, wie eingangs schon erwähnt, ein möglichst rasches Reagieren des Wendegetriebes auf Schaltbefehle gewährleistet.

Ferner ist es bekannt (DE-AS 25 37 431), in einem hydrodynamischen Wendegetriebe, dessen Wandler verstellbare Leitschaufeln aufweisen, eine selbsttätige Sicherheits-Bremseinrichtung vorzusehen. Diese weist einen Signalgeber auf, der beim überschreiten einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit das Einschalten einer Bremse auslöst. Vorzugsweise handelt es sich dort um eine zusätzlich zu den Wandlern vorgesehene hydrodynamische Bremse. Diese Bremse ist aber nur in der einen Fahrtrichtung voll wirksam. Zwar könnte sie auch als drehrichtungsunabhängige Doppelbremse ausgebildet werden. Jedoch ist der Aufwand hierfür verhältnismäßig hoch. Eine andere Möglichkeit könnte darin bestehen, im Zusammenhang mit der selbsttätigen Sicherheitsbremseinrichtung die beiden Anfahrwandler als Bremse zu benutzen. Hierzu müßte aber - ähnlich wie in einem anderen bekannten hydrodynamischen Wendegetriebe (DE-AS 15 8o 952) eine zusätzliche Steuereinrichtung vorgesehen werden, welche die jeweilige Fahrtrichtung erfaßt und selbsttätig den Wandler der entgegengesetzten Fahrtrichtung einschaltet.

Demgegenüber bietet die hier vorliegende Erfindung die Voraussetzung dafür, daß eine Sicherheitsbremseinrichtung mit viel einfacheren Mitteln geschaffen werden kann (Anspruch 5). Man kann nämlich dafür sorgen, daß das von einem der beiden Wandler im Bereich hoher negativer Drehzahlverhältnisse erzeugte Bremsmoment auf eine solche Höhe eingestellt ist, daß es wenigstens angenähert gleich groß ist wie das im Übersynchronbereich bei der höchsten Eätirgeschwindigkeit erzeugte Bremsmomeni;. Damit kann dieser Wandler für bei .e Fahrtrichtungen als Sicherheitsbremse

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eingesetzt werden, wobei der für andere Lösungen erforderliche zusätzliche Aufwand vermieden wird. Wenn das Fahrzeug in der Vorwärts-Pahrtrichtung häufiger benutzt wird als in der Rückwärts-Fahr^richtung, dann ist es vorteilhaft, für die Sicherheitsbremseinrichtung den Rückwärts-Wandler zu benutzen, weil dieser dann häufiger im Gegenbremsbereich eingeschaltet wird als im Ubersynchronbereich. Der Gegenbremsbereich ist günstiger, weil hier die Leistungsaufnahme des Wandlers niedriger ist.

Die vorteilhaften Eigenschaften der Wandler des erfindungsgemäßen Wendegetriebes kann man auch in einem hydrodynamisch-mechanischen Getriebe ausnutzen, das nur einen einzigen, gemäS Anspruch 3 ausgebildeten Wandler aufweist. Ein solches Getriebe kann z.B. ähnlich dem in der DE-PS 25 l8 l86 beschriebenen Getriebe aufgebaut sein; d.h., dem Wandler ist ein mechanisches Wendegetriebe nachgeschaltet, und eine Steuervorrichtung bewirkt auf einen Bremsbefehl ein Umschalten des Wendegetriebes. Bei dem Wandler gemä3 Figur 8 können sinngemäß auch die Merkmale der Ansprüche 2 bis 5 und 7 angewandt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 ein hydrodynamisches Wendegetriebe, kurz Turbowendegetriebe genannt, in schematischer Darstellung;

Fig. 2 einen Teilschnitt durch einen der hydrodynamischen Drehmomentwandler;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. 2;

Fig. 4 einen der Fig. 2 entsprechenden Schnitt, jedoch mit einer davon abweichenden Anordnung der Auslaßleitung;

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Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V der Fig. 4; Fig. 6 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles VI der Fig.

Fig. 7 ein Diagramm mit den Drehmoment-Kennlinien eines der hydrodynamischen Drehmomentwandler

Das in Fig. 1 dargestellte Turbowendegetriebe weist zwei im wesentlichen gleiche hydrodynamische Drehmomentwandler 10 und 30 auf. Jeder dieser Wandler hat eine Eingangswelle 11/31 mit Zahnrad 12/32 und Pumpenrad 13/33 sowie eine Ausgangswelle 14/34 mit Turbinenrad 15/35 und Zahnrad 16/36. Feststehende Wandlerschalen sind mit 17/37 bezeichnet, verstellbare Leitschaufelkränze mit 18/38 und dazugehörende Stellringe mit 19/39-

Jedes der Zahnräder 12/32 kämmt mit einem Antriebszahnrad 9* mit einer Antriebswelle 8 verbunden ist. Dadurch laufen die beiden Eingangswellen 11/31 und die Pumpenräder 13/33 stets in der gleichen Drehrichtung. Die beiden Zahnräder l6 und J>6 kämmen miteinander, so daß die beiden Wandlerausgangswellen 14/34 und die Turbinenräder 15/35 stets in einander entgegengesetzten Drehrichtungen umlaufen. Eine dieser beiden Wellen, nämlich die Welle 34 ist zugleich die Getriebe-Abtriebswelle.

Für beide Wandler ist ein gemeinsames Umsteuerventil 40 vorgesehen, das in der DE-OS 27 40 991 ausführlich beschrieben ist. Von diesem Ventil führen zu jedem Wandler IO/3O eine Einlaßleitung 2l/4l und eine Auslaßleitung 22/42. An jeder dieser Auslaßleitungen ist eine Dauerauslaßöffnung 23/43 vorgesehen; dort austretende Arbeitsflüssigkeit gelangt in den Getriebesumpf 7. Das Umsteuerventil 40 hat zwei Füllanschlüsse 24/44 und zwei Entleeröffnungen 25/45; die letzteren münden ebenfalls in den Sumpf

Eine als Zahnradpumpe ausgebildete Füllpumpe 50 fördert Arbeitsflüssigkeit aus dem Sumpf 7 in eine Druckleitung 52 (an

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die ein Sicherheitsventil 51 angeschlossen ist) und von dort über einen Kühler 53 in die Druckanschlüsse 24/44. Das Umsteuerventil 40 hat zwei bewegliche Ventilkörper 26/46, von denen jeder zwei Stellungen einnehmen kann. Eine zwischen den beiden Ventilkörpern angeordnete Druckfeder 49 hält die Ventilkörper im Ruhezustand in der dargestellten Position. Hierbei sind beide Einlaßleitungen 21 und 4l mit der Druckleitung 52 verbunden; genauso stehen beide Auslaßleitungen 22 und 42 mit dem Getriebesumpf 7 in Verbindung. Dadurch strömt Arbeitsflüssigkeit durch beide Wandler hindurch; demzufolge sind diese teilgefüllt und arbeiten mit geringer Leistungsaufnahme gegeneinander, so daß die Abtriebswelle stillsteht. Wenn nun z.B. der eine Ventilkörper 26 gegen die Feder 49 in die andere Stellung gebracht wird, dann wird die Verbindung zwischen der AusIa3leitung des Wandlers 10 und dem Getriebesumpf J unterbrochen. Außerdem wird die Einlaßleitung 4l des anderen Wandlers 30 vom Füllanschluß abgetrennt und stattdessen mit dem Getriebesumpf 7 verbunden. Die anderen Verbindungen bleiben bestehen; dadurch findet im Wandler 10 ein rascher Druckaufbau statt, so daß dieser nunmehr Drehmoment abgeben kann. Der andere Wandler 30 entleert sich dagegen rasch. In gleicher Weise kann durch Verschieben des anderen Ventilkörpers 46 das Einschalten des Wandlers 30 und damit ein Drehen der Abtriebswelle 34 in der anderen Drehrichtung ausgelöst werden.

Zum Verschieben der Ventilkörper 2ό und 46 ist ein Vorsteuerventil 60 vorgesehen, das drei Stellungen V, 0 und R hat. Es bedeuten V = Vorwärts, 0 = Leerlauf und R = Rückwärts. In der Stellung V wird Druckmittel von einer Druckmittelquelle 59 über ein Ventil 71 und eine Leitung 72 sowie über eine Steuerleitung 6l auf die Stirnseite des einen Ventilkörpers 26 geführt, in der Stellung R dagegen über eine andere Steuerleitung 62, 62a auf die Stirnfläche des anderen Ventilkörpers 46. Die jeweils nicht beaufschlagte Steuerleitung ist entlastet. In der Leerlaufstellung 0 sind (wie dargestellt) beide Steuerleitungen 6l und 62 entlastet.

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Die außerdem in Fig. 1 dargestellten Steuerungselemente werden weiter unten erläutert. Zunächst wird auf die Figuren 2 und 3 hingewiesen. Dort ist von dem Wandler 10 ein Stück des Turbinenrades 15 und ein Stück der feststehenden Wandlerschale 17 mit dem daran angeformten Auslaßkanal 22 dargestellt. Der Auslaßkanal 22 weist eine nicht verschließbare Öffnung, den schon erwähnten Dauerauslaß 23 auf. Das Ende des Auslaßkanals 22 wird mit dem in den Fig. 2 bis 6 nicht dargestellten Umsteuerventil 4o verbunden. Das Turbinenrad 15 hat einfach gekrümmte (d.h. nicht räumlich gekrümmte) Schaufeln 15a, die sich alle parallel zur Drehachse erstrecken. Der mit P bezeichnete Pfeil kennzeichnet die normale (positive) Drehrichtung des Turbinenrades 15 für den Traktionsbetrieb und für das Bremsen im Ubersynchronbereich. Der Pfeil N bezeichnet dagegen die negative Drehrichtung, also die Drehrichtung im Gegenbremsbereich. In Figur 3 ist ferner für das Austrittsende einer Schaufel 15a die Umfangsgeschwindigkeit bei negativer Drehrichtung mit dem Pfeil U und die relative Schaufeströmung durch einen Pfeil W gekennzeichnet. Die Richtung dieses Pfeiles W ist bestimmt durch die Richtung der gekrümmten Schaufel-Mittellinie am Austrittsende der Schaufel 15a. Durch Addition der beiden Vektoren W und U erhält man in bekannter Weise den Vektor C für die absolute Strömung am Turbinenaustritt. Da die Vektoren U und W einen nur sehr kleinen Winkel miteinander einschließen, ändert sich bei unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten U des Turbinenrades 15 (in der negativen Drehrichtung N) die Richtung der absoluten Flüssigkeitsströmung C nur ganz wenig und weicht auch nur wenig von der Richtung W der relativen Schaufelströmung ab. Diesen Umstand berücksichtigt man wie folgt: Man legt die Einmündung des AuslaSkanals 22 möglichst nahe in Strömungsrichtung hinter den Turbinenrad-Austritt; zugleich wird der Auslaßkanal derart angeordnet, daß die Strömungsrichtung S in seiner Einmündung möglichst weitgehend mit der an dieser Stelle im Wandler-Arbeitsraum beim Bremsen im Gegenbremsbereich sich ergebenden absoluten S* „'ömungsrichtung C übereinstimmt. Dadurch wird zumindest ange-

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nähert im gesamten Gegenbremsbereich eine möglichst verlustfreie Zuströmung in den Auslaßkanal bewirkt und demzufolge ein mit zunehmender negativer Turblnenrad-Drehzahl ansteigender Flüssigkeitsdurchsatz durch den Dauerauslaß 23. Im Traktionsbetrieb dagegen, also wenn das Turbinenrad 15 in Richtung des Pfeiles P rotiert, ist die Zuströmung in den Auslaßkanal 22 ungünstig; es findet hier somit ein wesentlich schwächeres Entleeren des Wandlers über den Dauerauslaß 23 statt.

Wenn möglich, wird man den Einmündungsbereich des AuslaSkanais 22 so anordnen, daß seine Mittellinie (Richtungspfeil S) im Längsschnitt gesehen (Fig. 2) etwa in der M^ttelebene e der Turbinenrad-Schaufeln liegt; in diesem Falle kann die Richtung des Pfeiles 3 im wesentlichen gleich der Richtung C der absoluten Flüssigkeitsströmung am Turbinenaustritt sein (siehe Fig. 3); dies ist, wie schon erwähnt, die Strömungsrichtung im Gegenbremsbereich.

Auch wenn man, wie in Fig. 4 bis 6 gezeigt, den Einmündungsbereich des Auslaßkanals 22 aus irgendwelchen Gründen etwa in der Mitte der Wandlerschale 17 anordnen muß, wird man die Einströmrichtung S¹ in den Auslaßkanal weitgehend nach der vorgenannten Strömungsrichtung C ausrichten. Jedoch muß bedacht werden, daß zwischen dem Turbinenaustritt und dem Einmündungsbereich des Auslaßkanals eine Strömungsumlenkung durch den Teil 17a der Wandlerschale 17' verursacht wird. Es wäre ungünstig, die Einströmrichtung S¹ parallel zur Mittelebene e' der Turbinenschaufel anzuordnen; denn sonst würde die Strömung nacheinander zweimal in entgegengesetzter Richtung umgelenkt werden. Deshalb wird hier, wie in Fig. 6 gezeigt, die Anordnung so getroffen, daß die Mittellinie (mit dem Richtungspfeil S¹) gegen die Mittelebene e¹ um einen spitzen Winkel χ geneigt ist. Dieser Winkel kann etwa zwischen 5 ° und 30 ° betragen. Seine Größe richtet sich nach dem Grad der Strömungsumlenkung durch den genannten Teil 17a der Wandlerschale. Anstelle der in den Figuren 3, 5 und β dargestellten Stutzen für den Dauerauslaß 23 bzw. 23' kann auch eine einfache öffnung in der Wand des Ausla3kanals 22 bzw. 22' vorgesehen werden.

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Um den oben beschriebenen günstigen Verlauf der Bremsmomentkennlinien im Gegenbremsbereich zu erzielen, sind noch weitere Maßnahmen erforderlich: So muß das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser D_a und dem Innendurchmesser D^ des Turbinenrades 15 zwischen den Werten 1,1 und 1,25 liegen. Außerdem soll die Anzahl der Schaufeln möglichst hoch sein; günstig sind 35 bis 45 Schaufeln. Mit anderen Worten: Die Schaufelanzahl soll so hoch sein, daß am Turbinenrad-Austritt das Verhältnis zwischen der Schaufelteilung t und dem Außendurchmesser D_ des Turbinenrades 15 zwischen 0,06 und 0,09 beträgt.

Die Figur 7 zeigt ein Diagramm, worin das Drehmoment M- an der Abtriebswelle 24 über dem Verhältnis n^/n zwischen der Turbinen- und der Pumpenraddrehzahl eines der beiden hydrodynamischen Drehmomentwandler 10 oder ;50 aufgetragen ist. Wenn man voraussetzt, daß die Pumpenraddrehzahl n_p konstant bleibt, dann ist das Verhältnis η,η/ηρ proportional zur Drehzahl der Abtriebswelle 24 und damit proportional zur Fahrgeschwindigkeit des angetriebenen Fahrzeuges. Das Diagramm ist in drei Bereiche unterteilt: TR ist der Traktionsbereich (oder der normale Betriebsbereich) des Wandler, UB ist der Übersynchron-Bremsbereich und GB ist der Gegenbremsbereich.

Die Kurve a zeigt das Drehmoment M₂ des Wandlers mit voll geöffnetem Leitschaufelkranz. Diese Kurve ist ähnlich der Drehmomentkennlinie bekannter Wandler mit unbeweglichen Leitschaufeln. Die Kurve a3 ist die Drehmomentkennlinie des Wandlers bei weitgehend geschlossenem Leitschaufelkranz. Dank, der Erfindung geht diese Kurve aj5 mit zunehmendem negativen Verhältnis n_T/np in die Kurve a über, ohne diese zu schneiden. Demgegenüber zeigt die gestrichelte Linie b;5 den ungünstigen Verlauf dieser Kennlinie, wenn man die erfind;ungsgemäßen Merkmale nicht anwendet. Die Kurven al und a2 sind Drehmomentkennlinien bei teilweise geöffnetem Leitschaufelkranz. Auch diese Kurven sind ursprünglich gemäß den gestrichelten Linien bl und b2 verlaufen. Stattdessen münden sie nunmehr ebenfalls allmählich in die Kennlinie a ein, ohne diese zu schneiden.

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Die in Figur J bei η im Bereich TR kurz vor der Grenze zum Bereich UB eingezeichnete vertikale strickpunktierte Linie bedeutet folgendes:

Man kann dafür sorgen, daß beim Erreichen dieser Fahrgeschwindigkeit die Leitschaufelkränze 18,58 der beiden Wandler 10 und 30 selbsttätig geschlossen werden. Dies ist aus dem folgenden Grunde vorteilhaft. Wenn man im Traktionsbetrieb mit voll geöffneten Leitschaufelkränzen, also auf der Kurve a die Fahrgeschwindigkeit η erreicht, ist das vom Wandler abgegebene Drehmoment schon nahezu gleich 0, die Leistungsaufnahme jedoch verhältnismäßig hoch. Durch das Schließen der Leitschaufeln bei der Fahrgeschwindigkeit η findet entlang der strichpunktierten Linie ein Übergang auf die Kurve aj5 statt, sodaß die Leistungsaufnahme zurückgeht und der Wandler nunmehr bremst. Man erreicht hierdurch zugleich, daß die Fahrgeschwindigkeit η im allgemeinen nicht wesentlich überschritten wird.

Dennoch kann es Fälle geben, bei denen die in Figur 7 mit +m und -m bezeichneten Fahrgeschwindigkeiten erreicht werden. Dies sind die im äußersten Falle zulässigen Höchstgeschwindigkeiten. Diese können z.B. dann erreicht werden, wenn bei einer Gefällefahrt das Vorsteuerventil oO auf Leerlauf 0 eingestellt wird. Es kann auch sein, daß das Getriebe gemäß DE-AS 25 37 431 zusätzlich zu den beiden Anfahrwandlern und 30 wenigstens für eine der beiden Fahrtrichtungen einen Marschwandler aufweist (in der Zeichnung nicht dargestellt), d.h., einen zusätzlichen Wandler für den Traktionsbetrieb in einem oberen Fahrgeschwindigkeitsbereich. Man erkennt aus Figur 7, daß bei der höchst zulässigen Fahrgeschwindigkeit +m bzw. -m das vom Wandler im Übersynchronbereich erzeugte Bremsmoment etwa gleich groß ist, wie das im Gegenbremsbereich erzeugte Bremsmoment (Maßpfeile M). Außerdem sind dort die

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Bremsmomente unabhängig von der Stellung der Leitschaufeln. Dadurch kann ein und derselbe Wandler -wie oben schon erläutert- in einer Sicherheitsbremseinrichtung für beide Fahrtrichtungen verwendet werden.

Nunmehr werden anhand der Figur 1 die für das selbsttätige Schließen der Leitschaufeln bei der Fahrgeschwindigkeit η erforderlichen Einrichtungen und die für die vorgenannte Sicherheitsbremseinrichtung erforderlichen Steuerelemente beschrieben. Eine gemeinsame hydraulische Verstelleinrichtung für die Leitschaufeln l8 und 38 der beiden Wandler 10 und 30 ist in Figur insgesamt mit 80 bezeichnet. Diese Einrichtung umfaßt einen Zylinder 8l, einen Kolben 82 und eine Kolbenstange 83, die gelenkig mit den Stellringen 19 und 39 verbunden ist. Diese Teile sind in Fig. 1 nur schematisch dargestellt; sie können z.B. gemäß DE-AS 29 11 424 ausgebildet sein. Im Ruhezustand hält eine Druckfeder 84 den Kolben 82 in seiner Endlage; hierbei sind die Leitschaufelkränze l8 und 38 geschlossen. Das Beaufschlagen des Zylinders 8l mit Druckmittel erfolgt mittels einer Hilfspumpe 90 und über ein vom Fahrer (z.B. mit Hilfe eines Pedals 85) betätigbares Druckregelventil 86 und über ein elektromagnetisch betätigbares Schaltventil 87. Das letztere verbindet in seiner Ruhestellung wie gezeichnet das Ventil 86 mit dem Zylinder 8l. Dadurch geht der Kolben 82 in der Zeichnung nach oben und öffnet die Leitschaufelkränze l8 und 38. An der Abtriebswelle 3^ ist ein elektrischer Drehzahlschalter 79 angeordnet. Dessen Kontakte schließen sich beim Erreichen einer bestimmten Drehzahl, die der Fahrgeschwindigkeit η entspricht. In diesem Falle führt eine Leitung 78 dem Elektromagneten des Schaltventils 87 Strom zu, wodurch dieses Ventil umgeschaltet wird. Es verbindet nunmehr den Zylinder 8l mit dem Sumpf 7. Dadurch geht der Kolben wieder in seine Endlage und schließt die Leitschaufelkränze l8 und 38.

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An der Abtriebswelle J>k ist ein weiterer elektrischer Drehzahlschalter 70 angeordnet, dessen Kontakte sich bei Überschreiten der zulässigen Höchstgeschwindigkeit +m oder -m schließen. Zwischen der Druckmittelquelle 59 und dem Vorsteuerventil 60 ist ein elektromagnetisch betätigbares Schaltventil 71 angeordnet, das zwei Ausgänge 72 und 75 aufweist. Der Ausgang 72 ist mit dem Vorsteuerventil 60 verbunden und der Ausgang 73 über die Leitung 73a mit einem in die Leitung 62, 62a eingebauten Doppelrückschlagventil 74·. Normalerweise befindet sich das Schaltventil 71 in der dargestellten Ruhelage, in der es die Druckmittelquelle 59 mit dem Vorsteuerventil 60 verbindet. Wenn aber die zulässige Höchstgeschwindikeit überschritten wird, dann löst der Drehzahlschalter 70 über die Leitung 70a das Umschalten des Ventils 71 aus. Hierdurch gelangt Druckmittel über die Leitung 73a, das Doppelrückschlagventil 74 und die Leitung 62a auf die Stirnseite des Ventilkörpers 46. Hierdurch wird in der oben beschriebenen Weise der Wandler 30 eingeschaltet. Dieser Vorgang erfolgt ganz unabhängig davon, welche Stellung das Vorsteuerventil oO augenblicklich hat j denn dieses wird umgangen.

]A.03.1930/Sh/ss

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   ,! Hydrodynamisches, insbesondere für Geländefahrzeuge bestimmtes Wendegetriebe, das für jede Abtriebsdrehrichtung einen hydrodynamischen Drehmomentwandler ausweist, der als Anfahrwandler ausgebildet ist, und worin die Wandler abwechselnd, auch im Gegenbremsbereich, durch Füllen und Entleeren ein- und ausschaltbar sind, mit den folgenden Merkmalen:

   a) Jeder der beiden Wandler hat eine feststehende Wandlerschale, ein im wesentlichen zentrifugal durchströmtes Turbinenrad und eine Einrichtung zum Beeinflussen der Torusströmung, vorzugsweise verstellbare Leitschaufeln;

   b) jeder der beiden V/andler hat eine von einer Füllpumpe über eine Umsteuereinrichtung gespeiste Einlaßleitung und eine an die Wandlerschale angeschlossene Auslaßleitung, die über die Umsteuereinrichtung in einen Getriebesumpf mündet, wobei die aus dem Getriebesumpf ansaugende Füllpumpe als Verdrängerpumpe ausgebildet ist;

   dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wandler (10,30) die folgende» Merkmale aufweist:

   c) der in der Wandlerschale (17,17', 37) angeordnete Einmündungsbereich der Auslaßleitung (22,22', 42), die eine Dauerauslaßöffnung (23, 43) aufweist, liegt im Bereich der Turbinenrad-Austrittsströmung und zwar derart, daß die Strömungsrichtung (S,S¹) im Einmündungsbereich im wesentlichen gleich der im Gegenbremsbereich an dieser Stelle des Wandlerarbeitsrftumes sich einstellenden Strömungrichtung ist;

   130041/0057 ²

   ^:.; '"- INSPECTED

   d) am Turbinenrad (I5) beträgt das Verhältnis (D /D.) zwischen Außen- und Innendurchmesser zwischen 1,1 und 1,25;

   e) die Schaufelanzahl im Turbinenrad (15) ist so hoch, daß am Turbinenrad-Austritt das Verhältnis zwischen Schaufelteilung (t) und Außendurchmesser (D ) zwischen

   0,06 und 0,09 beträgt.

   2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem der beiden Wandler (10,30) die genannte Dauerauslaßöffnung (23,43) im wesentlichen die einzige ständig offene Entleereinrichtung für den Wandler ist.

   3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, worin an jedem Wandler der Auslaßkanal (22, 42) - in einer Ansicht quer zur Wandlerachse (Fig. 6) - unter einem zwischen 5° und 30° betragenden spitzen Winkel (x ) gegen eine zur Wandlerachse senkrechte Ebene (e¹) geneigt ist.

   4. Getriebe nach einem der Ansprüche I-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsteuereinrichtung (40) an die die Dauerauslaßöffnung (23, 43) aufweisenden Auslaßkanäle (22 und 42) angeschlossen ist.

   5. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3» mit einer selbsttätigen Sicherheits-Bremsvorrichtung, die einen Signalgeber (70) aufweist, der beim Überschreiten einer zulässigen Höchst· geschwindigkeit das Einschalten einer Bremse auslöst, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Wandler als Bremse benutzt wird, und zwar stets ein und derselbe Wandler

   (30) unabhängig von der augenblicklichen Fahrtrichtung.

   o. Getriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, da3 zum Bremsen stets der für die Rückwärts-Fahrtrichtung bestimmte Wandler (30) eingeschaltet wird.

   130 04 1 /0057

   ORIGINAL INjlR£CTED

   3^10661

   7. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis t>, gekennzeichnet durch einen Signalgeber (79) der das Schließen der Leitschaufelkränze (18,38) auslöst, wenn ein Wandler mit noch geöffnetem Leitschaufelkranz ein bestimmtes Verhältnis (n) zwischen Turbinen- und Pumpenraddrehzahl überschreitet, bei dem das Abtriebsmoment (Mp) wenigstens angenähert gleich Null ist.

   8. Hydrodynamischer, als Anfahrwandler ausgebildeter Drehmomentwandler, der außer im Traktionsbereich auch im Gegenbremsbereich einsetzbar ist, mit den folgenden Merkmalen:

   a) Sr hat eine feststehende Wandlerschale, ein im wesentlichen zentrifugal durchströmtes Turbinenrad und eine Einrichtung zum Beeinflussen der Torusströmung, vorzugsweise verstellbare Leitschaufeln;

   b) eine als Verdrängerpumpe ausgebildete FUllpumpe fördert Arbeitsflüssigkeit aus einem Flüssigkeitssumpf in den Wandler, an dessen Schale eine Auslaßleitung angeschlossen ist, die in den Sumpf mündet;

   gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale;

   0) der in der Wandlerschale (17,17') angeordnete Einmündungsbereich der Auslaßleitung (22,22^f),die eine Dauerauslaßöffnung (23, 23') aufweist, liegt im Bereich der Turbinenrad-Austrittsströmung und ist derart räumlich angeordnet, daß die Strömungsrichtung (S, S') im Einmündungsbereich im wesentlichen gleich der im Gegenbremsbereich an dieser Stelle des Wandlerarbeitsraumes sich einstellenden Strömungsrichtung ist;

   d) am Turbinenrad (I5) beträgt das Verhältnis D₁VD₁ zwischen

   CL X

   Außen- und Innendurchmesser zwischen 1,1 und 1,25;

   _eN die Schaufelanzahl im Turbinenrad (I5) ist so hoch, daß am Turbinenradaustritt das Verhältnis zwischen Schaufelteilung

   (t) und Außendurchmesser (Ώ) zwischen 0,06 und 0,09 be-

   trägt.

   130041/0057
   l4.03.1930/Sh/ss