DE3040790A1

DE3040790A1 - Hydrodynamische drehmoment-uebertragungseinheit, insbesondere hydrodynamische bremse

Info

Publication number: DE3040790A1
Application number: DE19803040790
Authority: DE
Inventors: Klaus 7920 Heidenheim Brosius; Berthold 7921 Gerstetten Herrmann
Original assignee: Voith Getriebe KG
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1980-10-30
Filing date: 1980-10-30
Publication date: 1982-06-09
Also published as: DE3040790C2; US4421213A

Description

G 3822 Voith Getriebe KG

Kennwort:"Füllstoß III" Heidenheim

Hydrodynamische Drehmoment-Ubertragungseinheit, insbesondere hydrodynamische Bremse Zusatz zu Patentanmeldung P 29 48 400.2-12

Die Erfindung geht aus von einer hydrodynamischen Drehmoment-Übertragungseinheit nach der oben genannten Hauptanmeldung, im einzelnen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Der Hauptanmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrodynamische Drehmoment-Ubertragungseinheit, insbesondere eine hydrodynamische Bremse derart zu gestalten, daß sie ein möglichst großes Verhältnis zwischen dem größten und dem kleinsten übertragbaren Drehmoment aufweist, und daß sie dennoch auch dann sehr rasch reagiert, wenn der Übergang vom Leerlauf auf ein

kleines Drehmoment befohlen wird. Zur Lösung dieser Aufgabe ist in der Hauptanmeldung vorgesehen, daß auf einen solchen Einschaltbefehl dem Arbeitsraum der hydrodynamischen Einheit ein kurzer, vorübergehender Füllstoß zugeführt wird. Dieser Füllstoß wird durch die in der Hauptanmeldung angegebene und das Einlaßventil betätigende Stellvorrichtung automatisch ausgelöst, wobei die Zeitdauer des Füllstoßes präzise einstellbar und an die jeweiligen Erfordernisse anpaßbar ist. Man kann hier-

.sehr rasch

durch im Arbeitsraum der hydrodynamischen Einheit^ einen bei Bedarf nur sehr kleinen Füllungsgrad einstellen. Dies bedeutet, daß man sowohl eine hohe Ansprechempfindlichkeit als auch ein sehr kleines Mindestdrehmoment (im Falle einer Bremse ein sehr kleines Mindestbremsmoment) erzielen kann.

In der Hauptanmeldung und in der Zusatzpatentanmeldung P 30 25 803.8-3 sind verschiedene Ausfuhrungsformen der vorbeschriebenen hydrodynamischen Drehmoment-Übertragungseinheit beschrieben. Allen diesen Ausführungsformen sind die folgenden Merkmale gemeinsam:

a) Ein Schaltbefehlgeber, zum Beispiel ein Pedal, gibt einen Sollwert an eine Auslaß-Regeleinrichtung, die vorzugsweise gemäß DE-OS 28 55 654 ausgebildet ist und die zum Einstellen des geforderten Drehmomentes dient.

b) Dieser Schaltbefehlgeber ist außerdem mit einer zweistufigen Vorsteuereinrichtung gekoppelt, die das Öffnen.des Einlaßventils auslöst. Die Anordnung ist derart getroffen, daß bei geringem Niedertreten des Pedals eine erste Druckmittelleitung mit Druck beaufschlagt wird (Einschaltbefehl "Stufe I") und daß bei weiterem Niedertreten des Bremspedals zusätzlich eine zweite Druckmittelleitung mit Druck beaufschlagt wird (Einschaltbefehl Stufe II").

Zwar hat sich die in der Hauptanmeldung beschriebene Lösung

in Versuchen bewährt. Jedoch ist die oben unter b) beschriebene Anordnung verhältnismäßig aufwendig und unter Umständen störanfällig.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Steuerung des Einlaßventils der in der Hauptanmeldung beschriebenen hydrodynamischen Einheit dahingehend zu verbessern, daß der Schaltbefehlgeber nur einen einfachen Einschaltbefehl abzugeben braucht. Mit anderen Worten: Es soll die Anwendung einer einfachen Ein-Aus-Steuerung ermöglicht werden. Dabei sollen aber die günstigen Eigenschaften der in der Hauptanmeldung beschriebenen Lösung erhalten bleiben.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 beschriebene Merkmals-Kombination gelöst. Danach werden in der das Einlaßventilsteuernden■Stellvorrichtung auf einen Einschaltbefehl zunächst wie bisher beide Druckräume mit Druckmittel beaufschlagt. Danach wird jedoch der erste Druckraum mit Hilfe der Umsteuereinrichtung mit dem Arbeitsraum der hydrodynamischen Einheit verbunden. Dort hat sich zu diesem Zeitpunkt, insbesondere wenn mit Hilfe der Auslaß-Regeleinrichtung ein nur kleines Drehmoment eingestellt worden ist, nur ein verhältnismäßig niedriger Druck aufgebaut. Gemäß der Erfindung ist also vorgesehen, daß der erste Druckraum in den Arbeitsraum der hydrodynamischen Einheit hinein entlastet wird. Hierbei kann der Füllstoß genau so rasch erfolgen und in seiner Zeitdauer genau so präzise bemessen werden wie bisher. Gleichzeitig ergibt sich aber eine wesentliche Vereinfachung: Wenn nämlich nun mit Hilfe des Schaltbefehltgebers und mit Hilfe der Auslaß-Regeleinrichtung ein höheres Drehmoment eingestellt wird, dann pflanzt sich der im Arbeitsraum entstehende höhere Druck fort bis in den ersten Druckraum der Stellvorrichtung und bewirkt dort ein .Verstellen des Einlaßventils von der halb ge-, öffneten Stellung in die voll geöffnete Stellung. Dieser Vorgang wird also durch die hydrodynamische Einheit selbst ausgelöst.

Es ist nicht mehr so wie bisher erforderlich, daß der Schaltbefehlgeber einen Einschaltbefehl "Stufe II" erteilt.

Die erfindungsgemäße Anordnung wirkt auch in der umgekehrten Richtung. Das heißt, wenn mit Hilfe der Auslaß-Regeleinriehtuhg wieder ein kleineres Drehmoment eingestellt wird und somit der Flüssigkeitsdruck im Arbeitsraum geringer wird, dann löst dies ein Zurückgehen des Einlaßventils von der voll geöffneten Stellung in die etwa halb geöffnete Stellung aus.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Bauweise besteht darin, daß das Umschalten des Einlaßventils aus der halb in die voll geöffnete Stellung oder umgekehrt weicher als bisher stattfindet. Dadurch ist die bisher bestehende Gefahr, daß durch das Umschalten Schwingungen ausgelöst werden, beseitigt oder zumindest wesentlich verringert.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der .Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 das Steuerschema einer hydrodynamischen Bremse;

Fig. 2 einen Ausschnitt aus dem Steuerschema nach Figur 1 in einer geänderten Ausführung.

In Figur 1 ist·eine hydrodynamische Bremse insgesamt mit 10 bezeichnet. Sie weist ein Gehäuse 7, einen Rotor 11 und einen Stator 12 auf. An einen Hochbehälter 13 für Arbeitsflüssigkeit ist eine Niederdruckleitung 14, 15 angeschlossen. Von dieser zweigt ab eine zur Bremse 10 führende Einlaßleitung 16, in · der ein Einlaßventil 17 angeordnet ist. An die Bremse 10 ist

eine Auslaßleitung 18 angeschlossen mit einem vorzugsweise gemäß Patentanmeldung P 28 55 654.9-21 ausgebildeten Auslaß-Reqelventil 19. Dieses erhält als Sollwert von einem Bremspedal ein Signal, das der Größe des jeweils geforderten Bremsmomentes entspricht, außerdem als Istwert ein Signal, dessen Größe von dem momentanen Bremsmoment abhängt (Meßdruckleitung 21). Die Auslaßleitung 18 endet in einen Sumpf 9; von dort kann die Arbeitsflüssigkeit, was in der Zeichnung nicht dargestellt ist, über.einen Kühler in den Hochbehälter 13 zurückgefördert werden.

Um eine gute Wärmeabfuhr aus der Bremse 10 sicherzustellen und damit die Bremse auf Steuerbefehle möglichst rasch reagiert, weisen die Leitungen 14, 16, 18 und die Ventile 17, 19 große Strömungsquerschnitte auf. Das Verschlußteil des Einlaßventils kann als drehbare Klappe, als Ringschieber (gemäß DE-PS 27 57 204) oder in anderer Weise ausgebildet sein. Wesentlich ist nur, daß es zwischen der geschlossenen und der voll geöffneten Stellung eir.o SwiKchenstellung einnehmen kann, in der es nur einen Teil des Strömungsquerschnittes freigibt.

Die auf das 'Ventil 17 einwirkende Kolbenstange 29 einer zweistufLqen hydraulischen Stellvorrichtung 3O kann drei verschiedene Stellungen einnehmen. Hierzu weist die Stellvorrichtung einen· ersten mit der Kolbenstange 29 starr verbundenen·Kolben 31 und ■ einen zweiten Kolben 32 auf. Der erste Kolben 31, der einen großen Hub b ausführen kann und dessen Durchmesser kleiner ist als derjenige des. zweiten Kolbens 32., ist im Inneren des Kolbens 32 angeordnet (in einer dort vorgesehenen Zylinderbohrung 32') und schließt mit diesem einen ersten Druckraum 34 ein. Der Kolben 32, der einen kleinen Hub a ausführen kann, schließt mit dem Gehäuse 33 einen zweiten Druckraum 3 5 ein.

Wenn kein Druck vorhanden ist, sorgt eine Feder 17a dafür, daß da*; Einlaßventil 17 geschlossen ist und dementsprechend die Kolben 31, 32 ihre Ruhelage einnehmen; d.h. der Kolben 32 liegt am Gehäuse 33 an und der Kolben 31 am Kolben 32. Dieser Zustand ist in Figur 1 dargestellt.

BAD ORIGINAL

Der zweite Kolben 32 weist auf seiner äußeren Mantelfläche eine Ringnut 36 auf, die über Querbohrungen 37 mit dem ersten Druckraum 34 in Verbindung steht. In der zur Führung des Kolbens 32 dienenden Gehäusebohrung 33' sind zwei Ringnuten 38 und 39 eingearbeitet. Wie man aus der-Zeichnung erkennt', ist also der Druckraum 34 über die Querbohrungen 37 und die Ringnut 36 entweder mit der Ringnut 38 verbunden, sofern sich der Kolben 32 in der Ruhelage befindet, oder mit der Ringnut 39, sofern sich der Kolben 32 in der entgegengesetzten Stellung ("Arbeitsstellung") befindet. Auf diese Weise bildet der zweite Kolben 32 zusammen mit dem Gehäuse 33 eine Umsteuereinrichtung.

Zum Beaufschlagen der Druckräume 34 und 35 mit Druckmittel ist eine Pumpe 40 vorgesehen, die Druckmittel aus der Niederdruck^ leitung 15 in eine Hochdruckleitung 41 fördert. Diese mündet in ein Vorsteuerventil 42, das durch Niedertreten des Bremspedals 20 verstellt werden kann, beispielsweise mittels einer Schaltstange 43. An das Vorsteuerventil 42 sind eine Druckmittelleitung 44 und eine zur Niederdruckleitung 15 zurückführende Entlastungsleitung 46 angeschlossen. Solange das Bremspedal 20 nicht niedergedrückt wird, hält eine Feder 42a das Vorsteuerventil in seiner Ruhelage (Stellung 0). Hierbei ist die Druckmittelleitung 44 mit der Entlastungsleitung 46 verbunden und die Hochdruckleitung 41 ist abgesperrt. Schon bei geringem Niedertreten des Bremspedals gelangt das Ventil 42 in die Stellung I. Hierbei ist die Druckmittelleitung 44 mit der Hochdruckleitung 41 verbunden. Von der Druckmittelleitung 44 führt eine Zweigleitung direkt in die Ringnut 38. Eine weitere Zweigleitung 48, in die eine Drossel 49 eingebaut ist, verbindet die Druckmittelleitung 44 mit dem zweiten Druckraum 35. Diese Verbindung ist

die
ständig vorhanden. In einetVDrossel 49 umgehenden Entlastungs-

leitung 50 ist ein Rückschlagventil 51 eingebaut. Dieses öffnet sich, wenn in der Schaltstufe O der zweite Druckraum 35 entlastet wird; es erlaubt somit ein rasches Zurücklaufen des zweiten Kolbens 32 in seine Ruhestellung.

Wenn ein Bremsbefehl erteilt wird (Stellung I des Vorsteuerventils 42), dann wirkt die Anordnung wie folgt: Druckmittel gelangt über die Leitungen 44 und 47 über die Ringnuten 38/36 und die •Kanäle 37 in den ersten Druckraum 34, so daß der erste Kolben 31· rasch seinen vollen Hub b ausführt und das Einlaßventil 17 ganz öffnet. Zugleich gelangt Druckmittel über die Drossel 49 in den zweiten Druckraum 35, so daß sich der· zweite Kolben 32 langsam in seine Arbeitsstellung bewegt. Er trennt hierdurch den ersten Druckraum 34 von der Ringnut 38 und von der Druckmittelleitung 44, 47 ab und verbindet ihn stattdessen mit der Ringnut 39. Diese ist über eine Leitung 45 und über die Meßdruckleitung 21 mit dem Arbeitsraum der Bremse 10 verbunden. Angenommen, das Bremspedal 20 sei nur wenig niedergetreten, es werde also nur ein kleines Bremsmoment verlangt, so herrscht im Arbeitsraum nur ein geringer Druck. Dann kann sich nun der Druckraum' 34 in den Bremsenarbeitsraum hinein entlasten, so daß der erste.Kolben 31 in seine Mittelstellung geht und das Einlaßventil 17 in die etwa halb geöffnete·Stellung bringt. Der soeben beschriebene Vorgang kann sich innerhalb sehr kurzer Zeit abspielen, so daß die Bremse 10 auf einen Befehl "Kleines Bremsmoment" einen zeitlich begrenzten Füllstoß erhält. Die Zeitdauer des Füllstoßes und damit seine Intensität kann durch Verstellen der Drossel 49 variiert werden. Man verändert hierdurch die Laufgeschwindigkeit des zweiten Kolbens 32.

Wird sodann mit dem Bremspedal und dem Auslaß-Regelventil 19 ein höheres Bremsmoment eingestellt, erhöht sich der Druck im Bremsen-Arbeitsraum. Dieser gelangt über die Leitung 45 und die

Ringnuten 39/36 in den ersten Druckraum 34. Sobald dort der Druck so hoch ist, daß die Druckkraft die Kraft der Feder 17a überwinden kann, wandert der erste Kolben 31 aus der Mittelstellung wieder in seine Arbeitsstellung, wodurch er das Einlaßventil 17 wieder voll öffnet. Wird das Bremspedal 20 aus der Stellung O sofort verhältnismäßig weit niedergetreten, dann gelangt das Einlaßventil 17, wie zuvor beschrieben,, rasch aus der geschlossenen in die voll geöffnete Stellung. Es verbleibt nun aber in dieser Stellung, weil, sich der hierzu im .Druckraum 34 erforderliche Druck über did Leitung A^r-> in kUry.ost or 'Zeit aufbaut.

In der Figur 2 sind die gegenüber Figur 1 unveränderten Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie dort. Unverändert sind auch .die in Figur 2 weggelassenen Teile, so insbesondere die gesamte Bremse 10, der Hochbehälter 13 und das Bremspedal 20 mit dem Auslaßregelventil 19.

In der Stellvorrichtung 130 sind die beiden Kolben 131 und 132 nunmehr hintereinander angeordnet. Der Kolben 132 weist einen Ansatz 59 auf, der als Distanzstück zwischen den beiden Kolben 131 und 132 dient. Die den beiden Kolben zugeordneten Druckräume sind mit 134 und 135 bezeichnet.

An Stelle der Ringnuten 36, 38, 39 der Figur 1 ist nunmehr außerhalb der Stellvorrichtung 130 ein Hilfssteuerventil 27 vorgesehen, das zwei Stellungen einnehmen kann. Dargestellt ist die Ruhestellung, in der es durch eine Feder 27a gehalten wird. Hierbei verbindet das HilfsSteuerventil 27 die Druckleitung 44 mit einer in den ersten Druckraum 134 mündenden Leitung 147. Die Druckleitung 44 ist über eine Zweigleitung 148 ständig mit dem zweiten Druckraum 135 verbunden.

Das Umschalten des Hilfssteuerventils 27 in seine andere Stellting

BAD ORIGINAL

kann zum Beispiel, wie in Figur 2 dargestellt, durch den Druck aur> der Leitung 45 erfolgen; siehe die hiervon abzweigende Steuerleitung 45a. Dabei ist die Kraft der Feder 27a so bemessen, daß schon der einem kleinen Bremsmoment entsprechende Druck ausreicht, um das Ventil 27 zu schalten. Dadurch wird der Druckraum 134 von der Druckleitung 44 abgetrennt und stattdessen mit der Leitung verbunden.

Die Wirkung dieser Anordnung ist die gleiche, wie diejenige der Figur 1: Wenn aus dem Leerlauf der Bremse heraus ein kleines Bremsmoment befohlen wird, dann werden beide Druckräume 134 und 135 beaufschlagt; beide Kolben 131 und 132 laufen in ihre linke Endstellung; das Einlaßventil 17 gelangt in die voll geöffnete Stellung. Sobald das Bremsmoment einen vorbestimmten kleinen Wert überschreitet, wird durch den über die Leitung 45 ankommenden Druck das Ventil 27 umgesteuert. Bleibt hierbei der Druck in der Leitung 45 auf einem dem kleinen Bremsmoment entsprechenden niedrigen Wert, dann wird der Druckraum 134 entlastet, so daß die Feder 17a das Ventil 17 in seine etwa halb geöffnete Position bringen kann. Andernfalls bleibt das Einlaßventil 17 voll geöffnet.

Abweichend von Figur 2 kann das Umsteuern des Ventils 27 auch durch einen der Druc.kleitung 44 entnommenen Druck erfolgen, und zwar wie in Figur 1 über eine Drossel 49, zu der ein Rückschlagventil 51 parallel geschaltet ist. Umgekehrt könnten in der Figur die Drossel 49 und das Rückschlagventil £1 entfallen, indem man den.Druckraum 35 anstatt aus der Druckleitung 44 aus der von der Bremse 10 kommenden Leitung 45 mit Druckmittel beaufschlagt. Weil jedoch der Druck im Bremsenarbeitsraum, wenn nur ein kleines Bremsmoment gefordert ist, verhältnismäßig niederig ist, müßte in die- · sem Falle die vom Druck' beaufschlagte Fläche des Kolbens 32 vergrößert werden.

29.10.80
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ORIGINAL INSPECTED

Leerseite

Claims

Patentansprüche

Hydrodynamische Drehmoment-Übertragungseinheit, insbesondere hydrodynamische Bremse (10), mit einem torusförmigen Arbeitsraum, an den eine Einlaßleitung (16) und eine Auslaßleitung (18) angeschlossen sind, und mit den folgenden weiteren Merkmalen:

a) der Füllungsgrad des Arbeitsraumes ist zwecks Einstellung des zu übertragenden Drehmomentes veränderbar;

b) in der Einlaßleitung (16) ist ein Einlaßventil (17) angeordnet, durch das unterschiedliche Einlaßströme einstellbar sind;

c) das Einlaßventil (17) ist derart steuerbar, daß sich auf einen Einschaltbefehl, der mittels eines Schaltbefehlgebers (20) erteilt wird, zunächst kurzzeitig ein großer und danach ein kleiner Einlaßstrom einstellt;

d) dem Einlaßventil (17) ist eine an sich bekannte mehrstufige mit Druckmittel betätigbare Stellvorrichtung (30/ 130) zugeordnet, die einen ersten Druckraum (34) und einen zweiten 'Druckraum (35) aufweist und dementsprechend aus ihrer Ruhelage unterschiedliche Hübe ausführen kann;

e) eine Umsteuereinrichtung (36,38,39; 27) ist derart ausgebildet, daß sie auf einen Einschaltbefehl zunächst des Beaufschlagen beider Druckräume (34 und 35) und danach das Ent-

lasten des ersten Druckraumes (34) auslöst;

nach Patentanmeldung P 29 48 400.2-12, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

f) die Umsteuereinrichtung (36,38,39; 27) verbindet den ersten Druckraum (34) in ihrer Ruhestellung mit einer auf einen Einschaltbefehl unter Druck stehenden Druckmittelleitung· (4 4), dagegen in ihrer Arbeitsstellung mit dem Arbeitsraum der hydrodynamischen Einheit (10) (Leitung' 45) .

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Druckraum (35) ständig mit der genannten Druckmittelle'itung (44) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin das Einlaßventil (17) durch eine Rückstellkraft, z. B. Feder (17a), in seine geschlossene Stellung gebracht werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellkraft derart bemessen ist, daß sie - in der Arbeitsstellung der Umsteuereinrichtung (36, 38, 39; 27) - im Gleichgewicht stehen kann mit einer im ersten Druckraum (34) erzeugten Druckkraft, die einem mittleren Wert des von der hydrodynamischen Einheit übertragenen Drehmomentes entspricht;

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß· dem ersten Druckraum (34) ein erster Kolben (31) zugeordnet ist, der mit dem Einlaßventil (17) gekoppelt ist und einen großen Hub (b) ausführen kann,. während dem zweiten Druckraum (35) ein zweiter Kolben (32) zugeordnet ist, dessen Hub fc)kleiner ist als der Hub (b)des ersten Kolbens (31), wobei der zweite Kolben (32) in seiner Ruhestellung die Ruhe-

stellung des ersten Kolbens (31) bestimmt und in seiner Arbeitsstellung die Zwischenstellung des ersten Kolbens (31).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (32) zusammen mit einem feststehenden Bauteil (Gehäuse 33) die Umsteuereinrichtung (36, 38, 39) bildet.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsteuereinrichtung (36, 38, 39; 27) auf den Einschaltbefehl mit zeitlicher Verzögerung (z. B. Drossel 49) in ihre Arbeitsstellung gelangt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellen der Umsteuereinrichtung (36, 38, 39; 27) in ihre Arbeitsstellung durch einen im Arbeitsraum der hydrodynamischen Einheit herrschenden Druck ausgelöst wird, der wenigstens angenähert dem kleinstmöglichen übertragbaren Drehmoment entspricht.

29.10.80
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