DE3421935C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für eine hydraulisch betätigbare Kupplung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Eine bekannte Steuereinrichtung dieser Art - DE-OS 15 55 671 - ist derart aufgebaut, daß ein rascher Druckanstieg des zirkulierenden Öls nicht gewährleistet erscheint und daß die dafür vorgesehenen Einrichtungen verhältnismäßig kompliziert aufgebaut sind. Vergleichbares gilt für eine weitere bekannte Steuereinrichtung nach der DE-OS 28 41 507, bei welcher zwei zylindrische Gewichte in einem Bereich eines Ventils vorgesehen sind, von denen das eine das andere umgreift und die über eine zwischen ihnen angeordnete Druckfeder und einen an der inneren Peripherie des äußeren Gewichtes angeordneten Schnappring miteinander in Verbindung stehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei kompakter Bauweise ein besonders schnell und empfindlich reagierendes Ansprechen erreicht wird.

Ausgehend von einer Steuereinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße besondere konstruktive Ausgestaltung wird erreicht, daß bei kompakter Bauweise ein besonders rascher Druckanstieg des zirkulierenden Öls erreicht wird, weshalb die Hydraulikkupplung bei Überschreiten eines bestimmten Wertes der Motordrehzahl bzw. der Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechend schnell eingerückt wird.

Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiele nachstehend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen vertikalen Teilschnitt in schematischer Darstellung eines ersten Ausführungsbeispieles;

Fig. 2 ein Seitenschnittbild eines Steuerventils;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Relation zwischen Drehzahl und Hydraulikdruck;

Fig. 4 einen vertikalen Teilschnitt in schematischer Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispieles.

In Fig. 1 ist ein Gehäuse 2 an eine Eingangswelle 1 angeschlossen, die zur Einleitung eines Drehmoments mit der Kurbelwelle eines Motors 50 verbunden ist. Das Gehäuse ist an einem Ende des Außenumfangs eines Pumpenrades 3 befestigt und bildet zusammen mit dem Pumpenrad 3 eine Abdeckung für die weiteren Räder 4 und 5. Das Pumpenrad 3 weist an seiner inneren Umfangsseite eine mit einer Ausgangswelle 6 konzentrisch angeordnete Hohlwelle 7 auf. Das dem Pumpenrad 3 gegenüberliegende Turbinenrad 4 ist mit der Ausgangswelle 6 zu einer Einheit verbunden, und ein Leitrad 5, das an seiner inneren Umfangsseite eine Einwegkupplung 15 aufweist, ist zwischen dem Pumpenrad 3 und dem Turbinenrad 4 angeordnet. Eine annähernd scheibenförmige Druckplatte 9 mit einer Oberfläche 8 gegenüber einer gehäuseseitigen Reibfläche 2 a ist zwischen dem Gehäuse 2 und dem Turbinenrad 4 konzentrisch angeordnet und an dem Turbinenrad 4 in axialer Richtung frei verschiebbar gehalten. Ein äußerer Umfangsbereich der Platte 9 greift nur in axialer Richtung frei verschiebbar mit einem Eingriffsteil 11 ineinander, das an einem Turbinengehäuse 10 des Turbinenrades 4 befestigt ist. Ein flanschförmiger Anschlag 13 ist an einem zylinderförmigen Teil 12 ausgebildet, das an dem Turbinenrad 4 befestigt ist und auf der Seite der Reibungsfläche 2 a an der Platte 9 angreift, wobei eine Tellerfeder 14 in zusammengedrücktem Zustand zwischen dem Anschlag 13 und der Platte 9 eingesetzt ist.

Ein Ende einer Öldurchführung 16 ist an einen zylindrischen Spaltraum angeschlossen, der zwischen der Hohlwelle 7 und der Ausgangswelle 6 ausgebildet ist, während das andere Ende der Öldurchführung 16 mit einem Steuerventil 17 verbunden ist. Ein Öleinlaß des Steuerventils 17 (an späterer Stelle beschrieben) ist über eine Öldurchführung 19 an einen Ölauslaß einer durch den Motor 50 betriebenen Ölpumpe 18 angeschlossen, und ein Öleinlaß der Ölpumpe 18 ist so ausgelegt, daß Öl aus einer Ölwanne 21 durch eine Öldurchführung 20 gepumpt wird. Die Ölpumpe 18 wird beispielsweise über die mit dem Antrieb verbundene Hohlwelle 7 angetrieben. Das von der Öldurchführung 16 eingeleitete Öl wird derart zirkuliert, daß dieses durch die Innenseiten des Pumpenrades und der weiteren Räder 4 und 5 hindurch fließt, wie das anhand der Pfeile dargestellt ist, und dadurch schließlich in eine Öldruckkammer 22 geleitet wird, die zwischen der Platte 9 und dem Turbinengehäuse 10 ausgebildet ist. Über eine nicht abgebildete Öldurchführung, die innerhalb der Ausgangswelle 6 ausgebildet ist, wird das Öl in die Ölwanne 21 abgeleitet.

Ein Beispiel für das Steuerventil 17 wird nachfolgend näher erläutert. In Fig. 2 besteht das Steuerventil 17 aus einem Ventilkörper 17 a und einem Gegengewicht 23, und eine Zentralwelle 25, die über einen Keil 24 in ei­ nen mittleren Bereich des Ventils 17 eingepaßt ist und mit diesem Bereich eine integrale Einheit bildet, ist an den Ausgang des Motors 50 angeschlossen (Fig. 1). Zwei sich parallel zu der Mittelachse 0 ₁ der Zentral­ welle 25 erstreckende Öldurchführungen 26, 27 (eine zu­ leitende und eine ableitende Öldurchführung) sind in der Zentralwelle 25 ausgebildet und mit einer zulei­ tenden Öldurchführung 28 und einer ableitenden Öl­ durchführung 29 verbunden, die jeweils in den Ventil­ körper 17 a gebohrt sind. Das Steuerventil 17 ist so ausgelegt, daß dieses sich mit der Drehung der Zen­ tralwelle 25 zum Beispiel in Pfeilrichtung X ₁ dreht, so daß eine Zentrifugalkraft in Pfeilrichtung F ₁ in dem Ventilkörper 17 a auftritt. Eine Öffnung 30, deren Mittelachse sich auf einer Mittellinie A-A befindet, ist in der Richtung ausgebildet, die von der dem Ge­ gengewicht 23 gegenüberliegenden Außenseite des Ven­ tilkörpers 17 a her in Richtung auf die Mittelachse 0 ₁ führt. Ausgehend von dieser Außenseite weist die Öff­ nung 30 aufeinanderfolgend einen Abschnitt 31 mit großem Durchmesser, einen Abschnitt 32 mit kleinem Durchmesser und einen Abschnitt 33 mit mittlerem Durchmesser auf, und ein kolbenförmiges Steuerventil­ glied 34 ist frei verschiebbar in den Abschnitt 32 mit kleinem Durchmesser eingepaßt. Ein mittelseitiger Abschnitt 35 kleinen Durchmessers ist an dem der Mit­ telachse 0 ₁ zugewandeten Bereich des Steuerglieds 34 ausgebildet, derart, daß zwischen diesem Kolbenab­ schnitt 35 und dem Öffnungs-Abschnitt 32 kleinen Durchmessers ein ringförmiger Freiraum vorhanden ist. Ein Kolbenabschnitt 36, der in Richtung der Mittel­ linie A-A frei verschiebbar in den Öffnungs-Abschnitt 33 mittleren Durchmessers eingepaßt ist, befindet sich an dem der Mittelachse 0 ₁ zugewandten Ende des Steuer­ gliedes 34. Eine Durchführung, die anhand einer ge­ strichelten Linie gezeigt ist, mündet an der der Mit­ telachse 0 ₁ zugewandten Bodenfläche des Öffnungs-Ab­ schnitts 33 mittleren Durchmessers und verbindet den entsprechenden Zylinderraum mit dem Außenraum bzw. der Ölwanne 21. Der der Außenseite des Ventilkörpers zu­ gewandte bzw. von der Mittelachse 0 ₁ abgewandte Endbe­ reich der ableitenden Öldurchführung 29 ist über zwei Öldurchführungen 37, 38, die jeweils senkrecht zur Mit­ telachse A-A verlaufen und in Richtung dieser Mittel­ linie beabstandet angeordnet sind, mit dem Öffnungs- Abschnitt 32 kleinen Durchmessers verbunden, und der der Außenseite des Ventilkörpers zugewandte bzw. von der Mittelachse 0 ₁ abgewandte Endbereich der zuleiten­ den Öldurchführung 28 ist mit dem Öffnungs-Abschnitt 32 kleinen Durchmessers über eine senkrecht zur Mit­ tellinie A-A verlaufende Öldurchführung 39 verbunden, die auf der Grundlage der Richtung der Mittellinie A-A bzw. senkrecht zu dieser gesehen zwischen den Öl­ durchführungen 37 und 38 vorgesehen ist. Eine sich senkrecht zu der Mittellinie A-A erstreckende Öl­ durchführung 40 (Abflußöffnung) ist zu der Außenseite des Ventilkörpers hin von der Öldurchführung 38 beab­ standet gebohrt und verbindet einen Spaltraum, der durch einen Kolbenabschnitt 41 kleinen Durchmessers des Ventilgliedes 34 zwischen diesem und dem Öffnungs- Abschnitt 32 kleinen Durchmessers gebildet ist, nach außerhalb des Ventils 17. Entlang der Mittellinie A-A gesehen, befindet sich zwischen den Kolbenabschnitten 35 und 41 mit kleinem Durchmesser ein Kolbenabschnitt 42 größeren Durchmessers des Ventilgliedes 34, dessen Länge mit derjenigen des Abstandes übereinstimmt, der zwischen der der Außenseite des Ventilkörpers 17 a zu­ gewandten bzw. von der Mittelachse 0 ₁ abgewandten seitlichen Begrenzung derjenigen Öldurchführung 38 der beiden Öldurchführungen 37 und 38, die näher zur Au­ ßenseite des Ventilkörpers 17 a bzw. weiter von der Mittelachse 0 ₁ beabstandet angeordnet ist, einerseits und der von der Außenseite des Ventilkörpers 17 a abge­ wandten Seite bzw. der der Mittelachse 0 ₁ zugewandten seitlichen Begrenzung der Öldurchführung 39 anderer­ seits gegeben ist.

Ein in den Öffnungs-Abschnitt 31 großen Durchmessers hineinragender Stützkolbenabschnitt 43 ist an dem der Außenseite des Ventilkörpers zugewandten bzw. von der Mittelachse 0 ₁ abgewandten Ende des Reglerventilglie­ des 34 ausgebildet, und ein scheibenförmiges großes Gewicht 44 und kleines Gewicht 45 sind ausgehend von der Außenseite des Ventilkörpers frei verschieblich auf den Stützkolbenabschnitt 43 aufgepaßt. Ein Schnappring 46 ist an dem Ende des Stützkolbenab­ schnitts 43 vorgesehen, und das kleine Gewicht 45 liegt an diesem Schnappring 46 an und wird von diesem ab­ gestützt. Eine Schraubenfeder 47, deren Durchmesser größer ist als derjenige des kleinen Gewichtes 45 mit kleinem Durchmesser angeordnet und in vorgespanntem Zustand zwischen einer ringförmigen Scheibe 49, die am außenseitigen Endbereich des Öffnungs-Abschnittes 31 großen Durchmessers durch einen Schnappring 48 be­ festigt ist, und dem großen Gewicht 44 gehalten, das zur Abstützung auf der Schraubenfeder 47 mit einem entsprechend groß bemessenen Durchmesser ausgebildet ist.

Die Funktion des Drehmomentwandlers wird im folgenden erläutert. Wenn der Betrieb des Motors 50 einsetzt, so daß die Eingangswelle in Fig. 1 gedreht wird und das Pumpenrad 3 durch das Gehäuse 2 gedreht wird, wird ein Drehmoment auf das Turbinenrad übertragen, so daß dieses durch das in den Drehmomentwandler gefüllte Öl gedreht wird, und das Drehmoment wird zur Ausgangswel­ le 6 weitergeleitet. Durch die Drehung des Motors 50 wird auch die Getriebepumpe 18 angetrieben, so daß dem Drehmomentwandler über das Steuerventil 17 zirkulie­ rendes Öl zugeführt wird. Das zugeführte Öl zirkuliert durch den Wandler 3, 4, 5 und wird zurückge­ leitet zur Ölwanne 21 und übt einen Hydraulikdruck in der Ölkammer 22 aus, wie dies anhand des dortigen Pfeils dargestellt ist. Wie später be­ schrieben, übernimmt das Steuerventil 17 hier die Funktion der Zufuhr von zirkulierendem Öl geringen Drucks, wenn die Drehzahl des Motors 50 unter einem vorgeschriebenen Wert liegt, und der Zufuhr von zirkulierendem Öl hohen Drucks, wenn die Drehzahl des Motors 50 über einem vorgeschriebenen Wert liegt. Wenn also die Drehzahl des Motors 50 un­ ter einem vorgeschriebenen Wert liegt, ist der auf die Öldruckkammer 22 ausgeübte Hydraulikdruck gering, so daß die Platte 9 aufgrund der Elastizität der Tellerfeder 14 zur Seite des Turbinenrads 4 ver­ lagert und der Belag 8 von der Reibungsfläche 2 a ent­ fernt gehalten wird, und zwar wird in diesem Falle ein der Eingangswelle 1 zugeleitetes Drehmoment durch Öl von dem Pumpenrad 3 auf das Turbinenrad 4 übertragen, wodurch eine normale Funktion der Drehmomentwandlung ausgeübt wird.

Wenn dagegen die Drehzahl des Motors 50 einen vorgeschriebenen Wert übersteigt, so steigt der von dem Steuerventil 17 gelieferte Druck abrupt an, und der Druck in der Ölkammer 22 wird groß, so daß jener der Tellerfeder 14 überwunden wird und die Platte 9 deshalb zur Seite der Reibungsfläche 2 a glei­ tet. Infolgedessen wird der Belag 8 an die Reibungs­ fläche 2 a gedrückt, und das Gehäuse 2 wird durch die Platte 9 mit dem Turbinenrad 4 zu einer Einheit zusammengeschlossen, wodurch die Eingangswelle 1 in den Zustand direkter Kupplung mit der Ausgangswelle 6 gebracht wird.

In diesem Falle übernimmt das Steuerventil 17 folgen­ de Funktion: Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung der Relation zwischen einer Drehzahl N und einem zugeführten Öldruck P des Steuerventils 17 (Fig. 2). Bei einer Drehzahl N unter dem vor­ geschriebenen Wert n ₀, das heißt in einem Bereich nie­ driger Geschwindigkeit, ist der Anstieg des Öldrucks P gering. Innerhalb eines Bereiches der Drehzahl N von 0 bis n ₀ kann eine in Pfeilrichtung F ₁ auf das große Gewicht 44 des Steuerventils 17 (Fig. 2) ausgeübte Zentrifugalkraft die Kraft der Feder 47 nicht überwinden, so daß das große Gewicht 44 nicht mit dem kleinen Gewicht 45 in Berührung gelangt. Des­ halb ist eine auf das Ventilglied 34 wirkende Last nicht größer als jene, die durch das kleine Gewicht 45 erzeugt wird, und es muß nur ein geringer Öldruck auf den Kolbenabschnitt 36 in Gegenrichtung des Pfeils F ₁ ausgeübt werden, damit diese Last ausgeglichen wird, so daß der Öldruck in der ableitenden Öldurch­ führung 29 gering ist. In diesem Fall entspricht der Anstieg des Öldrucks P einer Vergrößerung der Zentri­ fugalkraft, die mit einer Zunahme der Drehzahl N auf das kleine Gewicht 45 wirkt. Folglich wird der Öldruck P niedrig gehalten, wie das der Kurvenver­ lauf zwischen 0 und n ₀ in Fig. 3 zeigt.

Die Steifigkeit der Feder 47 ist so bemessen, daß das große Gewicht 44 mit dem kleinen Gewicht 45 dann in Berührung gelangt, wenn die Drehzahl N den Wert n ₀ erreicht, und die auf beide Gewichte 44 und 45 wirkende Zentrifugalkraft übt in Richtung F ₁ eine Last auf das Ventilglied 34 aus, wenn die Drehzahl N den Wert n ₀ übersteigt. Da nämlich die auf das Ventilglied 34 wirkende Last an dem Punkt n ₀ abrupt ansteigt und auch ein zum Ausgleich dieser Last in der dem Pfeil F ₁ entgegengesetzten Richtung auf den Kol­ benabschnitt 36 ausgeübter Öldruck abrupt ansteigt, kommt es zu einem raschen Anstieg des Drucks in der ableitenden Öldurchführung 29. Folglich steigt der Öl­ druck in der Öldruckkammer 22 von Fig. 1 rasch an, so daß die Kraft der Tellerfeder 14 überwunden und bewirkt wird, daß die Platte 9 verschoben wird und den Drehmomentwandler in direkt gekuppelten Zustand bringt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Drehzahl N zum Beispiel zu n ₁. Wenn sich die Drehzahl N weiter vergrößert, steigt der Öldruck P um eine Größe, die einer Zunahme der auf beide Gewichte 44 und 45 wirkenden Zentrifugalkraft entspricht. Aufgrund der Leistung der Ölpumpe 18 (Fig. 1) steigt der Öldruck P jedoch nicht über einen vorher bestimmten Wert an, sondern bleibt da­ nach konstant.

Die vorherbestimmten Drehzahlen n ₀, n und die Anstiegscharakteristik (Neigung) des Öldrucks P können nach Ermessen geändert werden, indem die Schwe­ re der Gewichte 44, 45 und die Steifigkeit der Schrau­ benfeder 47 geändert wird. Die Drehzahl n ₁ läßt sich durch Änderung der Charakteristik der Tellerfeder 14 (Fig. 1) ändern.

Wie vorstehend beschrieben, ist die Hydraulikkupplung (die Platte etc.) in dem Drehmomentwandler vorge­ sehen, die Hydraulikquelle für die Versorgung der Hy­ draulikkupplung mit Hydraulikdruck wird als Speisungs­ pumpe (z. B. Getriebepumpe) für die Ölzirkula­ tion in dem Drehmomentwandler genutzt und das Steuer­ ventil 17 ist zwischen dem Drehmomentwandler und der Speisungspumpe angeordnet, so daß dadurch ein rascher Druckanstieg des zirkulierenden Öls erreicht und die Hydraulikkupplung eingerückt wird, wenn die Drehzahl des Motors oder die Fahrzeuggeschwindig­ keit einen vorgeschriebenen Wert überschreiten. Auf diese Weise wird der Vorteil erreicht, daß das Steu­ erventil 17 für die Regelung der Hydraulikdruckzufuhr zu dem Drehmomentwandler den Verriegelungsmechanismus (Kupplung für direkten Zusammenschluß) automatisch be­ tätigt. Außerdem wird die Konstruktion wesentlich ver­ einfacht, die Herstellungskosten werden gesenkt.

Ferner läßt sich in der praktischen Ausführung der Er­ findung folgende Zusammenstellung verwirklichen:

• (a) Das Steuerventil 17 kann so ausgelegt werden, daß dieses in Übereinstimmung mit der Fahrzeugge­ schwindigkeit arbeitet. In diesem Fall läßt sich das Steuerventil 17 zum Beispiel an einer Welle befesti­ gen, die ein Getriebe mit einer Achse verbindet.
• (b) Die Platte 9 läßt sich mit dem Turbinengehäuse 10 verbinden, indem anstelle der Tellerfeder 14 eine blattfederförmige Federplatte verwendet wird, durch welche die Platte 9 hin zur Seite des Turbinen­ rads 4 gedrückt wird.
• (c) Das Gehäuse 2 kann von dem Pumpenrad 3 getrennt sein, so daß sich dazwischen - wie in Fig. 4 ge­ zeigt - die Platte 9 anordnen läßt. Hier ist die Funktion des Steuerventils 17 so gewählt, daß der Öl­ druck während des Leerlaufs des Motors 50 niedrig ge­ halten und sofort erhöht wird, wenn die Drehzahl des Motors über die Leerlaufdrehzahl hinausgeht. Auf diese Weise läßt sich ein Kriechen des Fahrzeugs verhindern und der Kraftstoffverbrauch verbessern. Die Federplat­ te bzw. Klemmplatte ist mit Bezugsziffer 51 bezeichnet und in Fig. 4 gezeigt.

Claims (5)

1. Steuereinrichtung für eine hydraulisch betätigbare Kupplung zur Verbindung eines der Laufräder eines Drehmomentwandlers mit dem Antrieb, die ein Steuerventil aufweist, das unter dem Einfluß einer Fliehkraft und einer dieser entgegenwirkenden, durch einen Hydraulikdruck erzeugten Kraft die Zufuhr oder Ableitung von Hydraulikflüssigkeit zum Ein- oder Ausrücken der Kupplung steuert, so daß die Kupplung eingerückt wird, wenn die Motordrehzahl oberhalb eines bestimmten Wertes liegt, und ausgerückt wird, wenn die Motordrehzahl unterhalb dieses bestimmten Wertes liegt, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Steuerglied (34) des Steuerventils (17) ein kleines (45) und ein großes (44) Fliehgewicht vorgesehen sind, wobei das kleine Fliehgewicht (45) ständig auf das Steuerglied (34) wirkt und daß große Fliehgewicht (44) erst nach Überwinden der Kraft einer Feder (47) an dem Steuerglied (34) angreift.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpenrad (3) des Drehmomentwandlers mit dem Antrieb (2) verdrehfest verbunden ist und die Kupplung (2 a, 8, 9, 22) zwischen den Antrieb (2) und das Turbinenrad (4) des Wandlers eingeschaltet ist.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (2 a, 8, 9, 22) zwischen den Antrieb (2) und das Pumpenrad (3) des Wandlers eingeschaltet ist.

4. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das kleine Fliehgewicht (45) und das große Fliehgewicht (44) konzentrisch auf einem zur Mittelachse (0 ₁) radial äußeren Stützkolbenabschnitt (43) des in Radialrichtung verschiebbar ausgebildeten Steuergliedes (34) angeordnet und in einer sich in Radialrichtung erstreckenden Öffnung (31) verhältnismäßig großen Durchmessers radial verschiebbar aufgenommen sind, daß das größere Fliehgewicht (44) an dem Stützkolbenabschnitt (43) radial verschiebbar und näher der Mittelachse (0 ₁) angeordnet ist als das kleinere Fliehgewicht (45), welches an dem Stützkolbenabschnitt (43) gegen radial nach außen gerichtete Bewegung festgelegt ist, und daß das kleinere Fliehgewicht (45) mit peripherem Abstand von einer Schraubenfeder (47) umgriffen ist, die mit ihrem der Mittelachse (0 ₁) zugewandten Ende an dem großen Fliehgewicht (44) und an ihrem entgegengesetzten, radial äußeren Ende an der Wandung der Öffnung (31) abgestützt ist.

5. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied (34) zusammen mit einem radial nach innen gerichteten auf die Öffnung (31) folgenden engeren Öffnungsabschnitt (32) ein kolbenförmiges Ventilglied bildet und daß an dem radial inneren Ende des Steuergliedes (34) ein Kolbenabschnitt (36) ausgebildet ist, der in einen Öffnungsabschnitt (33) mittleren Durchmessers eingepaßt ist.