DE3627370A1 - Hydrodynamischer drehmomentwandler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Drehmomentwand­ ler, vorzugsweise geeignet für die Verwendung in einem Kraft­ fahrzeuggetriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Vor allem in automatischen Getrieben für Fahrzeuge, mit denen häu­ fig angefahren und gebremst werden soll, also Omnibussen oder sonstigen Nutzfahrzeugen werden mit Erfolg Drehmomentwandler eingesetzt, die sich durch verschleißfreies Anfahren auszeich­ nen und mit denen ferner auch gebremst werden kann.

Ein solches Getriebe ist bekannt aus der DE-PS 20 21 543. Darin wird ein hydrodynamisch-mechanisches Getriebe offenbart, mit einem Drehmomentwandler, dessen Turbinenrad mittels einer als Planetengetriebe ausgebildeten Umsteuereinrichtung zur Dreh­ richtungsumkehr zum Zwecke des Bremsens versehen ist. Es werden ferner Möglichkeiten aufgezeigt, wie die Umsteuerung vom Trak­ tions- auf den Bremsbetrieb möglichst rasch und trotzdem stoß­ frei erfolgen kann.

Aus der DE-PS 25 37 431 ist ferner ein Getriebe bekannt, insbe­ sondere zur Verwendung in Erdbewegungsmaschinen, bei dem jeder Fahrtrichtung mindestens ein Drehmomentwandler zugeordnet ist. Die Pumpenräder aller Drehmomentwandler des Getriebes sind mit der Antriebsmaschine verbunden und werden im gleichen Drehsinn angetrieben. Die Turbinenräder rotieren teilweise gegensinnig zueinander.

Während des Betriebes befinden sich demnach in mindestens einem Drehmomentwandler das Pumpenrad und das Turbinenrad in gegen­ läufigem Drehsinn. Das Ein- und Ausschalten der Drehmomentwand­ ler erfolgt durch Füllen und Entleeren der Betriebsflüssigkeit. Wird nunmehr die Betriebsflüssigkeit in einen Drehmomentwandler mit momentan gegenrotierender Turbine eingeleitet, so ent­ wickelt dieser eine Bremskraft, die mittels der Antriebsmaschi­ ne über die Drehzahl des betreffenden Pumpenrades beeinflußt werden kann.

Die bekannten Getriebe mit den zum Bremsen herangezogenen Dreh­ momentwandlern haben sich bewährt. Die vom Drehmomentwandler gemäß der DE-PS 20 21 543 entwickelte Bremskraft ist jedoch aufgrund der vom Getriebe her begrenzten Abmessungen des Dreh­ momentwandlers nicht für alle Einsatzbedingungen des Getriebes immer zufriedenstellend. Die Steigerung der Bremskraft der Drehmomentwandler gemäß der DE-PS 25 37 431 durch Erhöhen der Pumpendrehzahl wird erkauft durch eine unwirtschaftliche Leistungseinspeisung durch die Antriebsmaschine.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Bremskraft eines mit einem Getriebe verbundenen Drehmomentwandlers, dessen Tur­ binenrad zum Zwecke des Bremsens gegensinnig angetrieben ist, zu steigern, ohne die Wirtschaftlichkeit des gesamten Getriebes zu beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird durch die Anwendung der kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die Pumpenräder beim Gegenstand der DE-PS 25 37 431 bleiben auch im Bremsbetrieb stets mit der Antriebsmaschine verbunden und rotieren immer gemeinsam. Es ist aufgrund der mit diesem Parallelbetrieb zweier Pumpenräder verbundenen Leistungsaufnah­ me zwingend, den nicht in Betrieb befindlichen Drehmomentwand­ ler zu entleeren, wobei sogar noch die eingeschlossene Luft einen bestimmten Leistungsanteil aufnimmt. Eine schädliche Er­ wärmung der Drehmomentwandler infolge Luftventilation im ent­ leerten Zustand wird dort durch Schließung der beweglich ausge­ führten Leitschaufeln verhindert.

Der Drehmomentwandler nach der DE-PS 20 21 543 hingegen bleibt stets gefüllt. Das Pumpenrad wird im Zusammenhang mit einem Schaltvorgang bis zum Stillstand abgebremst. Auch beim Bremsen steht das Pumpenrad still, während das Turbinenrad als Pumpe wirkt. Das Pumpenrad übernimmt dabei eine Leitradfunktion und bestimmt die Anströmung des Turbinenrades und somit dessen Bremskraftentwicklung, wobei die Zirkulation der Betriebsflüs­ sigkeit innerhalb des Wandlers derjenigen bei Traktion entge­ gensetzt ist. Die Beschaufelung des Pumpenrades jedoch ist op­ timal nur auf den Traktionsbetrieb und die dabei vorhandene Strömungsrichtung ausgelegt. Es hat sich gezeigt, daß das Lösen der Pumpenradbremse und somit das völlige Freilaufen des Pum­ penrades infolge der vom Turbinenrad erzeugten Kreisströmung zu instationären Strömungsvorgängen im Wandler führt. Die Folge davon ist ein völliges Zusammenbrechen der Bremskraftentwick­ lung durch das Turbinenrad.

Die Erfinder haben erkannt, daß die Bremskraft des Turbinenra­ des gesteigert werden kann, wenn dafür gesorgt wird, daß das Pumpenrad weder absolut festgebremst ist noch frei rotieren kann, d.h. keinen Extremzustand annimmt. Es kommt gemäß der Erfindung darauf an, das Pumpenrad in einem zwischen den er­ wähnten Extremwerten liegenden Betriebszustand zu halten. Dies kann gemäß den in den Unteransprüchen aufgezeigten konstrukti­ ven Weiterbildungen durch kontrolliertes Abbremsen der Pumpen­ raddrehbewegung (Freigeben des Pumpenrades) über eine gesteuer­ te Pumpenbremse erfolgen. Eine andere Möglichkeit besteht dar­ in, daß das Pumpenrad mit dem abtriebsseitigen Wellenstrang des Getriebes gekoppelt wird, z.B. mit dem Turbinenrad oder mit einer mit dem Turbinenrad in Verbindung stehenden Welle mit Hilfe einer schaltbaren Kupplungseinrichtung und einem z.B. als Planetengetriebe ausgebildeten Wendegetriebe zwischen dem Tur­ binenrad und dem Pumpenrad.

Es ist ferner möglich, das Pumpenrad mit einem im Getriebe für andere Schaltfunktionen schon vorhandenen Planetengetriebe zu koppeln. Es ist außerdem vorgesehen, die Steuerung des Getrie­ bes so einzurichten, daß bei Bremsung die Pumpenradbremse ge­ löst und die schaltbare Kupplungseinrichtung für die Gegenrota­ tion des Pumpenrades betätigt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dar­ gestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In jeweils schematischen Halb-Längsschnitten zeigt

Fig. 1 ein Getriebe mit steuerbarer Pumpenbremse

Fig. 2 ein Getriebe mit koppelbarem Pumpenrad.

In beiden Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Positionsnum­ mern versehen.

Die Fig. 1 zeigt ein Getriebe mit Antrieb durch eine nicht dargestellte Antriebsmaschine, bestehend aus einer Antriebswel­ le 1, einem für sich allein bekannten Differentialgetriebe 2, einem Drehmomentwandler 3 und einem für sich allein bekannten Nachschaltgetriebe 4. Der Antrieb der nicht dargestellten Fahr­ zeugräder erfolgt über eine Abtriebswelle 5. Der Drehmoment­ wandler 3 besteht aus einem Pumpenrad 6, einem Leitrad 7, das mit einem Wandlergehäuse 8 fest verbunden ist sowie einem am radial inneren Profil des Drehmomentwandlers 3 angeordneten und axial durchströmten Turbinenrad 9. Mit der Abtriebswelle 5 steht das Turbinenrad 9 über eine Turbinenradwelle 10 sowie Planetensätzen 11 und 12 des Nachschaltgetriebes 4 in Verbin­ dung. Der Antrieb vom Motor her erfolgt über das als Planeten­ getriebe ausgebildete Differentialgetriebe 2, wobei die Kraft­ einleitung über das Hohlrad 2 a, die Weiterleitung des mechani­ schen Leistungsanteils über den Planetenträger 2 b auf die Ab­ triebswelle 5 und des hydraulischen Leistungsanteils über das Sonnenrad 2 c über eine Pumpenbremse 14 und eine Pumpenradwelle 13 auf das Pumpenrad 6 erfolgt. Mittels einer Differentialbrem­ se 2 d kann das Sonnenrad 2 c festgehalten werden, wodurch die Motorleistung rein mechanisch auf die Abtriebswelle übertragen wird. Gleichzeitig aber kommt auch das Pumpenrad 6 zum Still­ stand, weil die Pumpenbremse 14 im Betrieb normalerweise ge­ schlossen ist. Die Anordnung der Räder des Planeten-Differen­ tialgetriebes 2 ist nämlich so getroffen, daß das Sonnenrad 2 c und damit das Pumpenrad 6 gegensinnig zur An- und Abtriebswelle 1, 5 rotieren. Das Turbinenrad 9 wiederum läuft im Wandlerbe­ trieb gegensinnig zum Pumpenrad 6, d.h. über das Nachschaltge­ triebe 4 bzw. den Planetensatz 11 gleichsinnig mit der Ab­ triebswelle 5.

Zum Bremsen wird eine Lamellenbremse 12 d für das Hohlrad 12 a des Planetensatzes 12 betätigt, wodurch das Turbinenrad 9 unter gleichzeitigem Kraftfluß durch den Planetensatz 11 in entgegen­ gesetzte Drehung versetzt wird. Das Turbinenrad 9 arbeitet in diesem Betriebszustand als Pumpe und erzeugt im Drehmomentwand­ ler eine Kreisströmung, so daß das Pumpenrad 6 als Turbine wirkt in der dem Turbinenrad entgegengesetzten Drehrichtung und gleichzeitig entgegengesetzt der Drehrichtung bei Traktion. Durch gesteuertes Lösen der Pumpenbremse 14 beginnt somit das Pumpenrad 6 zu rotieren. Am radial inneren Ende der Pumpenrad­ schaufeln entsteht dabei ein Vordrall, der zu einer erheblichen Steigerung des vom Turbinenrad 9 entwickelten Bremsmomentes führt.

Mit 16 ist eine Einzelheit aus der Getriebesteuerung bezeich­ net. Diese enthält zwei Ventile 17 und 18, mit welchen das von einer Pumpe 19 geförderte Druckmedium, in der Regel die Be­ triebsflüssigkeit des Getriebes, zu den Betätigungskolben der Getriebeelemente 2 d und 14 geleitet wird. Erreicht ein Signal zum Betätigen der Differentialbremse 2 d das Ventil 17 (Umschal­ ten in den mechanischen Betriebsbereich), so wird dieses aus der Ruhe- in die Arbeitsposition gebracht, und das Druckme­ dium gelangt zum Betätigungskolben der Differentialbremse 2 d. Gleichzeitig strömt das Druckmedium zum Ventil 18, welches durch eine Feder in geöffneter Stellung gehalten wird, so daß der Betätigungskolben für die Pumpenbremse 14 mit Druck beauf­ schlagt wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die In­ nenlamellen der Pumpenbremse 14 mit dem Pumpenrad verbunden. Die Außenlamellen befinden sich an dem Bauteil, das die Innen­ lamellen für die Differentialbremse 2 d trägt. Auf diese Weise kommt ein gleichzeitiger Stillstand des Sonnenrades 2 c und des Pumpenrades 6 zustande. Das Ventil 18 kann außerdem von einem aus der Getriebesteuerung stammenden Signal "Bremsen" in eine Zwischenstellung gebracht werden, in der ein Absinken des Druckes vor dem Betätigungskolben der Pumpenbremse 14 eintritt. Auf diese Weise kann das Pumpenrad 6 unter der Wirkung des durch die Strömung erzeugten Drehmoments, wie oben beschrieben, eine steuerbare Drehbewegung einnehmen. Die Differentialbremse 2 d bleibt dabei geschlossen. Bei Beendigung des Bremsvorganges wird das Ventil 18 wieder in die ganz geöffnete Position ge­ bracht, so daß das Pumpenrad 6 zum Stillstand kommt. Selbstver­ ständlich ist dazu auch wieder die Lamellenbremse 12 d zu lösen.

In Fig. 2 ist eine weitere Möglichkeit aufgezeigt, mit der eine Gegenrotation des Pumpenrades 6 herbeigeführt wird. Der Aufbau des Getriebes entspricht demjenigen der Fig. 1. Darüber hinaus jedoch ist eine Kupplungseinrichtung 15 vorgesehen zwi­ schen der Pumpenbremse 14 und der Abtriebswelle 5. Auch diese Kupplungseinrichtung kann als druckmittelbetätigte Lamellen­ kupplung ausgebildet sein. In einer Steuereinrichtung 16 a ist wiederum das Ventil 17 untergebracht, bei dessen Betätigung Druckmedium außer zur Differentialbremse 2 d zu einem Umsteuer­ ventil 20 mit zwei Arbeitsstellungen geleitet wird. In der einen Arbeitsstellung, die dem Traktionsbetrieb entspricht, strömt das Druckmedium zum Betätigungskolben für die Pumpen­ bremse 14. Bei Eintreffen des Signals "Bremsen" nimmt das Ven­ til 18 die andere Betriebslage ein, bei der die Pumpenbremse gelöst und statt dessen die Kupplungseinrichtung 15 betätigt wird. Das Pumpenrad 6 wird dadurch an die Abtriebswelle 5 ge­ koppelt, was einer Rotation entgegen dem Drehsinn bei Traktion entspricht. Da das Pumpenrad, wie erwähnt, als Turbine arbei­ tet, wird dabei ein geringfügiges Drehmoment auf die Abtriebs­ welle 5 abgegeben. Die Steigerung des vom Turbinenrad 9 ent­ wickelten Bremsmomentes infolge des Vordralls am Austritt des Pumpenrades 6 durch die Gegenrotation ist jedoch beträchtlich, trotz geringfügiger Minderung durch das im Pumpenrad 6 ent­ wickelte Turbinenmoment. Bei Beendigung des Bremsvorganges wird die Kupplungseinrichtung 15 wieder gelöst und statt dessen die Pumpenbremse 14 geschlossen.

Die Anordnung der Differentialbremse 2 d, der Pumpenbremse 14 sowie der Kupplungseinrichtung 15 kann innerhalb des Getriebes in einer Ebene, also konzentrisch ineinander erfolgen oder auch axial nebeneinander, je nach den räumlichen Gegebenheiten im Getriebe bzw. den erforderlichen Abmessungen. Die Zuführung des Druckmediums zum Betätigungskolben für die Pumpenbremse 14 kann entweder über die Welle des Sonnenrades 2 c oder die Pumpenrad­ welle 13 erfolgen, ebenso kann das Druckmedium für den Betäti­ gungskolben der Kupplungseinrichtung 15 von der Pumpenradwelle 13 oder der Abtriebswelle 5 aus zugeführt werden. Sowohl die Pumpenbremse 14 als auch die Kupplungseinrichtung 15 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel als lamellengeschaltete Ele­ mente ausgebildet. Stattdessen sind auch andere Ausführungsfor­ men möglich. Je nach Bauart des Getriebes, in dem der erfin­ dungsgemäße Drehmomentwandler untergebracht ist, können auch andere Anordnungen vorgesehen sein, um dem Pumpenrad beim Brem­ sen die dem Turbinenrad entgegengesetzte Drehbewegung zu ermög­ lichen. Es ist ferner möglich, mit Hilfe einer Druckregelein­ richtung den Betätigungsdruck für die Pumpenbremse 14 oder die Kupplungseinrichtung 15 so zu variieren, daß das Pumpenrad 6 durch unterschiedlichen Schlupf in den Lamellenpaketen beliebi­ ge Drehzahlen annehmen kann, wodurch eine weitere Regelbarkeit für die Bremskraft gegeben ist.

Claims (10)

1. Hydrodynamischer Drehmomentwandler, vorzugsweise eingebaut in einem Kraftfahrzeuggetriebe mit mehreren schaltbaren Gangstufen, bestehend aus einem durch die Antriebsmaschine angetriebenen und festbremsbaren Pumpenrad, einem gehäuse­ festen Leitrad und einem bei Traktionsbetrieb gegensinnig zum Pumpenrad drehbaren Turbinenrad sowie einer Einrichtung zur Umkehr der Drehrichtung des Turbinenrades zum Bremsen des Fahrzeuges, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung einer Drehbewegung des Pumpenrades (6) des Wandlers (3) im Bremsbetrieb entgegen dem Drehsinn bei Traktion.

2. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet durch ein axial durchströmtes Turbinenrad (9), das derart im Drehmomentwandler (3) angeordnet ist, daß die Betriebsflüssigkeit im Traktionsbetrieb erst das Pumpenrad (6), dann das Leitrad (7) und zuletzt das Turbinenrad (9) durchströmt.

3. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Aufrechter­ haltung einer Drehbewegung als regelbares Element ausgebil­ det ist zur Abbremsung des Pumpenrades (6) in dem durch die Strömung im Wandler (3) bewirkten Drehsinn.

4. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das regelbare Element zum Abbremsen des Pumpenrades (6) als druckmittelbetätigte Bremse (14) ausge­ bildet ist.

5. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpenrad (6) im Bremsbe­ trieb mit dem gegenläufig rotierenden Turbinenrad (9) über mechanische Elemente, z.B. Zahnräder, kuppelbar ist.

6. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 3, gekenn­ zeichnet durch eine schaltbare Kupplungseinrichtung (15) zwischen dem Pumpenrad (6) und einer mit dem Turbinenrad (9) in Verbindung stehenden Welle (5) zur Einleitung der Gegenrotation des Pumpenrades (6).

7. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein Wendegetriebe (11, 12) zwischen einer mit dem Turbinenrad (9) in Verbindung ste­ henden Welle (10) und dem Pumpenrad (6).

8. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Wendegetriebe als Planetengetriebe (11, 12) ausgebildet ist.

9. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenläufige Dreh­ sinn zwischen dem Pumpenrad (6) und dem Turbinenrad (9) durch ein im Getriebe vorhandenes und weiteren Schaltfunk­ tionen dienendes schaltbares Planetengetriebe (11, 12) her­ gestellt ist.

10. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (16), mit der bei Bremsbefehl die Festhaltebremse (14) des Pum­ penrades (6) gelöst und die schaltbare Kupplungseinrichtung (15) für die Gegenrotation des Pumpenrades (6) betätigt wird.