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Technisches
Gebiet
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Diese
Erfindung betrifft Dichtungs- und Buchsenstrukturen und insbesondere
jene Strukturen in rotierenden Maschinen mit einer Hochdruckfluidquelle.
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Hintergrund
der Erfindung
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Lastschaltgetriebe
enthalten einen Drehmomentwandler, der zur Übertragung von Kraft von einer
Kraftmaschine auf ein mehrstufiges Lastschaltgetriebe dient. Der
Drehmomentwandler ermöglicht, dass
das Getriebe in einem neutralen Zustand arbeitet, ohne die Kupplungen
und/oder Bremsen in dem Getriebe zu lösen. Der Drehmomentwandler
stellt auch Kraft für
ein Verteilergetriebe ("power
take-off gear" – PTO) bereit.
Wenn eine beachtliche PTO-Leistung oder hohe Kraftmaschinenleistung ohne
Fahrzeugbewegung erforderlich ist, wird das Übersetzungsgetriebe in eine
neutrale Stellung gebracht, so dass die Kraftmaschine bei erhöhten Leistungspegeln
arbeiten kann.
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In
Fahrzeugen, wie Zementmischern, können die Drosselklappeneinstellung
und daher die Kraftmaschinendrehzahl und Leistungsanforderung während des
Lastmischens sehr hoch sein. Kraftmaschinendrehzahlen im Bereich
von 2000 bis 3000 U/min sind während
dieser Vorgänge
nicht unüblich. Da
die hydraulische Steuerpumpe direkt durch das Pumpenrad des Drehmomentwandlers
angetrieben wird, sind die Pumpendrehzahl, das Ausgangsvolumen
und der Drehmomentwandlerdruck ziemlich hoch. Unter dieser Bedingung
wird eine beachtliche Ölmenge
zu dem Drehmomentwandler und den Schmier- und Kühlkreisen zirkuliert, was einen
Anstieg im Ölvolumen
bewirkt, das zu dem Schmier- und
Kühlkreis
und auch zu der Buchse, welche die Nabe trägt, die das Pumpenrad mit der
Steuerpumpe verbindet, geleitet wird.
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Unter
dieser Bedingung hat sich gezeigt, dass eine unmäßige Ölmenge eine Lippendichtung umgehen
kann, die abdichtend an der Steuerpumpenantriebsnabe an dem Pumpenrad
des Drehmomentwandlers anliegt. Die Fläche hinter der Dichtung ist
zur Atmosphäre
hin offen und daher ist jedes auftretende Lecken sichtbar. Es wurde
festgestellt, dass dieser Zustand nach vielen Betriebsstunden auftritt, und
nicht bei Getrieben, die kürzlich
in Gebrauch genommen wurden.
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In
einer verwandten US-Patentanmeldung, Seriennr. 09/149,352, eingereicht
am 8. September 1998 (Anwaltsaktenzeichen H-202858) ist eine andere
Lösung
für dieses
Problem dargestellt, wobei eine integrale Spritzlippe integral mit
der Dichtungsanordnung zwischen der Buchse und der Lippendichtung angeordnet
ist.
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US-A-5
720 167 offenbart gemäß den Merkmalen
des Oberbegriffs von Anspruch 1 beziehungsweise 2 ein Getriebe,
in dem eine Drehpumpendichtung zwischen einer Pumpe des Getriebes
und einer Pumpenkörperbuchse
eingesetzt ist. Die Dichtung umfasst eine vorbestimmte Strömungsfläche, die eine
ausreichende Menge an Fluidstrom zum Schmieren der Buchse zulässt, während ein übermäßiger Strom
begrenzt ist.
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EP-A-0
778 418 offenbart eine Drehpumpe, die insbesondere zur Verwendung
in einem stufenlosen Getriebe geeignet ist, mit einem Pumpen gehäuse und
einem Rotor mit einer Antriebswelle. Bewegbare Verdrängungselemente
sind in den Nuten des Rotors aufgenommen. Der Rotor ist von einem
Nockenring umgeben. Stirnflächen
grenzen an die zwei Seitenflächen
des Rotors, wobei wenigstens eine Stirnfläche mit einer oder mehreren
Einlass- und/oder Auslassöffnungen
versehen ist. Der Nockenring, der Rotor, die Verdrängungselemente
und die Stirnflächen
begrenzen Pumpenkammern. Eine drehstabile Ausgleichkupplung, die
in Lagern in dem Pumpengehäuse
befestigt ist, ist zwischen dem Rotor und der Antriebswelle angeordnet.
Die Befestigung in dem Pumpengehäuse
greift um die Ausgleichkupplung ein, und grenzt an eine Lauffläche des
Rotors.
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Kurzdarstellung
der Erfindung
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Tests
an Getrieben nach dem Stand der Technik, nachdem ein Lecken beobachtet
wurde, haben zu den nachstehenden Schlussfolgerungen geführt. Getriebeeingangsdrehzahl,
Wandlereingangsdruck und Ölsumpftemperatur
haben einen großen Einfluss
auf ein Lecken. Es wurde auch festgestellt, dass eine Erhöhung des
diametralen Spielraumes einer Buchse axial neben der Lippendichtung
das Lecken verstärkt.
Eine Anordnung zusätzlicher
Auslasskanäle
in der Kammer zwischen der Buchse und Dichtung mildert das Problem
nicht.
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Daher
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte
Buchsen- und Dichtungsstruktur am Eingangselement eines Drehmomentwandlers
bereitzustellen.
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In
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in der Buchse ein Auslasskanal
zwischen den axialen Enden der Buchse ausgebildet, um den Betrag des Ölstromes
durch die Buchse und in eine Kammer zwischen der Büchse und
der Dichtung zu verringern.
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Nach
umfangreichen Tests wurde festgestellt, dass der Druckwandler, für den Druck
an der Seite der Getriebesteuerpumpe der Buchse, eine geringe Auswirkung
auf das Ausmaß eines
Leckens hat. Der Druck in der Kammer zwischen der Buchse und der
Dichtung hatte ebenso keinen signifikanten Einfluss auf das Lecken.
Die Erfinder überlegten dann,
dass die Geschwindigkeit des Öls,
das aus der Buchse austritt und auf die Dichtungslippe auftrifft
ein primärer
Faktor dieses Phänomens
ist. Die oben genannte Aufgabe und die Aspekte haben eine Lösung für das Problem
geboten. Die vorgeschlagenen Strukturen verringern die axiale Geschwindigkeit
des Öls,
das aus der Buchse austritt, bevor es die Lippe der Öldichtung
erreicht.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist eine Querschnittsansicht
eines Drehmomentwandleraufbaus, der eine Buchsen- und Dichtungsstruktur
enthält.
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2 ist ein Aufriss eines
Abschnittes des Aufbaus von 1,
der eine andere Ausführungsform
einer Buchsen- und Dichtungsstruktur enthält.
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3 ist ein weiterer Aufriss ähnlich 2, der eine weitere Ausführungsform
einer Buchsen- und Dichtungsstruktur enthält.
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4 ist ein weiterer Aufriss ähnlich 2, der eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält.
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5 ist ein Aufriss ähnlich 2, der einen Aufbau nach
dem Stand der Technik zeigt.
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Beschreibung
beispielhafter Ausführungsformen
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen, in welchen gleiche Bezugszeichen
dieselben oder entsprechende Teile in allen Ansichten darstellen,
ist in 1 ein Drehmomentwandleraufbau 10 dargestellt, der
eine Drehmomentwandler-Überbrückungskupplungsanordnung 12,
ein Pumpenrad 14, eine Turbine 16 und einen Stator 18 enthält. Der
Drehmomentwandleraufbau 10 ist ein herkömmlicher Antriebsmechanismus,
der dem Fachmann allgemein bekannt ist. Das Pumpenrad 14 nimmt
Eingangsleistung von einer Kraftmaschine, nicht dargestellt, durch
ein Eingangsgehäuse 20 auf.
Hydraulikfluid oder -öl
wird durch das Pumpenrad 14 zirkuliert, um Leistung zu der
Turbine 16 zu übertragen,
die antreibend mit einer Getriebeantriebswelle 17 verbunden
ist.
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Der
Stator 18 lenkt das Hydraulikfluid um, so dass es wieder
in das Pumpenrad 14 einströmt. Dies führt zu einem Drehzahlverhältnis zwischen
dem Pumpenrad 14 und der Turbine 16, wie auch
zu einer Drehmomentvervielfachung. Eine maximale Drehmomentvervielfachung
tritt ein, wenn die Turbine feststehend ist und das Pumpenrad bei
hoher Drehzahl dreht. Dies ist der "Blockierungsbetrieb" des Drehmomentwandlers 10,
in dem der Stator an einer Gegendrehung, durch eine herkömmliche
Freilauf-Drehmomentübertragungseinrichtung 22 gehindert
wird. Wenn das Drehzahlverhältnis
(Pumpenrad/Turbine) einen vorbestimmten Nennpunkt erreicht, trifft
das Fluid, das aus der Turbine 14 austritt, auf die Rückseite
der Schaufeln des Stators 18, woraus eine Vorwärtsdrehung
und eine Verringerung in der Drehmomentvervielfachung resultiert.
Die Freilauf-Drehmomentübertragungseinrichtung 22 ermöglicht die
Vorwärtsdrehung
des Stators. Dieser Betrieb ist allgemein bekannt.
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Die
Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung 12 hat
ein Eingangselement 24, ein Ausgangselement 26 und
einen herkömmlichen
Schwingungsdämpfer 28,
der dazwischen geschaltet ist. Das Eingangselement 24 steht
in reibschlüssigem Eingriff
zwischen einem Kolben 30 und einer Druckplatte 32,
um eine gemeinsame Drehung mit dem Eingangsgehäuse 20 zu garantieren.
Das Ausgangselement 26 ist antreibend mit der Getriebeantriebswelle 17 verbunden.
Der Dämpfer 28 verringert
die Drehschwingung der Kraftmaschine, die auf das Eingangsgehäuse 20 ausgeübt wird,
in allgemein bekannter Weise, wenn die Kupplung 12 eingerückt ist. Jenen,
die mit der Getriebetechnik vertraut sind, ist bewusst, dass die
Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung 12 eingerückt ist,
wenn sich der Drehmomentwandleraufbau 10 der "Kopplungsphase" nähert; diese
Phase tritt ein, wenn die Pumpenraddrehzahl und die Turbinendrehzahl
annähernd gleich
sind. Das Einrücken
der Kupplung 12 verbessert den Gesamtwirkungsgrad des Getriebes.
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Das
Pumpenrad 14 hat eine Pumpenantriebsnabe 34, die
sich axial in koaxialem Verhältnis zu
einer Statorwelle 36 und der Getriebeantriebswelle 17 erstreckt.
Eine Statorwelle 36 ist an einem Getriebegehäuse 38 befestigt,
um eine Masse für
die Freilauf-Drehmomentübertragungseinrichtung 22 bereitzustellen.
Die Pumpenantriebsnabe 34 weist Antriebsmitnehmer 40 auf,
die mit Antriebsmitnehmern 42 in Eingriff stehen, die an
einem Zahnradelement 44 einer herkömmlichen Verdrängerzahnradpumpe 46 ausgebildet
sind. Das Zahnradelement 44 steht mit einem anderen Zahnradelement 48 auf
allgemein bekannte Weise in Eingriff. Die Anordnung und Betriebsweise
solcher Pumpen ist Fachleuten bekannt, so dass eine vollständigere
Beschreibung an diesem Punkt nicht als notwendig erachtet wird.
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Die
Pumpe 46 führt
Hydrauliköl
bei erhöhten Drücken zur
Verwendung durch die Getriebedrehmomentübertragungseinrichtung, nicht
dargestellt, den Drehmomentwandleraufbau 10, die Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung 12,
wie auch für die
Getriebesteuerungsbewertung, Schmierung und Kühlung in allgemein bekannter
Weise zu. Der Drehmomentwandleraufbau 10 nimmt Fluid von
einem Kanal 50 auf, der zwischen der Nabe 34 und
der Statorwelle 36 gebildet ist. Hydrauliköl wird von
dem Drehmomentwandleraufbau 10 durch einen Kanal 52 zurückgeleitet,
der zwischen der Getriebewelle 17 und der Statorwelle 36 ausgebildet
ist. Die Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung 12,
wird, wenn sie eingerückt
ist, durch Hydrauliköl
in einem Kanal 54, der in der Welle 17 ausgebildet
ist, mit Druck beaufschlagt, das an eine Kammer 56 zwischen
dem Kolben 30 und dem Eingangsgehäuse 20 abgegeben wird.
Die Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung 12 wird
durch Öl
in dem Drehmomentwandleraufbau 10 gelöst gehalten, wenn der Kanal 54 nicht
mit Druck beaufschlagt ist.
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Die
Nabe 34 ist in einer Buchse 58 drehbar gehalten,
die in dem Gehäuse 38 befestigt
ist. Da die Buchse 58 eine Schmierung benötigt, ist
ein Raum zwischen der Nabe 34 und dem Gehäuse 38 zu
dem Öl
im Kanal 50 hin offen, das den Drehmomentwandleraufbau 10 speist.
Eine Dichtungsanordnung 60 ist vorgesehen, um zu verhindern,
dass Schmieröl,
das durch die Buchse 58 strömt, um die Außenseite
des Drehmomentwandleraufbaus 10 herum zu der Atmosphäre leckt.
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Die
Dichtungsanordnung 60 hat einen Mantel 62, der
in dem Gehäuse 38 befestigt
ist, eine Lippe 64, die mit einer Hülse 66 in Eingriff
steht, die auf die Nabe 34 gepresst ist, und eine in sich
geschlossene, ringförmige
Schraubenfeder 68, welche die Lippe 64 in Anlage
an einen Außendurchmesser 70 der
Hülse 66 presst.
Der Durchmesser 70 ist größer als der Durchmesser 71 der
Nabe 34 und der Innendurchmesser 73 der Buchse 58.
Die Hülse 66 hat
einen ringförmigen
Endabschnitt oder eine Schulter 72, der/die zu der Buchse 58 weist,
so dass jedes Öl,
das durch die Buchse 58 strömt, auf den Endabschnitt 72 auftrifft,
bevor es die Lippe 64 der Dichtungsanordnung 60 erreicht.
Die Nützlichkeit
dieser Struktur wird mit der folgenden Beschreibung eines intermittierenden
Betriebs des Drehmomentwandleraufbaus 10 deutlicher.
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Der
Drehmomentwandleraufbau 10 überträgt während des Großteils seines
Betriebs Kraft von einer Kraftmaschine auf ein mehrstufiges Getriebe. Das
Fahrzeug, in dem der Drehmomentwandler eingebaut ist, nimmt jedoch
Betriebsprozeduren vor, die das Räderwerk des Getriebes nicht
beinhalten. Während
dieser Perioden wird das Übersetzungsgetriebe in
die neutrale Stellung gebracht und die Kraftmaschine bei erhöhter Leerlaufdrehzahl
betrieben. Die erhöhte
Leerlaufdrehzahl kann im Bereich von 2000 bis 3000 U/min liegen.
Ebenso ist im neutralen Zustand der Einspeisedruck zu dem Drehmomentwandler
im Kanal 50 erhöht.
Während
des verstärken Leerlaufbetriebs
strömt
zwar das Öl
auf normale Weise durch den Drehmomentwandler, aber eine unmäßige Ölmenge strömt durch
die Buchse in eine Kammer 74 zwischen der Dichtungsanordnung 60 und der
Buchse 58.
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Das Öl strömt durch
die Buchse 58 und tritt in die Kammer 74 bei hoher
Geschwindigkeit und mit einer beachtlichen Menge an Geschwindigkeitsenergie aus.
Das Öl
mit hoher Geschwindigkeit trifft auf den Endabschnitt 72,
was die Geschwindigkeitsenergie so verringert, dass der Druckpegel
des Fluids steigt. Das Öl
mit hoher Geschwindigkeit kann jedoch nicht auf die Lippe 64 der
Dichtungsanordnung 60 treffen. Die Dichtungsanordnung 60 kann
angemessen gegen den erhöhten Öldruck in
der Kammer 74 über
die Zeitdauer abdichten, die notwendig ist, um das große Volumen
an Drucköl
zu entlasten, das durch die Buchse 58 strömt. Dieses Öl wird auf
herkömmliche Weise
durch einen Kanal, nicht dargestellt, der in dem Gehäuse 38 ausgebildet
ist, zum Getriebeölsumpf
zurückgeleitet.
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Es
wird angenommen, dass die Strukturen nach dem Stand der Technik,
wie jene, die in 5 dargestellt
ist, unter dieser Bedingung ein Auslecken des Öls zur Atmosphäre hin ermöglichen.
Das Öl
mit hoher Geschwindigkeit, das auf die Lippe 64A der Dichtungsanordnung 60A trifft,
bewirkt, dass die Lippe 64A von der Oberfläche 76 an
der Nabe 34A abgehoben wird, was zu einem Ölleckfluss
unter der Lippe 64A zur Atmosphäre führt. Buchsen- und Dichtungsstrukturen,
wie zuvor unter Bezugnahme auf 1 beschrieben
und wie in der Folge unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 beschrieben,
verhindern ein Anheben der Dichtungslippe 64 und begrenzen somit
das Öl,
das durch die Buchse 58 zu der Kammer strömt, bevor
es zum Getriebeölsumpf
zurückgeleitet
wird.
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Die
Struktur, die in 2 dargestellt
ist, ist ähnlich
jener, die zuvor in Bezug auf 1 erklärt wurde.
Der Hauptunterschied ist, dass die Nabe 34A einen Axialabschnitt 78 mit
einem Außendurchmesser 70A aufweist,
der größer als
der Innendurchmesser 73 der Buchse 58 ist. Der
Axialabschnitt 78 stellt eine Schulter oder Endfläche 72A für jeden Ölstrom mit
hoher Geschwindigkeit, der die Buchse 58 verlässt, bereit.
Daher trifft kein Öl
mit hoher Geschwindigkeit auf die Lippe 64 und das Lecken
wird verhindert.
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Die
in 3 dargestellte Struktur
ist ähnlich jener,
die zuvor in Bezug auf 1 und 2 beschrieben wurde. Der
Hauptunterschied in der geschwindigkeitshemmenden Struktur ist,
dass eine Hülse 80 auf
die Nabe 34 gepresst ist, die eine größere Länge als die in 1 dargestellte Hülse 66 aufweist. Die Hülse 80 weist
einen Axialabschnitt 82 mit einem Außendurchmesser 70B auf,
der größer als
ein Außendurchmesser 71A eines
Axialabschnittes 84 ist. Die Nabe 34 ist in der
Buchse 58 derart angeordnet, dass der Innendurchmesser 73 axial
und radial neben dem Durchmesser 71A liegt. Der Durchmesser 70B weist eine
Schulter 72B auf, die so angeordnet ist, dass sie jeden Ölstrom mit
hoher Geschwindigkeit auffängt, der
aus der Buchse 58 austritt. Wie bei den Strukturen von 1 und 2 verhindert dies ein Auftreffen des Ölstroms
auf der Lippe 64 der Dichtungsanordnung 60.
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Die
in 4 dargestellte Struktur
stellt eine Ausführungsform
der Erfindung dar, um den Ölstrom mit
hoher Geschwindigkeit vor dem Auftreffen auf der Lippe 64 der
Dichtungsanordnung 60 zu unterbrechen. In dieser Ausführungsform
hat die Buchse 58A eine mittlere ringförmige Ausnehmung 86,
die mit mehreren Auslassöffnungen 88 verbunden
ist. Jede der Auslassöffnungen 88 steht
mit entsprechenden Auslasskanälen 90,
die in dem Gehäuse 38 ausgebildet
sind, in Verbindung. Das erhöhte Ölvolumen
tritt von rechts in die Buchse 58A ein, wie in 4 dargestellt. Wenn das Öl die ringförmige Ausnehmung 86 erreicht,
wird es teilweise durch die Auslassöffnungen 88 und die
Auslasskanäle 90 abgelassen.
Dadurch wird die Ölmenge
verringert, die vollständig durch
die Buchse 58A in die Kammer 74 strömt. Fachleute
werden feststellen, dass die Geschwindigkeit des Öls, das
die Buchse 58A verlässt,
entsprechend verringert wird. Auch wenn die Lippe 64 und die
Buchse 58A im Wesentlichen denselben Durchmesser haben,
wird die Geschwindigkeit des Ölstroms
ausreichend verringert, um dadurch ein Anheben der Lippe 64 zu
vermeiden.