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Hydraulischer Drehmomentwandler, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die
Erfindung bezieht sich auf hydraulische Drehmomentwand'ler, insbesondere zum Antrieb
von Kraftfahrzeugen.
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Durch die Erfindung wird ohne jede Regelung von außen eine Gesdhwindigkei.tsänderung
aus einem Bereich niedriger Geschwindigkeiten in einen Bereich hoher Geschwindigkeiten
durch das Dr&hmoment und die Geschwindigkeit der zirkulierenden Arbeitsflüssigkeit
vollendet erreicht.
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Dieser Erfolg beruht im wesentlichen auf das Zusammenwirken von, zwei
Turbinenrädern, von denen das eine mit der Abtriebswelle direkt und das andere über
ein Getriebe, das mit dem direkten .:Antrieb ein Differentialgetriebe bildet, mit
der Antriebswelle verbunden ist. Die Erfindung ist in der Beschreibung an einem
Ausfü`hrungsbeispiel des Flüssigkeitsgetriebes näher erläutert.
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Fig. i ist ein axialer Schnitt des Drehmomentwandlers, Fig. 2 ein,
Schnitt nach Linie 2-a in Fig. i.
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Der nicht dargestellte, links der Fig. i liegende Motor treibt eine
Welle io des Wandlers, dessen Gehäuse ioo an ein Gehäuse ioi einer Zahnrädereiriheit
angeschlossen ist.
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Die Welle io ist mit einem Flansch versehen, an dem eine Scheibe i
i befestigt ist, die ihrerseits mit einer Sdhwungscheibe 12 und dem schalenförmigen
Gehäuse 13 des; Stromwandlers verschraubt ist. Dieses Gehäuse ist zugleich Träger
für die
Schaufeln 14 und die Innenwand 55 eines Pumpenrades I, das
die Arbeitsflüssigkeit den Schaufeln 15 eines ersten Turbinenrades 0 zuführt. Radial
einwärts zu den Schaufeln 14 des Pumpenrades I ist ein HiifspumpenradIa mit Schaufeln
16 und einer Innenwand 2i angeordnet, dessen; Außenwand 17 an einem Laufring
18 angeschlossen ist, der zusammen mit einem- Nabenring ig des Pumpenrades) die
Laufbahn. für mehrere Rollen 2o einer Einwegkupplung bildet.
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Die Sperrkurven dieser Einwegkupplung sind derartig, daß das Hilf
spumpenrad Ia bei Drehung in Vorwärtsrichtung das Hauptpumpenräd I überholen, aber
nicht in umgekehrter Richtung zum Pumpenrad I rotieren kann.
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Radial einwärts zur ersten Turbine 0 ist eine zweite Abtriebsturbine
011 mit den,. Wanidungien 37 und 48 und den Schaufeln 25 angeordnet, der von der
ersten, Turbine die Arbeitsflüssigkeit zugeführt wird: Der Arbeitsraum des Wandlers
wird durch zwei Leiträder R1 und R2 ausgefüllt, zwischen deren Wandungen 4g, 5o
bzw. 51, 5o die Schaufeln 26 bzw. 27 liegen. Das erste Leitrad R1 er'hä'lt von der
Turbine 0a die Arbeitsflüssigkeit und gibt sie an das Leitrad R2 weiter, während
das letztere sie an das Hilf spumpenrad Ia abgibt. Ein auf einer feststehenden Büchse
28 äufgekeilter Ring 2g bildet einem gemeinsamen Laufring für ein Paar von Einwegkupplungen
mit Rollen 34 32 zwischen dem Laufring 29 und-den Außenwandungen! 49 bzw.
5 1 der Leiträder R, und! R" die eine Rückwärtsdrehüng der Leiträder verhindern:.
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Das erste Turbinenrad 0 mit den Schaufeln 15 zwischen Iden Wänden
46,-47 ist mit der Außenwand 46 an eine Trommel 34 angeschlossen, die mittels einer
an, ihr befestigtem Nabe 35 in einem Lager36 drehbar gelagert ist.Da& zweiteTurhinienrad
011 ist mit seiner Außenwand 37 an ,der Nabe 38 befestigt. Diese Nabe bildet mit
einer auf die Abtriebswelle 42 gekeilten Büchse 4z den Träger für die Laufzäpfen
39 mehrerer Planetenräder 40 (Fing: 2). Die P1anetenräjder 40 stehen -mit
einer Innenverzahnung 43 der Nabe 35 der Turbine 0 im Eingriff. Das Sonniei mad
4.4 des Planetengetriebes wird von einer Scheibe 45 getragen; die mit der Außenwandung-4g
des ersten Leitrades R1 verbueden ist. Der Träger 4z stellt somit ein Kraftübertragungselement
dar, das mit der Turbine 0a durch die Zapfen 39 der Plunefienräder 4o unmittelbar
und mit der Turbine 0 durch das Ringzahnraad 43 und die Planetenräder mittelbar
verbunden ist. Der Antrieb der Turbine 011 bildet also mit dem Antrieb .der Turbine
0. ein Differentialgetriebe.
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. Die Zahn;ra@dpunnpe P ist am mittleren, Teil 1o3 einer Gehäusequerwand
io2-befestgt, die mit dem Pumpengehäuse 6o und der Scheite 61 zusammenpaßt. Die
Pumpe besteht .aus einem Ringzahxirad62 mit Innenverzahnung und dem auf der .axialen
Verlängerung 5,6 der Nabe ig des Pumpenrades I befestngten Zahnrad 63. An,
die Querwandtio2 schließt die die Abtrie#bswelle 42 mit Zwischenrad umgebende Büchse
64 an. In dem ringförmigen Zwischenraum liegt ldie Büchse 28, die mittels eines
Bolzens 2811 an der Büchse 64 befestigt ist. Auf der Büchse 28 ist der innere Laufring
2g der Einwegkupplungen der Leiträder R1 und R2 aufgekeilt. Öl fließt aus dem Raum
65 der Pumpe P in den Arbeitsraum des Waadlers durch die Leitung 66 zwischen der
Büchse 28 und der axialen Verlängerung 56 der Nabe 29 der Pumpe I, dann in radialer
Richtung auswärts in den Arbeitsraum des Wandlers zwischen den Schaufeln 14 und
16, wie durch Pfeile angedeutet ist. Etwas Öl entweicht zwischen, den Schaufeln
14 und 15 und fließt in die Kammer, die durch die Schwungscheibe 12, die Trommel
13 und die Trommel 34 gebildet wird. Etwas Öl gelangt zwischen den Schaufeln: 15
und25 in die Kammer zwischen der Trommel 34 und der Rückwand der Turbine 0°'. Aus
dem Arbeitsraum des Wandlers wird Öl zwischen den Schaüfeln2!5 und 26 albgenommen,
das: durch den Kanal 67 und dann in axialer Richtun'g durch den Zwischenraum 68
zwischen der Büchse 28 und er Abtriebsweile 42 zurück zu der Pumpe strömt.
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Die Welle 42 kann eine Endabtrie'bswelle sein oder als Antriebswelle
für ein weiteres Untersetzungsgetriebe, z. B. ein Planetengetriebe, benutzt werden.
Ein solches. Getriebe in Verbindung mit Drehmomentwandlern ist allgemein bekannt,
und gewöhnlich gehören Servomotoren dazu, die,durch Druckflüssigkeit betrieben,
werden und zum Anlegen von Bremsbändern und Einrücken von Kupplungen dienen, um
das gewünschte Übersetzungsverhältnis zu erhalten. Es genügt daher, in der Zeichnung
ein Bremsband 1o5 zum Anhalten einer rotierenden Trommel roh darzustellen, um untersetzten
Antrieb zu erreichen. Die Trommel trägt die Kupplungsscheibeiv i o7, deren Gegenscheiben
x o8 von, einer inneren Trommel zog getragen werden und mit den Scheiben: 107 in
Berührung treten., wenn auf den Servokolben, iio Druckflüssigkeit geleitet wind;
um .direkten Antrieb durch die Planetengetriebeeinheit zu erhalten. Wenn. der Flüssigkeitsdruck
von .dem Kolben weggenommen wird, wird die Kupplung durch eine Feder i i i ausgerückt.
Die Servomotoren für die Bremse und die Kupplung werden wechselseitig automatisch
oder von Hand durch Ventile gesteuert.
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Das Getriebe arbeitet in folgender Weise: Wenn der Motor angelassen
wird., ist eine Drehung der Abtriebswelle -,12 zuerst durch die Trägheit des Fahrzeuges
verhiedert. Bei Leerlauf -des Motors ist das Pumpenrad: I nicht im Stande, der ArbeitsflÄssigkeit
eine Geschwindigkeit zu erteilen, die genÜgt, um die Tu@rbinienräder 0 und 0a in
Drehung zu versetzen. Mit jedef Zunahme der Motordrehzahl treibt, das Pumpenrad
0 die Arbeitsflüssigkeit mit vergrößerter Geschwindigkeit durch die Turbinenräder
0 und 0a und,die Leiträder R1 und R2, die rückwärts zu ,laufen suchen, aber durch
die Einwegkupplungen 29-31-4g und 29-32-5i daran gehindert sind, so ,da. das Sonnenrad
44 im Eingriff mit den, Planetenrädern 4o feststeht.
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Bei weiterer Zunahme der Umlaufgeschwindigkeit des Pumpenrades I fängt
das Turbinenrad 0
an, sich zu drehen und mit ihm das am Turbinenrad
0 befestigte, innen verzahnte Außenrad 43, das daraufhin über die Planetenräder
40 und deren Träger 38 und 41 die Abtriebs.welle 42 in Drehung versetzt. Unter dieser
Antriebsbedingung ist die Drehmomentsteigerung am größten, und die Übersetzung liegt
im Bereich niedriger Geschwindigkeit. Die Schaufeln des Turbinenrades O sind scharf
gekrümmt, so daß die Arbeitsflüssigkeit sie mit 'hoher Geschwindigkeit durchströmt
und die Turbine 0 sowohl das Pumpenrad I als auch die Sekundärturbine 0a anfänglich
überholt.
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Wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit der Abtriebäwelle 42 zunimmt, nimmt
die Umdrehungsgeschwindi:gkeit der Turbine oa, die mit der Welle 412 durch den Träger
38, 41 der Umlaufräder 4o verbunden ist, in gleicher Weise zu, bis der Antrieb durch
die Turbine 0a ohne Untersetzung durch das Zahnradgetriebe erfolgt, und der Wandler
arbeitet im Bereich des direkten Antriebes. Bei weiterer Zunahme der Geschwindigkeit
der Turbinenräder 0 und 0a läßt die Einwegkupplung 29-31-49 eine Vorwärtsdrehung
des Leitrades R1 zu, und bei noch weiterer Zunahme der Umlaufgeschwindigkeit der
Turbine 011 dreht sich auch das: Leitrad R2 in gleicher Weise in, Vorwärtsrichtung.
DerWinkel, unter dem dieF'lü.ssigkeit auf die Schaufeln der Leiträder R,, R, auftrifft,
ändert sich in der Weise, daß die Arbeitsflüssigkeit die rückseitigen Flächen ihrer
Schaufeln eher beaufschlagt als -die Vorderflächen.
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Wenn das Leitrads R1 frei läuft, kann kein Drehmoment durch das innen
verzahnte Außenrad 43 und die Planetenräder 4o übertragen werden, weil das Sonnenrad,
44 umläuft, und das gesamte Drehmoment wird von der Turbine 011 über den Träger
41 auf die Abtriebswelle 42 übertragen. Die Dreh!kraftübertragung von der ersten
auf die zweite Turbine verläuft ganz allmählich und weich. Sie hängt von der Geschwindigkeit
ab, mit der sich das Sonnenrad 44 dreht und verläuft ohne jede Unterbrechung. Das
geschieht, weil eine Überlappunig der vonden@beidenTurbinen übertragenenDrehmomente
stattfindet, so daß die Turbine 0a allmählich die Funktion der Drehmomentübertragung
übernimmt, während der Betrag des von der Turbine 0 übertragenen Drehmomentes in,
Übereinstimmung mit der Zunahme der Umlaufgeschwindigkeit des Sonnenrades 4q. abnimmt.
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Zufolge der anfänglich großen Geschwindigkeit der zirkulierenden Arbeitsflüssigkeit
wird das Hauptpumpenrad 1 anfänglich, von dem Hilfspumpen.rad 1a überholt. Wenn,
das Fahrzeug beschleunigt wird und die Dreh.momenitübersetzung sich verringert,
nimmt die Geschwindigkeit der Arbeitsflüssigkeit ab. Wenn die Umlfaufgeschwindigkeit
des Hilfspumpenrades gleich her des ersten, Pumpenrades wird, werden die beiden
Pumpenräder durch die Einwegkupplung 18-19-2o zusammengeschlossen. Fortschreitende
Verminderung der Drehkraftübersetzung und der Geschwindigkeit der Torroidalströmung
bei weiterer Steigerung der Wagengeschwindigkeit hat einen allmählichen, weichen
Übergang des Antriebs der Abtriebswelle 42 von dem Turbinenfrad 0 zum Turbinenrad
011 zur Folge, wie vorstehend beschrieben ist.
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Der Einrichtung ist eine automatische Schaltung ausi dem Bereich niedriger
Geschwindigkeit in den Bereich hoher Geschwindigkeit eigen, da der anfängliche Antrieb
über eine Untersetzung durch ein Zahnradgetriebe schließlich zum direkten Antrieb
durch das Turbinenrad 09 führt. Infolge der anfänglichen Untersetzung durch
das Zahnradgetriebe kann der Wandler das. Fahrzeug viel schneller beschleunigen,
wird der innere Schlupf vermindert und die Kilometerleistung pro Liter Brennstoff
größer. Der Übergang aus dem Bereich niedriger Geschwindigkeit in .den, Bereich
hoher Geschwindigkeit wird ohne Ventile oder andere Steuerorgane und. ohne jeden
Fehler in der Übertragung des Drehmomentes durch die relativen Umlaufgeschwindigkeiten
der beiden Pumpenräder erreicht.