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Hydraulische Schalteinrichtung für eine aus einem hydrodynamischen
Drehmomentwandler und einem nachgeschalteten Umlaufrädergetriebe bestehende Antriebseinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung für eine aus einem hydrodynamischen
Drehmomentwandler und einem nachgeschalteten Umlaufrädergetriebe bestehende Antriebseinrichtung,
insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei welcher ein verschiebbares, hydraulisch gesteuertes
Element und eine Kammer vorgesehen sind, in die Öl oder eine andere Flüssigkeit
unter Druck eingeführt und nach Bedarf weitergeleitet wird. Diese Kammer wird während
des Betriebes derart in Drehung versetzt, daß die darin enthaltene Flüssigkeit einer
Zentrifugalkraft unterworfen wird, welche die Tendenz hat, sie in einer anderen
Richtung zu bewegen, als es für den normalen Betrieb -der Vorrichtung erforderlich
ist, so daß z. B. der freie Austritt der Flüssigkeit aus der Kammer mit entsprechender
Beeinflussung des verschiebbaren Elementces verzögert wird.
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Eine bevorzugte Anwendung der Erfindung betrifft eine Kupplung für
die Übertragung einer Drehbewegung' zwischen zwei Gliedern. Diese Kupplung wird
durch hydraulischen Druck in der eingerückten Stellung festgehalten und durch Ablassen
des Drucks wieder ausgerückt, beispielsweise mittels eines geeigneten Ventils, welches
die Zufuhr des hydraulischen Druckes steuert, wobei das bewegliche Element der Kupplung
den Teil des Kolbens bildet oder mit diesem verbunden ist. Dieser Kolben gleitet
in einem Zylinder, in den Öl oder andere Flüssigkeit unter Druck eingeführt
und
je nach- Einstellung des Steuerventils weitergeleitet wird, um das Einrücken bzw.
das Ausrücken der Kupplung zu bewirken.
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Bei einer solchen Vorrichtung dreht- sich der Zylinder während des
Betriebes, so daß das Öl oder eine sonst verwandte Flüssigkeit einer Zentrifugalkraft
unterworfen ist, welche bei vielen Bauarten die Flüssigkeit in eine .andere Richtung
bewegt, als es für den Austritt der Flüssigkeit aus dem Zylinder ,im Augenblick,
wo der zugeführte hydraulische Druck abgelassen wird, erforderlich ist.
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Dies hat zur Folge, daß das Ausrücken der Kupplung verhältnismäßig
langsam vor sich geht, was .außerordentlich unvorteilhaft sein kann, ganz besonders
in dem Falle, wo die Kupplung dazu benutzt wird eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses
bei einem Straßen- oder sonstigen Fahrzeug herbeizuführen. In vielen Fällen besteht
die Auswirkung der Zentrifugalkraft darin daß in dem Zylinder ein Druck hervorgerufen
wird, welcher ausreicht, die Kupplung in der Einrückstellung zu halten, auch wenn
-das Kupplungssteuerungsventil in die Kupplungsausrüdkstellung geschaltet wird.
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Diese Schwierigkeit kann durch die Anbringung einer besonderen Austrittsöffnung
an der Kammer, d. h. im Falle der Kupplung mit dem Zylinder vermieden werden. Diese
Öffnung hat einen verhältnismäßig großen Durchmesser, durch welchen die Flüssigkeit
zentrifugal sofort nach .Sinken des Druckes ausgestoßen wird. Da jedoch die Flüssigkeit
notwendigerweise laufend so lange .durch die Austrittsöffnung ausgestoßen wird,
als notwendig ist zur Ausübung des Druckes auf das verschiebbare Element, z. B.
auf den Kolben im Falle der eben erwähnten Kupplung, so bedeutet - die Anbringung
einer solchen Austrittsöffnung, daß eine beträchtliche Menge Flüssigkeit ständig
unter Druck in die Kammer hineingefördert werden muß, so daß Kraft dafür verschwendet
wird; um die zur Erzielung des notwendigen hydraulischen Druckes vorgesehene Pumpe
laufend unter Last anzutreiben.
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Die Erfindung hat eine wesentliche Verbesserung zum Gegenstand, bei
der die erwähnte Wirkung der Zentrifugalkraft vollständig vermieden und die Kraftvergeudung
beim Erzeugen des hydraulischen Druckes im Vergleich zu der zuletzt beschriebenen
Ausführung verhindert wird.
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Gemäß der Erfindung enthält der hydraulische l Kreislauf für die Zufuhr
von Öl oder sonstiger Flüssigkeit zu dem verschiebbaren Element ein bewegliches
Ventilorgan, das so eingerichtet ist, daß es im Falle einer Herabsetzung des zugeführten
Druckes zwecks Verschiebung des Elementes eine Stellung einnimmt, in welcher es
eine Leitung öffnet, dergestalt; daß ein sofortiges Ablassen des restlichen Druckes
aus der Kammer ermöglicht wird, obwohl die in der Kammer enthaltene Flüssigkeit
der Zentrifugalkraft unterworfen ist.
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Auf diese Weise kann die gewünschte Steuerung des verschiebbaren Elementes
sofort durchgeführt werden, wobei das Ventilorgan so eingerichtet ist, daß es die
besagte Austrittsöffnung schließt und die Zufuhr weiterer Flüssigkeit- unter Druck
in die genannte Kammer ermöglicht, um nach Bedarf eine weitere Verschiebung des
genannten Elementes zu bewirken,. wenn die Flüssigkeit erneut unter Druck aus dem
hydraulischen Kreislauf zugeführt wird.
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Zweckmäßigerweise wird das Ventilorgan so angebracht, daß eine geradlinige
Pendelbewegung in der Richtung parallel zu der Drehachse der Vorrichtung stattfindet,
so daß das Organ selbst von der Zentrifugalkraft nicht berührt wird.
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Die Anordnung kann so getroffen sein, daß das Ventilorgan in einer
Richtung verschoben wird zwecks Öffnung der Austrittsöffnung, und zwar lediglich
als Ergebnis des Druckunterschiedes, der sich beim Abschalten des aus dem hydraulischen
Kreislauf gelieferten hydraulischen Druckes zwischen der Kammer und dem Kreislauf
einstellt. Um jedoch ein schnelles Arbeiten des Ventilorgans zu ermöglichen, ist
es zweckmäßig, eine Feder vorzusehen, welche das Organ bei seiner Bewegung in die
für die Öffnung der Auslaßöffnung benötigte Stellung unterstützt. Die Federstärke
ist verhältnismäßiggering und so gewählt, daß, wenn der hydraulische Druck erneut
aus dem Zufuhrkreislauf geliefert wird, dafür gesorgt ist, daß das Ventilorgan schnell
in die für die Schließung :der Auslaßöffnung erforderliche Stellung verschoben wird.
Das gleiche gilt für die Stellung, die für die weitere Zufuhr von Druckflüssigkeit
in die Kammer erforderlich ist.
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Der hydraulische Kreislauf kann an einer Stelle, die in der Nähe des
Punktes liegt, von dem aus das Öl zu dem beweglichten Ventilorgan übergeführt wird,
mit einer Austrittsöffnung kleiner Bohrung versehen sein, so daß die mit der Anbringung
einer solchen Öffnung verbundene Kraftvergeudung verhältnismäßig unbedeutend ist,
zumal die Anbringung einer solchen Öffnung die noch schnellere Verschiebung des
Ventilorgans in die Auslaßstellung unter Einwirkung des Druckunterschiedes erleichtert.
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Die Erfindung kann z. B. für das Übersetzungsgetriebe eines Fahrzeuges
angewandt werden, wo eine hydraulisch betriebene .Kupplung vorhanden ist.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt, und zwar zeigt Fig. I im Schnitt einen seitlichen Aufriß eines Schaltgetriebes
für ein mit Kupplung versehenes Fahrzeug bei dem die vorliegende Erfindung angewandt
ist, Fig. 2 einen Teilschnitt in vergrößertem Maßstab des Gegenstandes der Fig.
I.
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Die in Fig. i dargestellte Einrichtung enthält einen hydrodynamischen
Drehmomentwandler io bekannter Bauart mit einem mit Schaufeln versehenen Antriebsglied
(Pumpe) i i, einer Turbine 12 und" einem Leitrad i3, welches in bekannter Weise
sich in der einen Richtung frei drehen kann, während es gegen Drehung in der entgegengesetzten
Richtung durch die Freilaufkupplung 14 -fest= gehalten wird.
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Die Torbirne 1a ist über die Welle 15 .an das Sonnenrad 16 angeschlossen,
welches das Leistungs=
aufnahmeglied eines Planetengetriebes bildet.
Das Sonnenrad steht mit einer Anzahl Planetenzahnräder 17 im Eingriff, von denen
jedes auf einer entsprechenden Planetenwelle I8 sitzt, die auf dem Planetenträger
I9 gelagert sind, der eine Freilaufkupplung 2o für das Gehäuse 21 besitzt, so daß
der Planetenträger das Reaktionsorgan des Planetengetriebes bildet.
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Jede Planetenwelle 18 trägt ein zweites Planetenzahnrad 22, von welchen
jedes mit dem Leistungsabgabesonnenrad 23 im Eingriff steht, das über einen Geschwindigkeitsregler
24 mit der Leistungsabgabewelle 25 verbunden ist.
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Der Regler 24 ist von üblicher Ausführung und besteht :aus einer Antriebsscheibe
Ioo, mit welcher das Sonnenrad 23 verbunden ist. Die Antriebsscheibe ist der Trägereiner
Anzahl axial angeordneter Zapfen, an welchen Regelgewichte IoI drehbar befestigt
sind, so daß jedes Gewicht frei verschwenkbar ist in bezug auf die Antriebsscheibe
Ioo um eine Achse parallel zur Drehachse dieser Scheibe; jedes Regelgewicht IoI
ist weiterhin verschwenkbar um eine Achse, die an einem der Drehzapfen Io2 angebracht
ist, welche parallel zu vorerwähnten Zapfen verlaufen, jedoch mit einem unterschiedlichen
radialen Abstand von der Umlaufwelle der Antriebsscheibe Ioo.
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Diese Bolzen Io2 sind an einer Treibscheibe 103 befestigt, welche
mit der Leistungsabgabewelle 25 verbunden ist. Hierbei ist zu beachten, daß die
radiale Stellung eines jeden Regelgewichtes IoI sowohl durch das Drehmoment, das
zwischen der treibenden und der angetriebenen Scheibe Ioo bzw. Io3 übertragen wird,
als auch durch die Zentrifugalkraft, welche auf die Reglergewichte einwirkt, beeinflußt
wird, mit anderen Worten also durch die Geschwindigkeit, mit welcher diese Gewichte
von den treibenden und angetriebenen Scheiben gedreht werden.
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Die Regelgewichte sind mit einem Ventil verbunden; welches an der
Treibscheibe Ioo angeordnet ist, so daß die Verstellung des Ventils, also das Öffnen
desselben., bestimmt wird durch die Schwenkstellung der Reglergewichte und damit
sowohl durch das Drehmoment, das zwischen dem Leistungsabgabesonnenrad 23 und der
Leistungsabgabewelle 25 übertragen wird, als auch durch die Geschwindigkeit oder
Drehung dieser beiden Glieder. Für die an sich bekannte Wirkungsweise und Ausbildung
dieses Reglers 24 wird im Rahmen dieses Patents kein Schutz begehrt.
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Das Antriebsglied II ist- so eingerichtet, daß es mittels einer Kupplung
26 mit dem Planetenträger I9 so gekuppelt werden kann, daß der Antrieb teilweise
über die Kupplung auf den Träger des Planetengetriebes und teilweise auf die Turbine
12 und das Getriebe übertragen wird.
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Wie .aus der Zeichnung ersichtlich, gehört diese Kupplung 26 der im
allgemeinen bekannten Vielscheibenbauart an. Sie wird in der Einrückstellung durch
hydraulischen Druck gehalten, der auf einem. Ringkolben 27 wirkt, welcher
in einem ringförmigen Zylinder 28 parallel zu der Achse der Welle 15 gleitet. Öldruck
wird dem Kupplungszylinder 28 durch die Bohrung 29 zugeführt. Die Ölzufuhr zu dieser
Bohrung wird durch ein Reglerventil gesteuert, welches durch die Verschiebung von
Reglergewichten des drehkraft- und geschwindigkeitsansprechenden Reglers 24 betätigt
wird, wie oben beschrieben.
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Die Bohrung 29 endigt in einem radial verlaufenden Ölzufuhrkanal 3o,
der in bezug auf den Kupplungszylinder 28 axial angeordnet ist. Zwischen ihrem äußeren
Ende und dem äußeren Ende des Kupplungszylinders 28 ist ein axial verlaufender Ventilzylinder
31 angebracht. Das eine Ende steht in Verbindung mit dem Flüssigkeitskanal 30 und
das andere Ende mit dem Flüssigkeitsdruckraum des Kupplungszylinders 28. .
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In kurzem Abstand von dessen Ende, d. h. neben dem radialen Ölzufuhrkanal
3o, ist der Ventilzylinder an der einen Seite mit einer Zuführungsleitung 32- versehen,
die mit dem einen Ende dies axial verlaufenden Kanals 33 in Verbindung steht, dessen
entgegengesetztes Ende in den Kupplungszylinder 28 einmündet.
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Die gegenüberliegende Seite des Zylinders 31 ist in der Nähe von Zylinder
28 mit einer peripheren., radial verlaufenden Bohrung 34 versehen, die mit dem Innern
des Gehäuses 21 :in Verbindung steht.
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Innerhalb des Ventilzylinders 31 ist ein Ventilorgan 35 axial gleitend
in Form eines Hohlkolbens angeordnet. Die Hublänge dieses Hohlkolbens ist derart,
daß in einer axialen Stellung des Kolbens die Leitung 32 und die Bohrung 34 des
Zylinders gleichzeitig geschlossen werden.
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Die Anordnung ist weiterhin so getroffen, daß, wenn das Ventilorgan
35 sich gemäß Fig. I in seiner äußersten Rechtsstellung befindet, die Leitung 32
geschlossen und die Bohrung 34 offen und über das anliegende Ende des Ventilzylinders
mit dem Kupplungszylinder 28 in Verbindung steht. Wenn das Ventilorgan in seiner
anderen, in Fig. 2 dargestellten Endlage sich befindet, so ist die Bohrung 34 geschlossen
und die Leitung 32 offen und mit dem äußeren Ende des Ölzufuhrkanals 30 in Verbindung.
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Das eine Ende des Ventilorgans, das an dem Kupplungszylinder 28 gelegen
ist, ist offen, und im Innern des Kolbens ist eine schwache Druckfeder 36 angebracht,
welche zwischen der inneren Fläche seines geschlossenen Endes auf einen Anschlag
stößt, der in dem :anliegenden Ende des Ventilzylinders vorgesehen ist. Die Stärke
der Feder ist so gewählt, daß Öl unter seinem Zufuhrdruck mit Sicherheit in den
Kupplungszylinder 28 eingeführt werden kann, während gleichzeitig, wenn der Ölzufuhrdruck
beträchtlich unter den Druck im Kupplungszylinder 28 sinkt, die Feder den Druckunterschied
auf.dengege@nüberl;iegenden,S.eiten,den.Ko,libe@n unterstützt, um denselben. in
der Richtung von dem Kupplungszylinder hinweg zu verschieben, wodurch die Bohrung
34 geöffnet wird.
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Der radiale Ölzufuhrkanal 30 ist ani seinem äußeren Ende mit
einer kleinen radial verlaufenden Austrittsöffnung 38 zu dem Zwecke versehen,
die
mögliche Auswirkung der Zentrifugalkraft auf das Öl in dem Zufuhrkanal
und dem anliegenden Ende des Ventilzylinders beim Verzögern des Ausrückens der Kupplung
abzufangen.
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Der Übertragungsmechanismus ist mit einer nicht eingezeichneten passenden
Pumpe zur Erzeugung des zum Einrücken der Kupplung notwendigen Öldruckes versehen.
Diese Pumpe führt das Öl dem Reglerventil zu.
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Im Betrieb würde das Öl unter dem von der Pumpe erzeugten Druck als
Ergebnis der Tätigkeit des reglerbetätigten Hauptsteuerventils in den radialen Ölzufuhrkanal
3o dann eingelassen werden, wenn das Leistungsabgabeorgan der Übertragungseinrichtung
bestimmte Geschwindigkeits-und Drehkraftwerte erreicht, wie oben bereits beschrieben.
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Da die Öffnung 38 nur kleine Ausmaße hat, nimmt der Druck in dem radialen
Zufuhrkanal und dem anliegenden Ende des damit in Verbindung stehenden Ventilzylinders
31 .sofort rasch zu, wodurch eine Verschiebung des Ventilorgans 35 in Richtung auf
die Kupplung verursacht wird, so daß sich die Auslaßbohrung 34 schließt und die
Leitung 32 geöffnet wird. Dies ermöglicht den unmittelbaren Zutritt des Öls in den
Kupplungszylinder 28, so daß der Kupplungskolben 27 verschoben und das Einrücken
der Kupplung bewirkt wird.
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Wenn die Kupplung voll eingerückt ist, so daß der Druck in dem Kupplungszylinder
28 jetzt der gleiche ist, wie der in dem Ölzufuhrkanal 3o herrschende, und der Öldruck,
der auf die beiden Enden des Ventilorgans 35 wirkt, der gleiche ist, so kann dieses
sich eine kurze Strecke von seiner Endlage unter dem Einfluß der Feder fortbewegen..
Die Stärke derselben ist jedoch so gering, daß eine weitere Bewegung des Ventilorgans
nicht eintritt, so daß die Kupplung voll eingerückt bleibt.
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Gleichzeitig wird natürlich eine geringe Ölmenge ständig durch die
Öffnung 38 auslaufen, jedoch ist die Menge des auf diese Weise verlorenen hydraulischen
Druckes verhältnismäßig klein und wird ständig durch die Pumpe wieder aufgefüllt.
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Sobald die Drehkraft- und Geschwindigkeitswerte .an der getriebenen
Welle derart sind, daß der Regler in Tätigkeit tritt, um das ihm zugeordnete Ölzufuhrventil
zu schließen und die Bohrung 29 an das Innere des Gehäuses anzuschließen, fällt
der Druck dar Leitung 30 auf der Stelle, und bei dem nunmehr bestehenden Öldruckunterschied
wird das Ventilorgan 35 zunächst in einer Richtung verschoben, um den Kupplungskolbenzufuhrkanal
32 zu schließen und damit einen Druckrückfluß vom Innern des Kupplungszylinders
28 zu der Zufuhrleitung 3o zu verhindern. Unmittelbar anschließend bewirkt die genannte
Verschiebung die Öffnung des Auslasses 34 und ermöglicht damit das Austreten des
im Kupplungszylinder, befindlichen Öles in das Innere des Gehäuses.
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Das Ventilorgan ist an einer Stelle nahe an der äußeren Peripherie
des inneren ringförmigen Kupplungszylinders 28 angeordnet, so daß der Ölauslaß aus
der Bohrung 34 durch die auf die Ölmasse im Zylinder 28 wirkende Zentrifugalkraft
unterstützt wird. Auf diese Weise wird die Bohrung 34 alsbald geöffnet, wodurch
sofort und rasch der Druck in den Kupplungszylinder 28 abfällt, um das .alsbaldige
Ausrücken der Kupplung zu bewirken.
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Ein solches rasches Ausrücken wird weiterhin dadurch unterstützt,
daß man den äußeren Umfang des Ventilzylinders 31 in axialer Ausrichtung mit dem
äußeren Umfang des Kupplungszylinders 28 und als dessen Verlängerung ausführt, so
daß das Öl in vollkommen axialer Richtung von dem anliegenden Teil des Kupplungszylinders
zu der Auslaßbohrung 34 fließt.
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Die Wirkung der Zentrifugalkraft, einen raschen Druckabfall indem
äußeren Ende des Ölzufuhrkanals 30 und damit eine rasche Entleerungsbewegung des
Ventilorgans 35 zu verhindern, wird durch 38 ausgeglichen, die kleine Austrittsöffnung,
die ausreicht, den unmittelbaren Druckablaß unter Mitwirkung der Zentrifugalkraft
des, verhältnismäßig kleinen Ölvolumens in dem Ölzufuhrkanal und dem anliegenden
Ende des Ventilzylinders 31 zu ermöglichen. Dieser Druckablaß wird dabei durch die
Tatsache erleichtert, daß die Öffnung radial angeordnet ist und ihr inneres Ende
mit der Peripherie des Ventilzylinders ausgerichtet ist, welche in bezug auf die
Drehachse der verschiedenen Teile des Übertragungsmechanismus radial am weitesten
nach außen liegt.
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Die Verschiebung des Ventilkolbens in der Auslaßrichtung wird dadurch
begrenzt, daß man das geschlossene Ende des Ventilkolbens mit einem Zentralzapfen
39 versieht, der mit der anliegenden Endwand des Zylinders in Eingriff kommt. Dadurch
bleibt der ringförmige Teil des anliegenden .Kolbenendes dem Druck des Öles ausgesetzt,
welches aus dem Zufuhrkanal herangeführt wird, wenn das reglerbetätigte Hauptventil
erneut verschoben wird, um Öl unter Druck hereinzulassen.
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Aus der obigen Beschreibung ist klar ersichtlich, daß die Wirkung
der Zentrifugalkraft, bestehend in der Verhinderung des Ausrückens der Kupplung,
vermieden wird, ohne daß gleichzeitig der hydraulische Druck über Gebühr verschwendet
wird, der zum Zwecke der Erreichung und Aufrechterhaltung der Kupplungseinrückung
erzeugt wird.