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Druckmittelversorgungseinrichtung für Föttinger-Getriebe Die Erfindung
'bezieht sich auf eine Druckmittelversorgungseinrichtung für Föttinger-Getriebe
mit Tindestens einem entleerbaren Kreislauf, mindestens einer hydraulisch bet4tigten
mechanischen Kupplung, wobei für die Druckmittelversorgung mindestens zwei Pumpen
- eine große Pumpe mit großer Fördermenge bei niedrigem Druck und eine kleinere
Pumpe mit kleinerer Fürdermenge bei hohem Druck - vorgesehen sind, #die hydraulische
Druckverbraucher mit unterschiedlichem Druckniveau speisen.
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Bei Getrieben dieser Art ist es bekanntlich notwendig, alle Schaltvorgänge
in so kurzen Zeiten zu vollziehen, daß keine Zugkraftunterbrechungen und damit keine
Stöße auftreten. Deshalb muß die Totzeit vom Beginn des Schaltkommandos bis zum
Einsetzen der Zugkraft im Getriebe möglichst kurz sein. Das erfordert für die Schaltvorgänge,
kurzzeitig genügend große Ohnen.gen für die Füllung,der zunächst leeren Steuer-
und Kraftübertragungsräume. Bei der Konstruktion derartiger Getriebe ergibt sich
im allgemeinen, daß die einzelnen Druckmittelverbraucher im Getriebe mit unterschiedlichen
Drücken betrieben werden müssen. So ist zur Bet4tigung der mechanischen Kupplungen
ein höherer Druck erforderlich, um die baulichen Abmessungen klein zu halten. Für
den Kreislauf genügt zur Vormeidung von Kavitation ein Druck mittlerer Größe, der
Vorspanndruck. Für die Abführung der Verlustwärme aus dem Getriebe und für die Schmierung
sind geringere Drücke erforderlich, dagegen wird hier eine große, Durchflußmenge
angestrebt, um den Wärmetauscher klein zu halten.
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Bekannte Ausführungen benutzen für Getriebe, dieser Art aus Gründen
der Einfachheit eine einzige Druckmittelpumpe, die für die größte benötigte Fördermenge
und den größten vorkommenden Druck ausgelegt werden muß. Die benötigten niedrigen
Drücke werden durch Druckminderventile bzw. Drosselstellen erzeugt. Die geförderte
Druckmittelmenge, die die Schluckfähigkeit der Druckmittelverbraucher übersteigt,
wird stufenweise auf den atmosphärischen Druck entspannt und fließt ungenutzt in
den Druckmittelsumpf zurück. Dieses Verfahren ist äußerst unwirtschaftlich, denn
die größten Druckmittelmengen werden nur bei mittlerem oder niedrigerem Druck abgenommen.
Die gesamte Druckmittelmenge wird jedoch auf den höchsten vorkommenden Druck vorgespannt
und anschließend zum größten Teil wieder auf mittleren oder niedrigeren Druck entspannt.
Das ist ein großer Leistungsverlust, der sich spürbar auf die Leistungsbilanz des
Getriebes auswirkt und den Wirkungsgrad verschlechtert. Zur Verringerung der Sehaltzeiten
ist ein Föttinger-Getriebe bekanntgeworden, bestehend aus einer Kupplung und einem
Wandier, welche durch Füllen und Entleeren wechselweise in Betrieb genommen werden.
Zum Füllen und Entleeren dienen mehrere Pumpen; der Wirkungsgrad, d.h. der Leistungsverlust,
wird durch diese Anordnung mehrerer Pumpen nicht beeintrüchtigt.
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Es sind weiterhin Föttinger-Getriebe bekannt, in denen die, verschiedenen
Druckstufen durch mehrere Pumpen erzeugt werden. Das verbessert die Leistungsbilanz
des Getriebes schon wesentlich. Jede dieser Pumpen ist jedoch für den Spitzenbedarf
des jeweiligen Verbrauchers, d. I für die ohne wesentlichen Druck zum Füllen
benötigten Druckmittelmengen, ausgelegt. Außerdem sind so viele Pumpen erforderlich,
wie Druckstufen im Getriebe gewünscht werden, im allgemeinen also drei. Diese Lösung
ist sehr aufwendig, da der Spitzenbedarf nur sehr kurzzeitig beim Füllen der Steuer-
oder Arbeitsräume auftritt. Während der längeren Zeit nehmen die Druckmittelverbraucher
nur geringe Leckmengen ab, die allerdings mit dem für den jeweiligen Druckmittelverbraucher
notwendigen vollen Druck gefördert werden müssen.
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Es ist eine Druckmittelversorgungseinrichtung bekanntgeworden, bei
der die Druckleitungen zweier Pumpen durch ein Überdruckventil verbunden sind, so
daß die überschüssige ölnienge einer Schaltkupplungssteuervorrichtung in einem Strömungswandler
oder einer Strömungskupplung mitverwendet
wird. Eine wesentliche,
gezielte Leistungsbilanzverbesserung wird dadurch jedoch nicht erzielt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Schaltvorgänge so kurz zu halten,
daß keine Zugkraftunterbrechungen und damit keine Stöße auftreten. Der Gesamtwirkungsgrad
des Föttinger-Getriebes soll wesentlich verbessert werden. Die Erfindung löst diese
Aufgabe durch eine Druckmittelversorgungseinrichtung für Föttinger-Getriebe, die
durch die Merkmale der Patentansprüche gekennzeichnet ist. Für die Gegenstände der
Patentansprüche 2 bis 10 wird kein selbständiger Schutz begehrt.
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Zur Druckmittelversorgung der drei hauptsächlichen Druckmittelverbraucher-
Kreislauf, mechanische Kuplung und Schmierstellen des Föttinger-Getriebes, dienen
mindestens zwei Pumpen, z. B. zwei von der Primärseite angetriebene Kapselpumpen.
Eine große Pumpe mit großer Förderinenge bei niedrigem Druck übernimmt nacheinander
das Füllen des Kreislaufs und die überwindung des Wärmetauscherwiderstandes sowie
die Versorgung der Schmierstellen des Föttinger-Getriebes. Eine kleinere Pumpe mit
kleinerer Fördermenge bei hohem Druck dient zur Druckmittelversorgung der mechanischen
Kupplung.
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Durch den Gegenstand der Erfindung ist nun eine Druckmittelversorgungseinrichtung
für Föttinger-Getriebe geschaffen, bei der sich die beiden Pumpen im Bedarfsfall
wechselseitig unterstützen können. Wird das Föttinger-Getriebe im Wandlergang betrieben
oder wird die mechanische Kupplung gelöst, um vom Direktgang in den Wandlergang
zu schalten, so hat die kleinere Pumpe nur die Leckverluste der Steuerung zu decken.
Sie gibt die nicht als Leeköl abgenommene Fördermenge über eine sich selbsttätig
einstellende Hochdruckdrossel an die Druckseite der größeren Pumpe ab und unterstützt
diese damit.
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Wird das Föttinger-Getriebe vom Wandlergang in den Direktgang geschaltet,
so bricht der Druck des Druckmittels in der Steuerleitung kurzzeitig zusammen. Bei
dem Gegenstand der Erfindung kann die größere Pumpe die kleinere Pumpe unterstützen.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung ist eine Niederdruckdrossel vorgesehen,
die bei gefülltem Kreislauf den gewünschten Vorspanndruck erzielt. Diese Niederdruckdrossel
liegt zwischen Kreislauf und Wärmetauscher. Sie entspannt das Druckmittel fast vollständig,
da im Wärmetauscher fast kein Druckmittelabfall auftritt. Die Niederdruckdrossel
kann als feste oder einstellbare Drosselstelle ausgebildet sein, statt ihrer kann
auch ein überdruckventil angeordnet sein.
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Der Druckmittelstrom der größeren Pumpe über die Niederdruckdrossel
und der Druckmittelstrom der kleineren Pumpe über die Hochdruckdrossel laufen über
den Kreislauf und einen Wärmetauscher um, der die Verlustwärine des Kreislaufes
aus dem Druckmittel abführt. Hinter dem Wärmetauscher fließt das Druckmittel druckfrei
unmittelbar den Saugseiten der Pumpen zu, ohne daß es dabei mit der Luft im Getriebegehäuse
in Berührung kommt.
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Zur Entleerung wird der Kreislauf von der größeren Pumpe getrennt,
deren gesamte Fördermenge nun fast drucklos über den Wärmetauscher in den Ansaugmund
der Pumpen zurückfließt. Die große Pumpe läuft dann leer, sie nimmt nur noch ihre
Leerlaufleistung auf. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Getriebes im Direktgang,
also bei entleertem und überbrücktem Kreislauf wesentlich verbessert. Die Verbesserung
des Wirkungsgrades auch im Direktgang ist um so wertvoller, als dieser Direktgang
besonders häufig und andauernd gefahren wird.
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Die Zeichnung zeig' t mit ihren F i g. 1 bis 3 ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Die drei Figuren zeigen verschiedene Schaltzustände eines Föttinger-Getriebes,
das einen Kreislauf 10 mit einem von der Eingangswelle 11 über die
Zahnräder 12 und 13 und die Pumpenwelle 14 angetriebenen Pumpenrad
15, einem Turbinenrad 16 und einem Leitschaufelkranz 17 enthält.
Das Rohr 18 verbindet das Turbinenrad 16 mit der Abtriebswelle
19.
Die mit dem Kolben 20 hydraulisch zu betätigende mechanische Kupplung
21 verbindet die Pumpenwelle 14 mit dem Turbinenrad 16 und stellt somit eine
starre mechanische Verbindung zwischen Eingangswelle 11 und Ausgangswelle
19 her. Zahnrad 12 treibt über Zahnrad 22 die Nebenwelle 23, mit der
die größere Pumpe 24 mit großer Fördermenge bei niedrigem Druck und die kleinere
Pumpe 25 mit kleinerer Fördennenge bei hohem Druck verbunden ist. Zwischen
den Druckleitungen 26 und 27 der Pumpen 24 und 25 liegt ein
Rückschlagventil 28. Das Steuergehäuse 29 enthält einen gegen die
Kraft der Feder 30 von einem Steuerorgan 31 hydraulisch betätigten
Stuerschieber 32, der wiederum einen von der Feder 33 einseitig belasteten
Druckregulierschieber 34 umgibt.
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F i g. 1 zeigt die Stellung des Steuerschiebers 32
und
des Druckregulierschiebers 34 bei einem Betrieb des Föttinger-Getriebes im Wandlergang,
d. h. also bei gefülltem Kreislauf 10 und bei gelöster mechanischer
Kupplung 21. Die kleinere Pumpe 25 versorgt das Steuerorgan 31 für
die mechanische Kupplung 21 und gegebenenfalls weitere hydraulisch betätigte Kupplungen,
etwa die eines nachgeschalteten Stufengetriebes mit Druckmittel. Da das Steuerorgan
31 und die Kupplungen nur geringe Leckverluste haben, fließt der weitaus
größte Teil der von der kleineren Pumpe 25 beförderten Druckmittelmenge über
die von dem Steuerschieber 32 und dem federbelasteten Druckregulierschieber
34 gebildete Hochdruckdrossel 35 zur Druckseite der größeren Pumpe 24 ab.
Die kleinere Pumpe 25 unterstützt also mit diesem Teil ihrer Fördennenge
die größere Pumpe 24, die ständig den Kreislauf 10 nachfüllt. Durch die Leitung
37, die Ringräume 38 und 39 und die Leitung 40 strömt ständig
Druckmittel aus dem Kreislauf 10 zu dem Wärmetauscher 41 ab, indem es die
im Kreislauf 10 aufgenommene Verlustwärme an ein Kühlmittel abgibt. Die Leitung
42 führt unmittelbar zu den Saugseiten der Pumpen 24 und 25 und schließt
damit den Druckmittelkreislauf, so daß das Druckmittel ohne Berührung mit der Luft
im Getriebegehäuse im geschlossenen Kreislauf umläuft. Dieser geschlossene Kreislauf
verhindert die Beeinflussung des Druckmittels durch die Luft. Zwischen dem Kreislauf
10 und dem Wännetauscher 41 bildet der Steuerschieber 32 mit seinem
Steuergehäuse 29
die Niederdruckdrossel 43, die im Kreislauf 10 den
zur Vermeidung von Kavitationen notwendigen Vorspanndruck bewirkt. Das Steuerorgan
31 verstellt über die Leitung 47 und den Druckraum 44 die Öff-
nung
der Niederdruckdrossel 43 in Abhängigkeit von der Leistungsaufnahme des Föttinger-Getriebes.
Mit sinkender Leistungsaufnahme öffnet sich die Niederdruckdrossel
43,
dadurch nimmt auch der im Kreislauf 10 angestaute Vorspanndruck ab, was wiederum
mit einer verminderten Leistungsaufnahme der größeren Pumpe 24 einhergeht. An Stelle
der Niederdruckdrossel 43 kann auch ein überdruckventil vorhanden sein.
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F i g. 2 zeigt das Föttinger-Getriebe im Augenblick des Umschaltens
vom Wandlergang in den Direktgang. Dazu ist der Kreislauf 10 zu entleeren,
während die mechanische Kupplung 21 eingeschaltet werden muß. Der Druck der kleineren
Pumpe 25 ist durch das Füllen der mechanischen Kupplung 21 zusammengebrochen.
Dadurch wird der Druckregulierschieber 34 durch die Feder 33 in seine rechte
Endlage gedrückt und trennt dabeidie Kreislauffülleitung 36 von der Leitung
26 der größeren Pumpe 24. Das gesamte Druck-mittel dieser Pumpe fließt nun
über das geöffnete Rückschlagventil 28 in die Druckleitung 27 der
kleineren Pumpe 25 und unterstützt damit das Füllen der mechanischen Kuplung
21. Nach Beendigung dieses Füllvorganges steigt der Druck in der Leitung
27 so lange an, bis der Vorspanndruck der Feder 33 überwunden ist.
Dann bewegt sich der Druckregulierschieber 34 so lange nach links, bis der eingestellte
Steuerdruck erreicht ist und die Hochdruckdrossel 35 sich wieder öffnet.
Gleichzeitig wird ein Steuerungsdruck über das Steuerorgan 31 und die Leitung
47 dem Druckraum 44 des Steuerschiebers 32 zugeführt, der diesen in seine
linke Endlage verschiebt. Damit ist die in F i g. 3 gezeigte Stellung erreicht,
bei der das Föttinger-Getriebe im Direktgang arbeitet.
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In F i g. 3 sperrt der Steuerschieber 32 die Kreislauffülleitun-
36 von der Druckseite der Pumpe 24 ab, deren Druckmittel nun drucklos über
den Wärmetauscher 41 in die gemeinsame Saugleitung der Pumpen 24 und 25 gefördert
wird. Dadurch geht die Antriebsleistunc, der Pumpe 24 fast auf Null zurück. Im Direktgang
ist der Kreislauf 10 entleert. Seine Druckmittelfüllung läuft über die Leitung
37 und die Ringräume 38 und 45 zum Druckmittelsumpf 46 ab.
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Der größte Druckmittelbedarf tritt auf, wenn bei der Umschaltung vom
Direktgang auf den Wandlergang der zuvor entleerte Kreislauf 10 wieder gefüllt
werden muß. Der Füllvorgang muß so schnell verlaufen, daß die Zugkraft nicht spürbar
unterbrochen wird. Gemäß der Erfindung ist die Summe der Förderleistungen beider
Pumpen so groß, daß der Kreislauf 10 in der zur Verfügung stehenden Zeit
sicher gefüllt wird.
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Als Druckmittel für das Föttinger-Getriebe wird insbesondere
Öl verwendet.