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Kennwort: "Diwa-Bremse-Zusatz" Kombiniert hydrodynamisch-mechanisches
Getriebe Zusatz zu Patent O (Patentanmeldung P 20 21 543.4-12) Die Erfindung betrifft
ein kombiniert hydrodynamisch-mechanisches, zum Abbremsen eines Fahrzeuges geeignetes
Getriebe mit einem zwischen einem Schaufelrad des hydrodynamischen Getriebeteils
und der abzubremsenden Welle angeordneten Planetenradsatz, der eine wahlweise ein-
und ausschaltbare, zum Abbremsen eines seiner Getriebeglieder dienende mechanische
Bremse aufweist mit einem den Kraftschluß herbeiführenden und mit Druckflüssigkeit
beaufschlagbaren Kolben, ferner mit einer Hilfspumpe zur Versorgung des Getriebes
mit Arbeits-und Steuerdruckflüssigkeit In einem solchen Getriebe wirkt das genannte
Schaufelrad des hydro dynamischen Getriebeteils als Bremsrotor, es ist mittels des
genannten Planetenradsatzes an die abzubremsende Welle kuppelbar Die Hauptanmeldung
lehrt, den genannten Kolben als Stufenkolben mit zwei in der gleichen Richtung wirkenden
Druck chen auszubilden und. die beiden Druckflächen hydraulisch voneinander völlig
zu trennen; ferner soll die Anordnung derart getroffen werden, daß die erste Druckfläche
mit von der Hilfspumpe gelieferter Druckflüssigkeit und die zweite Druckfläche mit
einer dem-Arbeitsraum des hydro dynamischen Getriebeteiles am äußeren Umfang, dh.
im Bereich hohen ArbeitsflUssigkeitsdruckes ("Auslaßdruck") entnommenen Druck flUssigkeit
beaufschlagbar ist. Dadurch wird erreicht, daß beim Beginn einer Bremsung die Bremswirkung
des hydrodynamischen Ge triebeteiles einerseits verzögerungsfrei und andererseits
aber nicht schlagartig einsetzt.
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Gemäß der Hauptanmeldung ist der hydrodynamische Getriebeteil als
Drehmomentwandler
ausgebildet, der außerhalb des Bremsbetriebes, d.h. während des weitere größeren
Teils seiner Betriebsdauer, zum Übertragen der Treck@@@ensleistung von einem Antriebsmotor
auf die genannte (in die @@@@@@@@ nicht abzubremsende, sondern anzutreibende) Welle
benutzt wird.
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Die Erfinder haben aber er@@@@, daß die Lehre der Hauptanmeldung in
besondere vorteilehafter Weise auch einer reiner hydrodynamischen, Bremse anwendbar
ist. Hierbei wird man - ähnlich wie beim Gegenstand der Hauptanmeldung - von dem
genannten Planetenradsatz ein erst@s glied s@@@ten Bremsrotor und ein zweiten Glied
mit der ab@@@@@ender @@@@@ inden sowie ein drittes Glied der genannten @ech@r einen
Bremse @@@@en. Bekanntlich ist bei vielen bekannten hydrodynamischen Bremse der
Bremsrotor stets fest an die abzubremsend Welle gekuppelt und rotiert also auch
im auszugeschalteten Zustand d.h. bei mit Luft gefülltem Arbeitsraum. Dadurch nimmt
die Br@@@ auch im ausgeschalteten Zustand in unerwünschter Weise @@@s@@ug auf; dies
kammellenfalls dadurch vermieden werden, daß man zwischen die beiden @@@@felräder
Strömungshindernisse einschiebt oder einsenwend@. Diese Konstruktionen sind jedoch
sehr kompliziert. Demgegenüber kann bei der erfindungsgemäß ausgebildeted Bremse
der Bremsrotor außerhalb des Bremsbetriebes abgekuppelt werden, so daß er nicht
ständig weiter umläuft und somit auch keine Leistung aufnimmt Erst zu Beginn einer
Bremsung wird der Bremsrotor nach der in der Hauptanmeldung beschriebenen Methode
wieder an die @@zubremsende Welle angekuppelt. Dabei erzielt man durch den genannten
Planetenradsatz den zusätzlichen Vorteil, daß die Drehzahl der Bremsrotors gegenüber
der abzubremsenden Welle stark erhöht wird (Steigerung der Bremsleistung), und daß
- im Gegensatz zu bekannten Auszuführungen, die zwischen dem Bremsrotor und der
abzubremsenden Welle eine Kupplung aufweisen - der den Kraftschluß herbe@führende
Kolben ansteile in einem rotierenden in einem stillstehende@ Bauteil angeordnet
werden kann.
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Auch die in der Hauptanmeldung erwähnten vorteilhaften Ausgestaltungen
der dort beschriebenen Erfindung können bei einer reinen hydrodynamischen Bremse
angewandt werden.
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Weiterhin lehrt die Hauptanmeldung, daß an die vom äußeren Umfang
des Arbeitsraumes des hydrodynamischen Getriebeteiles zur zweiten Druckfläche des
Stufenkolbens führende DruckflUssigkeitsleitung ein den "Auslaßdruck" in Abhängigkeit
von einer willkürlich wählbaren Kraft bestimmendes und eine Einrichtung- zum Verstellen
der genannten Kraft aufweisendes Druckbegrenzungsventil angeschlossen werden soll,
und daß der Arbeitsraum des hydrodynamischen Getriebeteils eine Einlaßöffnung zum
Einführen von Luft in den Arbeitsraum aufweisen soll. Durch diese Maßnahmen erzielt
man ein Konstantbleie ben des vorn hydrodynamischen Getriebeteil erzeugten Bremsmomentes
bei sich ändernder Drehzahl (Fahrgeschwindigkeit) aber sonst gleichen Bedingungen.
Zum Einstellen verschiedener, den jeweiligen Erfordernissen entsprechender Bremsmomente
ist gemäß der Hauptanmeldung @ vorgesehen, daß die willkürlich wählbare Kraft durch
eine mehr oder weniger stark vorgespannte Feder aufgebracht wird, deren Vorspannung
durch einen rnit einem Druckmittel beaufschlagbaren Hilfskolben verstellbar ist,
und daß der Druckraum des Hilfskolbens Uber ein Ein- Aus - Ventil an eine Druckquelle
anschließbar ist. Mit einem derartigen Ein- Aus-Ventil - und auch mit einem gemäß
der Hauptanmeldung unter Umständen zusätzlich vorzusehenden, das Ein-Aus-Ventil
mit hoher Frequenz ein- und ausschaltenden Druckschalter - ist nur ein stufenweises
Einstellen des Bremsmomentes möglich.
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Gemäß eine weiteren Gedanken der Erfindung wird ein stufenloses Einstellen
des 11Auslaßdruckes1, und damit des Bremsmomentes dadurch erzielt, daß zum Verändern
der genannten willkürlich wählbaren Kraft ein Elektromagnet nit veränderbarer Magnetkraft
verwendet wird, und zwar vorzugsweise ein elcher gemäB Patentanmeldung P 20 19 545.7
- )), dessen Magnetkraft stufenlos veranderbar ist. Es sind hierbei zwei verschiedene
Bauformen möglich: im einen Fall wird die willkürlich wählbare, auf den Steuerkolben
des Druckbegrenzungsventils wirkende Kraft direkt durch einen solchen Elektromagneten
mit veränderbare Magnetkraft aufgebracht. Im anderen Fall geht man aus von demjenigen
Druckbegrenzungsventil, bei dem die willkürlich wählbare Kraft durch eine mehr oder
weniger stark vorgespannte Feder aufgebracht wird, deren Vorspannung durch ein mit
einem Druckmittel beaufschlagbaren Hilfskolben verstellbar ist, und gestaltet diese
Einrichtung
dadurch weiter aus, das der Druclcraurn des Hilfskolbens über ein Druckregelventil,
welches durch den genannten Elektromagneten mit vcrtnderbarer Magnetkraft gesteuert
ist, an eine Druckquelle angeschlossen ist. Die beiden vorbeschriebenen Bauformen
können unabhängig davon, ob der hydrodynamische Getriebeteil als Drehmomentwandler
oder als Bremse ausgebildet ist, in gleicher Weise vorteilhaft angewandt werden.
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Bei Ausbildung des hydrodynamischen Getriebeteils als D;ehmomentwandler
hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, eine Steuereinrichtung vorzusehen,
welche das genannte Druckbegrenzungsventil auf den höchsten "Auslaßdruck" einstellt,
solange der Wandler Traktionsleistung überträgt.
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Ausrührungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand einer Zeichnung
beschrieben. Darin zeigt Fig. 1 ein kombiniert hydrodynamisch-mechanisches Getriebe,
dessen hydrodynamischer Getriebeteil als Wandler ausgebildet ist, und das dazugehörende
Steuersystem; Fig. 2 ein gegenüber Fig. 1 geandertes, jedoch für das gleiche Getriebe
bestimmtes Steuersystem; Fig. 5 ein kombiniert hydrodynamisch-mechanisches Getriebe,
dessen hydrodynamischer Getriebeteil als Bremse ausgebildet ist, und das dazugehörende
Steuersystem.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 entspricht im wesentlichen demjenigen
der Hauptanmeldung; nur das Steuersystem weist einige unterschiedliche Merkmale
auf.
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Die Hauptteile des Getriebes sind der vom Motor 1 angetriebene Verteilplanetenradsatz,
der Drehmomentwandler 3 und das Wendeschaltgetriebe 4,5,Am äußeren Umfang des Arbeitsraumes
5a des Wandlers 5
befindet sich eine Auslaßöffnung 21 für die Arbeitsflüssigkeit.
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An dieser Stelle herrscht sowohl beim Traktions- wie beim Bremsbetrieb
der höchste Druck im Wandlerinnern ("Auslaßdruck"). An die Auslaßöffnung 21 ist
ein in seiner Druckgrenze willkürlich einstellbares Druckbegrenzungsventil 2b angeschlossen;
dieses besitzt einen in der Zeichnung symbolisch dargestellten Steuerkolben, der
einerseits von einer Weder 41 mit über einen Hilfskolben 42 willkürlich einstellbarer
Federkraft und andererseits über die Leitung 28a und das Umsteuerventil 29 von dem
genannten und einzustellenden "Auslaßdruck" beaufschlagbar ist; dabei wirkt die
Federkraft in Richtung "schließen" und der Auslaßdruck in Richtung "öffnen Beim
Traktionsbetrieb im Anfahrgang (in Richtung "vorwärts") erfolgt die Kraftübertragung,
ausgehend von dem Verteilplanetenradsatz 2, teilweise über den hydrodynamischen
Kraftweg (Wandler 2, Wendeschaltgetriebe 4,5) und teilweise über den mechanischen
Kraftweg (Welle 7) zur Vereinigungsstelle 22 und von hier über die Abtriebswelle
6 zur Treibachse 6a des Fahrzeuges. Hierbei sind sämtliche Umsteuerventile 29,)0,)1,40
und 43 in Ruhestellung, dçh. die Ventile 30, 31 und 43 befinden sich in der in Fig.
1 dargestellten Position, während sich die Ventile 29 und 40 in ihrer gegenüber
der dargestellten Position entgegengesetzten Stellung befinden. Dadurch ist der
Druckraum des Hilfskolbens 42 drucklos und die Kraft der Feder 41 auf ihrem Kleinstwert.
Da ferner das Ventil 29 geschlossen ist, kann die Feder 41, obwohl ihre Federkraft
auf den Kleinstwert eingestellt ist, das Druckbegrenzungsventil 28 geschlossen halten.
Dadurch ist beim Anfahrgang der Wandler-"Auslaußdruck' auf seinen Höchstwert eingestellt.
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Beim Umschalten vom Anfahrgang auf den Marschgang wird das Ventil
40 durch einen in der Zeichnung nicht dargestellten, in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit
und der Motord.rehzahl gesteuerten Schalter in die in der Zeichnung dargestellte
Position Umgeschaltet.
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Dadurch wird das Pumpenrad 10 mittels des Ringkolbens 15 abgebremst;
demzufolge
findet nunmehr die Kraftübertragung allein über den mechanischen Kraftweg (Welle
7) statt. Das genannte Umschalten des Ventiles 40 hat a;ch zur Folge, daß das Ventil
29 über die Steuerleitung 29a umgeschaltet will; dadurch wird das Druckbegrenzungsventil
2b geöffrìet, so daß der "Auslaßdruck" einen dem Kleinstwert der Federkraft 41 entsprechenden
untersten Wert annimmt. Dieser in Fig. 1 dargestellte Betriebszustand liegt stets
vor 9 wenn eine Bremsung beginnen soll; denn in der Praxis wird das Getriebe nur
im oberen Geschwindigkeitsbereich (Marschgang) zum Bremsen benutzt.
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Bei Bremsbeginn werden mittels des Stufenschalters 44 die Ventile
50 und 31 gleichzeitig betätigt; die Ventile 40 und 29 bleiben in der gezeichneten
Stellung. Dadurch wird, da im Druckstutzen der Pumpe 25 (Leitung 35) ständig ein
relativ hoher Druck vorhanden ist, dieser Druck sofort auf der kleinen Kolbenfläche
38 des Stufenkolbens 56 der Bremse 52 wirksam und bringt diese sehr rasch zum Anliegen.
Infolge der geringen Größe der Kolbenfläche 38 und da auf der anderen, großen, mit
dem "Auslaßdruck" beaufschlagten Kolbenfläche 37 zunächst noch kein Überdruck herrscht,
sondern vorübergehend sogar Unterdruck (wie in der Hauptanmeldung ausführlich erläutert),
erfolgt das Abbremsen des Hohlrades 5a nicht stoßartig, sondern mit einer Verzögerung
von etwa 1/10 bis 3/10 Sekunden. Dadurch erzielt man das gewünschte sanfte Ansteigen
des vom Turbinenrad 16 aufgenommenen Bremsmomentes.
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Die Höhe des Bremsmomentes kann durch Verstellen der Kraft der Feder
41 des Druckbegrenzungsventils 2 variiert werden. Die Vorspannung der Feder 41 wird
über den iiilfskolben 42 eingestellt.
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Dessen Kolbenraum ist n!ittels des mit einem sehr schnell, d.h. in
weniger als 1, 13 Sekunde ansprechenden Steuerkolben ausgerüsteten Ein-Aus-Magnetventils
47 an den Druckstutzen der Hilfspumpe 25 anschiießbar bzw. von ihm trennbar. In
Stufe 1 ist das Ventil 45 stromlos. Demgemäß ist der Hilfskolben 42 drucklos was
zur Folge hat, daß die Vorspannung der Feder 41 recht schlaff ist und das Druckbegrenzungsventil
28 bei Stufe 1 des SehaRters 449 wie bei Stufe 0, auf den niedrigsten "Auslaßdruck"
eingestellt ist.
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Das oben erwähnte Einsaugen von Luft in den Arbeitsraum 5a des Wandlers
7 kann durch Einlaßöffnungen 34 erfolgen, die durch eine Rückschlagklappe 55 verschließbar
sind, oder durch die Dichtungen 18 und 19, wenn diese in einer Richtung für Luft
durchlässig ausgebildet sind.
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In Schaltstufe IV ist das Magnetventil 45 ständig an die Batterie
45 angeschlossen und demgemäß die Feder 41 am stärksten vorgespannt. Der t'Auslaßdruck"
am Wandler und demzufolge das Bremsmoment sind in dieser Schalterstellung am höchsten.
Die Schalterstellungen II und III dienen zur Einstellung von mittleren Werten des
"Auslaßdruckes" und des Bremsmomentes, und zwar in der nachfolgend beschriebenen
Weise: In Stufe II von Schalter 44 ist zusätzlich zu den Ventilen 30 und 51 das
Ventil 43 mittelbar über den vom "Auslasdruches" beaufschlagten Sruckschalter 46,
der eine sehr kurze, d.h. weniger als 1, 10 Sekunde betragende Ansprechzeit hat,
an die Batterie 45 angeschlossen. Ist der "Auslaßdruck" größer als die Gegenkraft
der im. Druckschalter 46 eingebauten Feder, so öffnet der in seiner Grundstellung
geschlossene Druckschalter 46, und Ventil 45 schließt.
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Es baut sich der im Hydraulikzylinder 42 zuvor herrschende Druck ab,
wodurch die Vorspannung der Feder 41 zurückgeht und demgemäß der vom Ventil 28 gehaltene
"Auslaßdruck" absinkt. Es kommt der Punkt, an dem die Federkraft im Druckschalter
46 gegenüber den Auslaßdruck" überwiegt und den Schalter wieder schließt, so daß
nun Ventil 43 wieder öffnet und mittelbar über die nun wieder ansteigende Vorspannung
der Feder 41 des Ventils 28 den "Auslaßdruck ansteigen läßt. Innerhalb der Ansprechempfindlichkeit
des
Druckschalters 46 und des Magnetventils 43 kommt es auf diese
Weise zu einem ständigen Ein- und Ausschalten, welches mit einer Frequenz von etwa
1D bis 30 Hz erfolgt. Durch dieses dauernde Ein- und Ausschalten des Magnetventils
43 baut sich im Kolbenraum des Hilfskolbens 42 nicht jedesmal der volle Pumpendruck
auf, sondern ein mittlerer Druck, der der Druckgrenze des Schalters 46 entspricht.
Demgemäß ist auch die Feder 41 weniger vorgespannt und dementsprechend die DrXckgrenze
des Ventiles 2£ niedriger.
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In gleicher Weise kann durch einen zweiten, auf eine andere Druckgrenze
eingeschalteten Druckschalter 47 in Stellung III des Stufenschalters 44 ein anderer
Zwischenwert des Auslaßdruckes eingestellt werden.
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In Fig. 2 ist ein gegenüber Fig. 1 abweichendes Steuersystem dargestellt;
das hydrodynamische Getriebe, dem dieses Steuersystem zugeordnet ist, ist das gleiche
wie in Fig. 1 und ist daher in Fig. 2 weggelassen. Gleiche Teile sind in beiden
Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die beiden Steuersysteme unterscheiden
sich im wesentlichen nur dadurch, daß das Ein-Aus-Magnetventil 43 (Fig. 1) ersetzt
ist durch ein Druckregelventil 55, welches durch einen mit Hilfe des Steuergerätes
54 steuerbaren Elektromagneten 52 mit veränderbarer Magnetkraft gesteuert ist.
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Mit dem genannten Druckregelventil 53 wird der Druck im Kolbenraum
des Hilfskolbens 42 eingestellt und damlt - wie bei dem Ausführungsbeispiel nach
Fig. 1 - die Kraft der Feder 41, der "Auslaßdruck und das Bremsmoment. Bei Bremsbeginn
ist der Schalter 55 zu schließen und das Steuergerät 54 auf das gewünschte Bremsmoment
einzustellen.
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Die in Fig. 3 dargestellte hydrodynamische Bremse 50 umraßt ein feststehendes
Gehäuse 58 und einen Bremsrotor 59, die miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum
57 bilden. Mit dem Bremsrotor 59 ist das Sonnenrad 61 eines Planetenradsatzes 60
starr verbunden, dessen Planetenträger 62 auf der abzubremsenden Welle 56 befestigt
ist und dessen Hohlrad 63 abbremsbar ist. Die hierfür vorgesehene und erfindungsgemäß
ausgebildete Reibungsbremse 70 weist einen ringförmigen Sturenkolben 66 mi t einer
kleinen und einer großen Druckfläche 6E,67 auf.
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Das Steuersystem dieser hydrodynamischen Bremse umfaBt eine von der
abzubremsenden Welle 56 angetriebene Hilfspumpe 75, die zum Füllen des Arbeitsraumes
57 mit Arbeitsflüssigkeit und zum Zuführen von Druckmittel über ein Magnetventil
91 zu der genannten kleinen Druckfläche 68 des Stufenkolbens 66 dient. Die Füllleitung
77 weist ein Druckbegrenzungsventil 78, ein Rückschlagventil 79, einen Kühler 76
und ein Ein-Aus-Magnetventil 81 auf und mündet über den Einlaß 82 in den Arbeitsraum
57. Das Bremsgehäuse 5£ besitzt einen ersten Auslaß 83, an den ein den "Auslaßdruck
und damit das Bremsmoment einstellendes Druckbegrenzungsventil 68 sowie über eine
Leitung 88a und ein Magnetventil 90 der Kolbenraum über der großen Druckfläche 67
des Stufenkolbens 66 angeschlossen sind. Ein zweiter Auslaß 84 ist über die Leitung
85 und das Rückschlagventil t6 mit der Fülleitung 77 verbunden, zur Bildung eines
Kühikreislaufes.
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Bei dem in Fig. 3 dargestellten Betriebszustand ist die hydrodynamische
Bremse ausgescaltet. Bei Bremsbeginn werden die Ventile 90 und 91 betätigt, wodurch
dem Arbeitsraum 57 Betriebsflüssigkeit zugeführt, die Reibungsbremse in der oben
beschriebenen Weise stoßfrei angezogen und somit der Bremsrotor 57 in Bewegung gesetzt
wird. Die in deni Druckbegrenzungsventil 88 den "Auslaßdruck bestimmende willkürlich
wählbare Kraft wird direkt durch einen mit Hilfe des Steuergerätes 94 gesteuerten
Elektromagneten 87 mit veränderbarer ttagnetkraft aufgebracht.
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Ein derart ausgebildetes Druckbegrenzungsventil kann auch in dem Steuersystem
gemäß Fig. 2 angewandt werden; es würde dort anstelle des Druckbegrenzungsventiles
28 treten; dabei würden die Feder 41, der Hilfskolben 42 und das Druckregelventil
53 entfallen.
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In dem Steuersystem gemäß Fig. 3 kann das Ventil 81 entfallen. Dadurch
bleibt der Arbeitsraum 57 auch im ausgeschalteten Zustand gefüllt, wodurch ein sofortiges
Ansprechen der hydrodynamischen Bremse erreicht wird.