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Flüssigkeitsversorgungseinrichtung für
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einen hydrodynamischen Drehmomentwandler und für eine Reibungsschaltvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsversorgungseinrichtung für einen hydrodynamischen
Drehmomentwandler und für eine mit diesem zusammenarbeitende und durch Druckflüssigkeit
betätigbare Reibungsschaltvorrichtung. Hierbei kann es sich um einen Drehmomentwandler
mit Überbrückungskupplung oder Eingangs-Modulations kupplung oder Pumpenbremse oder
mit ähnlichen Reibungsschaltvorrichtungen handeln oder um einen Drehmomentwandler,
der mit einem durch Druckflüssigkeit betätigbaren Schaltgetriebe zusammenarbeitet.
Bevorzugt wird eine solche Einrichtung in Fahrzeugantrieben verwendet.
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Es sind Flüssigkeitsversorgungseinrichtungen nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1 bekannt (z. B. DT-PS 21 52 144, Fig. 3), worin an die Druckleitung
der Pumpe, die von der iingangswelle des Wandlers (mit Motordrehzahl) angetrieben
wird, zwei Druckbegrenzungsventile angeschlossen sind, um hierdurch zwei unterschiedliche
Drücke zu erzeugen, nämlich einen höheren zur Betätigung der Reibungsschaltvorrichtung
und einen niedrigeren zum Füllen des Drehmomentwandlers. In der zum Wandler führenden
Fülleitung oder in einer an den Wandler angeschlossenen Entleerleitung ist ein Kühler
vorgesehen, zur Kühlung der Wandlerarbeitsflüssigkeit.
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Diese bekannten Einrichtungen haben den nachteil, daß einerseits die
Pumpe ständig die gesamte durch den Wandler und durch den Kühler zu fünrende Flüssigkeitsmenge
liefern muß und daß diese Flüssigkeitsmenge nicht an die jeweils im Wandler anfallende
Wärmemenge angepaßt werden kann. Außerdem wirkt es sich ungünstig aus, daß der Druck
in der Wandler-Fülleitung nicht immer
konstant bleibt, sondernXz.
B. bei einem Kleinerwerden der Motordrehzahl auf die Leerlaufdrehzahl'unter den
gewünschten Wert absinkt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkeitsversorgungseinrichtung
anzugeben, bei der sich die durch den Wandler und den Kühler zu führende Flüssigkeitsmenge
selbsttätig an die im Wandler anfallende Wärmemenge anpaßt. Außerdem soll dafür
gesorgt werden, daß schon bei Leerlaufdrehzahl der Antriebsmaschine, also bei kleiner
Pumpenfördermenge, der zum Füllen des Wandlers erforderliche Flüssigkeitsdruck vorhanden
ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Anwendung der kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst. Danach wird ähnlich wie bei hydrodynamischen Bremsen ein
Kühlkreislauf gebildet und die Pumpwirkung des Wandlers zum Umwälzen der Arbeitsflüssigkeit
ausgenutzt. Die erfindungsgemäße Anordnung weicht jedoch wesentlich von den an sich
bei hydrodynamischen Bremsen bekannten Anordnungen ab (z. B. DT-OS 24 OB 876). Wesentlich
ist hierbei die besondere Anordnung des zweiten Druckbegrenzungsventils. Dieses
läßt Flüssigkeit aus der vom Wandler kommenden und durch den Kühler führenden Entleerleitung
überströmen, wobei die Steuerung dieses Ventils durch den Druck in der Wandler-Fülleitung
erfolgt, so daß dort ein konstanter Druckwert, der "Wandlereingangsdruck", eingeregelt
wird.
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Die in jedem Fall vorhandene Pumpe, die in der Regel als Zahnradpumpe
ausgebildet ist, braucht durch die Erfindung nur soviel Arbeitsflüssigkeit ständig
in den Kühlkreislauf einzuspeisen (Einspeismenge), daß die durch das zweite Druckbegrenzungsventil
überströmende Flüssigkeitsmenge und die am Wandler austretende Leckflüssigkeitsmenge
ersetzt wird. Daraus resultiert ein wesentlicher Vorteil: Der in der Pumpendruckleitung
durch das erste Druckbegrenzungsventil eingestellte Druck und damit auch der Wandlereingangsdruck
werden - weil die genannte Einspeismenge
sehr gering ist - schon
bei kleiner Pumpenantriebsdrehzahl erreicht, also z. B. schon bei der Leerlaufdrehzahl
der Antriebsmaschine. Dies ist dann von besonderer Wichtigkeit, wenn der unter anderem
vom Wandlereingangsdruck abhängende Wandlerausgangsdruck als Regelgröße für einen
Regelvorgang benutzt wird, z. B. zwecks Steuerung des Schlupfes einer dem Wandler
vorgeschalteten Eingangskupplung.
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Gemäß einem wichtigen weiteren Gedanken der Erfindung (Anspruch 2)
ist die Schmierflüssigkeitsleitung an den Ausgang des zweiten Druckbegrenzungsventiles
angeschlossen. Dies trägt wesentlich dazu bei, daß bei jedem Ingangsetzen der Antriebsmaschine
der Wandlereingangsdruck sehr rasch aufgebaut wird. Bei bekannten Ausführungen ist
demgegenüber die Schmierflüssigkeitsleitung an die Pumpendruckleitung oder an die
Wandlerfülleitung angeschlossen, was zur Folge hat, daß das Aufbauen des Wandlereingangsdruckes
unter Umständen stark verzögert wird.
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Besonders vorteilhaft ist bei der erfindungsgemäßen Ausführung, daß
die Schmier- und Kühl-Flüssigkeitsmenge eine sehr niedrige Temperatur aufweist;
denn die Anschlußstelle für das zweite Druckbegrenzungsventil am Kühlkreislauf liegt
unmittelbar nach dem Kühler. Außerdem kann das zweite Druckbegrenzungsventil selbst
- im Gegensatz zu bekannten Ausführungen - an leicht zugänglicher Stelle außerhalb
des Wandlers angeordnet werden.
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Zur Erläuterung der weiteren besonderen Vorzüge der erfindungsgemäßen
Anordnung wird zunächst vorausgeschickt, daß in dem hydrodynamischen Drehmomentwandler
um so mehr Wärme anfällt, je kleiner die Abtriebsdrehzahl ist. In gleichem Maße
steigt auch die im Wandler stattfindende Druckerhöhung an. Hieraus resultiert eine
mit zunehmendem Wärmeanfall ansteigende Strömungsgeschwindigkeit im Kühlkreislauf.
Besonders wichtig ist nun die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Anordnung, wenn
häufig ein Wechsel stattfindet zwischen normalem Wandlerbetrieb und einem Betrieb
mit überbrücktem oder ausgeschaltetem Wandler. Ein
häufiger zwischenzeitlicher
Betrieb mit ausgeschaltetem Wandler kommt z. B. in Differentialwandlergetrieben
vor; dort findet auf der Eingangsseite des Wandlers durch ein Differentialgetriebe
eine Leistungsverzweigung statt, so daß die Kraftübertragung zur Abtriebsseite teils
über den Wandler und teils rein mechanisch stattfindet. Oberhalb einer bestimmten
Abtriebsdrehzahl wird hierbei der Wandler ausgeschaltet, in dem das Wandlerpumpenrad
mit einer sogenannten Pumpenbremse festgebremst wird. Eine Druckerhöhung im Wandler
kann dann nicht mehr stattfinden, so daß an sich ohne besondere Maßnahmen der Flüssigkeitsumlauf
im Kühlkreislauf zum Stillstand kommen wurde. Da jedoch die Einspeisung von Arbeitsflssigkeit
in den Kühlkreislauf durch die Pumpe aufrechterhalten wird, bleibt eine gewisse
Flüssigkeitsströmung vom Wandler durch den Kühler und durch das zweite Druckbegrenzungsventil
in die Überströmleitung bestehen. Dadurch kann die im vorhergehenden Wandlerbetrieb
angefallene Wärme vollends abgeführt werden. Die erfindungsgemäße Anordnung erlaubt
es daher, den Kühler verhältnismäßig knapp zu bemessen und die Wärmespeicherfähigkeit
der Arbeitsflüssigkeit auszunutzen.
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Die Menge der in den Kühlkreislauf einzuspeisenden Arbeitsflüssigkeit
kann durch das Verstellen der ersten Drossel variiert werden, desgleichen die Menge
der von der Entleerleitung zur Füllleitung zurUcklaufendenFlüssigkeitsmenge durch
Verstellen der zweiten Drossel.
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Durch beide Drosseln gemeinsam wird somit auch die im Kühlkreislauf
umlaufende Menge bestimmt. Wenn es erforderlich wird, diese noch feinfühliger einzustellen,
kann in der Entleerleitung, vorzugsweise vor dem Kühler, eine weitere Drossel angeordnet
werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung
beschrieben. Darin zeigt Figur 1 eine Flüssigkeitsversorgungseinrichtung für e in
ein Differentialwandlergetriebe im Betriebszustand mit eingeschaltetem Wandler;
Figur
2 einen Ausschnitt aus Figur 1 im Betriebszustand mit ausgeschaltetem Wandler.
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Die Anordnung nach Figur 1 umfaßt ein Differentialwandlergetriebe
mit einer Eingangswelle 10, einer Eingangskupplung 9, einem Differentialgetriebe
11, einem hydrodynamischen Gegenlaufwandler 20 und mit einem hydraulisch betätigbarem
Wendegetriebe 50. Das Differentialgetriebe 11, dessen Hohlrad mit der Eingangswelle
10 verbunden ist, kann die Eingangsleistung auf zwei koaxiale Wellen 12 und 13 verteilen.
Die mit dem Sonnenrad verbundene Hohlwelle 15 treibt das Pumpenrad 21 des Wandlers
20 an, während die zentrale Welle 12, die mit dem Planetenträger verbunden und durch
den Wandler hindurchgeführt ist, zugleich die Eingangswelle des Wendegetriebes 30
bildet. Dessen Ausgangswelle ist mit 31 bezeichnet.
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Der torusförmige Arbeitsraum 22 des Wandlers 20 wird im wesentlichen
von einem feststehenden Gehäuse 23 gebildet. Der Wandler 20 umfaßt ferner einen
Leitschaufelkranz 24 und ein beim normalen Traktionsbetrieb relativ zum Pumpenrad
21 gegenläufiges Turbinenrad 27, das auf einer Hohlwelle 28 ruht. Diese ist über
ein Vorgelege 26 mit einem Freilauf 29 mit der Eingangswelle 12 des Wendegetriebes
30 verbunden. Es ist somit in Form des Wandlers 20 ein hydrodynamischer Kraftübertragungszweig
und in Form der zentralen Welle 12 ein rein mechanischer Kraftübertragungszweig
vorhanden; beide Zweige sind auf der Eingangsseite des Wendegetriebes 50 wieder
zusammengeführt. In einem unteren Abtriebsdrehzahlbereich werden beide Zweige zur
Kraftübertragung herangezogen.
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In einem oberen Ab triebsdrehzahlbe reich findet dagegen die Kraftübertragung
vom Differentialgetriebe 11 allein über die zentrale Welle 12 zum Wendegetriebe
50 statt. Hierzu wird das Wandlerpumpenrad 21 mittels einer sogenannten Pumpenbremse
(Ringkolben 25) festgesetzt. Das Einschalten der Pumpenbremse erfolgt durch Zuführen
von Druckmittel auf den Ringkolben 25. Hierzu sind Druckmittelleitungen 32, )3 vorgesehen,
mit einem Steuerventil 34, welches drehzahlabhängig durch einen Fliehkraftschalter
35 umsteuerbar ist.
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Zur Versorgung des Differentialwandlergetriebes mit Arbeitsflüssigkeit
ist eine Pumpe 40 vorgesehen, die vorzugsweise als Zahnradpumpe ausgebildet ist
und durch die Eingangswelle 10 angetrieben wird. An die Pumpe ist eine Druckleitung
41 angeschlossen, in welcher der Druck durch ein erstes Druckbegrenzungsventil 42
konstant gehalten wird. An die Druckleitung 41 sind angeschlossen eine zur Eingangskupplung
9 über ein Regelventil 8 führende Druckmittelleitung 7, eine Wandlerfülleitung 45
mit einer ersten Drossel 44, ferner die schon genannte zur Pumpenbremse 25 führende
Leitung 52 sowie eine weitere Druckmittelleitung 55. Die letztere führt zu einem
zum Umsteuern des Wendegetriebes 30 dienenden Steuerventil 56, das drei Stellungen,
nämlich vorwärts V, Leerlauf 0 und rückwärts R einnehmen kann. Von hier führen zwei
Leitungen 37 und 38 in das Wendegetriebe 50.
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Vom Wandler 20 führt eine Entleerleitung 45 durch einen Kühler 46
und über eine zweite Drossel 47 zurück in die Fülleitung 45. Die Stelle an der die
Entleerleitung 45 in die Fülleitung 45 einmündet ist mit 48 bezeichnet. An die Entleerleitung
45 ist über die Leitung 50 ein zweites Druckbegrenzungsventil 51 angeschlossen;
dessen Steuerkolben wird auf einer Stirnseite über die Steuerleitung 52 mit dem
in der Fülleitung 45 herrschenden Druck beaufschlagt. Somit hält das zweite Druckbegrenzungsventil
51 den Druck in der Fülleitung 43 konstant und somit unabhängig von unterschiedlichen
Drehzahlen der Eingangswelle 10. Die aus diesem Ventil 51 überströmende Flüssigkeitsmenge
wird über die Leitung 53 dem Wendegetriebe 30 zugeführt, und zwar als Schmiermittel
und/oder zum Kühlen von dort vorhandenen Reibungsschaltvorrichtungen; eine daran
anschließende Leitung 55 versorgt die Eingangskupplung 9 mit Schmier- und Kühlflüssigkeit.
Dem Regelventil 8 wird als Regelgröße über die Steuerleitung 6 der Wandlerausgangsdruck
zugeführt.
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In Figur 1 ist angenommen, das Differentialwandlergetriebe arbeite
im unteren Abtriebsdrehzahlbereich. Deshalb ist die Pumpenbremse 25 gelöst, wobei
die im Wandler 20 stattfindende hydrodynamische Kraftübertragung eine beträchtliche
Steigerung des Arbeitsmitteldruckes im Wandler zur Folge hat.
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Diese Drucksteigerung und dementsprechend eine Erwärmung der Arbeitsflüssigkeit
ist umso höher Je kleiner die Abtriebsdrehzahl des Getriebes ist. Aufgrund der Drucksteigerung
strömt die Arbeitsflüssigkeit durch die Entleerleitung 45, in der noch eine weitere
Drossel 49 eingebaut sein kann, und den Kühler 46 zurück in die Fülleitung 41, so
daß selbsttätig ein Kühlkreislauf in Gang gehalten wird. In Figur 1 ist am Wandler
20 durch eine Leitung 54, die eine weitere Drossel aufweist, angedeutet, daß aus
dem Wandler 20 ständig eine gewisse Flüssigkeitsmenge als Leckflüssigkeit und zur
Schmierung der Lager in den Getriebesumpf entweicht. Von der Pumpendruckleitung
41 gelangt über die Drossel 44 ständig eine etwa gleichbleibende Flüssigkeitsmenge
in den Kühlkreislauf 43, 45 hinein. Diese Flüssigkeitsmenge ist größer als die durch
die Leitung 54 entweichende Leckflüssigkeitsmenge.
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Deswegen kann ständig über die Leitung 50, 53, d. h. durch das zweite
Druckbegrenzungsventil 51 eine gewisse Flüssigkeitsmenge als Schmiermittel in das
Wendegetriebe 50 gelangen.
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Mit zunehmender Drehzahl der Abtriebswelle 51 wird die im Wandler
stattfindende Druckerhöhung und damit auch die Erwärmung der Arbeitsflüssigkeit
im Wandler immer geringer. Dementsprechend nimmt auch die im Kühlkreislauf 43, 45
umlaufende Flüssigkeitsmenge ab.
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Dabei kann die durch die Fülleitung 43 strömende Flüssigkeitsmenge
etwa gleich der durch die Drossel 44 strömende Menge werden. In diesem Falle wird
dann die durch die Drossel 47 strömende Menge etwa gleich Null, während die noch
durch die Entleerleitung 45 und den Kühler 46 strömende, verhältnismäßig geringe
Flüssigkeitsmenge nunmehr fast vollständig über die Leitung 50 und das Ventil 51
in die Leitung 55 überströmt.
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Wenn schließlich durch Beaufschlagen der Pumpenbremse 25 auf die rein
mechanische Kraftübertragung übergegangen wird, findet im Wandler keine Druckerhöhung
mehr statt, so daß der Kühlkreislauf allein durch die Pumpe 40 aufrechterhalten
werden muß (Figur 2).
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Hierbei wird die durch die Drossel 44 strömende Flüssigkeitsmenge
im Punkt 48 aufgeteilt in eine durch die Leitung 45 zum Wandler strömende Teilmenge
und in eine direkt durch die Drossel 47, die Leitung 50 und das Ventil 51 überströmende
Teilmenge. Die Strömungsrichtung durch die Drossel 47 ist hierbei gegenüber dem
in Fig. 1 gezeigten Zustand