DE3010661C2 - Hydrodynamischer, als Anfahrwandler ausgebildeter Drehmomentwandler - Google Patents

Description

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

c) an der Wandlerschale (17, 17') ist ein einen Dauerauslaß (23, 23') aufweisender Leitungsanschluß (22,22') vorgesehen, dessen Einmündung im Bereich der Turbinenrad-Austrättsströmung liegt und derart räumlich angeordnet ist, daß die Strömungsrichtung (S, S') in der Einmündung im wesentlichen gleich der im Gegenbremsbereich an dieser Stelle des Wandlerarbeitsraumes sich einstellenden Strömungsrichtung ist, wobei am Turbinenrad-Austritt zwischen der negativen Umfangsgeschwindigkeit (U) und der Relativgeschwindigkeit (W) ein kleiner spitzer Winkel vorgesehen ist;

d) am Turbinenrad (15) beträgt das Verhältnis DJDi zwischen Außen- und Innendurchmesser zwischen 1,1 und 1,25;

e) die Schaufelanzahl im Turbinenrad (15) ist so hoch, daß am Turbinenradaustritt das Verhältnis zwischen Schaufelteilung (t) und Außendurchmesser (D_a) zwischen 0,06 und 0,09 beträgt.

2. Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Dauerauslaß (23, 23') im wesentlichen der einzige ständig offene Auslaß für Arbeitsflüssigkeit ist.

3. Drehmomentwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsanschluß (22, 22') — in einer Ansicht quer zur Wandlerachse (Fig. 6) — unter einem zwischen 5° und 30° betragenden spitzen Winkel (x) gegen eine zur Wandlerachse senkrechte Ebene (e¹)geneigt ist.

4. Drehmomentwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Dauerauslaß (23, 23') an dem zur Umsteuereinrichtung (40) führenden Auslaßkanal (22, 22') angeordnet ist.

5. Hydrodynamisches, insbesondere für Geländefahrzeuge bestimmtes Wendegetriebe, das für jede Abtriebsdrehrichtung einen hydrodynamischen Drehmomentwandler aufweist und worin die Wandler abwechselnd durch Füllen und Entleeren ein- und ausschaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wandler (10, 30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 ausgebildet sind.

6. Getriebe nach Anspruch 5, mit einer selbsttätigen Sicherheits-Bremsvorrichlung, die einen Signal-

geber (70) aufweist, der beim Überschreiten einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit das Einschalten einer Bremse auslöst, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Wandler (10,30) als Bremse benutzt wird, und zwar stets ein und derselbe Wandler (30) unabhängig von der augenblicklichen Fahrtrichtung. 7. Getriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bremsen stets der für die Rückwärts-Fahrtrichtung bestimmte Wandler (30) eingeschaltet wird.

Die Erfindung geht aus von einem hydrodynamischen Drehmomentwandler nach dem Oberbegriff des An-Spruches 1. Aus der DE-OS 27 40 991 ist ein hydrodynamisches Wendegetriebe bekannt, das für jede Fahrtrichtung einen Drehmomentwandler nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 aufweist Dieses ist vor allem für schwere, durch eine Brennkraftmaschine angetriebene Erdbewegungsfahrzeuge, z. B. Schaufellader, bestimmt Solche Fahrzeuge müssen beim Aufnehmen des Ladegutes und zum anschließenden Entladen häufig hin- und herfahren. Dabei bietet das hydrodynamische Wendegetriebe den Vorteil, daß das Umschalten in die

j(j andere Fahrtrichtung völlig verschleißfrei erfolgt nämlich durch Entleeren des zuletzt gefüllten Wandlers und gleichzeitiges Füllen des anderen Wandlers. Das Umschalten kann während der Fahrt stattfinden, wodurch mit dem Wendegetriebe hydrodynamisch

j^rj gebremst wird; dabei arbeitet der betreffende Wandler im Gegenbremsbereich.

Um eine hohe Anfahr-Zugkraft zu erzielen, sind die beiden Wandler hydraulisch als Anfahrwandler ausgebildet; d. h., ihr Wirkungsgradoptimum liegt bei einem Verhältnis zwischen Turbinenrad- und Pumpenraddrehzahl von etwa 0,35 bis 0,6.

Damit das hydrodynamische Wendegetriebe auf Schaitbefehle des Fahrers möglichst rasch reagiert, ist ein besonders gestaltetes Umsteuerventil (DE-OS 27 40 991) vorgesehen, außerdem — gemäß Merkmal b des Anspruches 1 — ein offener Flüssigkeits-Kühlkreislauf mit einer großvolumigen hydrostatischen Füllpumpe, die in allen Betriebszuständen des Getriebes einen im wesentlichen konstanten Füllstrom liefert.

>ü Schwierigkeiten bestehen, wenn in der oben angegebenen Weise ein Wandler im Gegenbremsbereich zum hydrodynamischen Bremsen benutzt wird. Insbesondere ist es schwierig, einen für die praktischen Bedürfnisse befriedigenden Verlauf des Bremsmomentes über die Drehzahl des Turbinenrades zu erzielen. Zwar gelingt es, im Bereich kleiner negativer Turbinenraddrehzahlen allein durch Verstellen der Leitschaufeln (oder durch eine anderweitige Beeinflussung der Torusströmung) verschiedene Bremsmomente einzustellen. Dabei sind die Bremsmoment-Kennlinien in günstiger Weise gefächert. Jedoch im Bereich höherer negativer Turbinenraddrehzahlen (genauer: im Bereich hoher negativer Drehzahlverhältnisse zwischen Turbinen- und Pumpenrad) verlaufen die verschiedenen, den unterschiedlichen Leitschaufel-Stellungen zugeordneten Bremsmoment-Kennlinien mit zunehmendem negativen Drehzahlverhältnis teils nach unten teils nach oben, so daß sie einander überschneiden. Dies macht es dem

Fahrer nahezu unmöglich, bei den verschiedenen Fahrgeschwindigkeiten beliebige Bremsmomente einzustellen. Auch wird in dem Bereich hoher Drehzahlverhältnisse bei einigen Leitschaufelstellungen ein viel zu hohes Bremsmoment erzeugt. Dieser Umstand erfordert zusätzliche Maßnahmen zur Begrenzung des Bremsmomentes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den im Oberbegriff des Anspruches 1 beschriebenen hydrodynamischen Drehmomentwandler derart weiter auszubilden, daß die £i emsmoment-Kennlinien, die unterschiedlichen Leitschaufelstellungen zugeordnet sind, im Gegenbremsbereich bei kleinen negativen Drehzahlverhältnissen weit aufgefächert sind und mit zunehmendem negativen Diehzahlverhältnis ohne Überschneidung konvergieren.

Diese Aufgabe wird durch die Kombination der im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst Das Merkmal c) besagt mit anderen Worten: Der Einmündungsbereich der Auslaßleitung, die eine Dauerauslaßöffnung aufweist, soll derart angeordnet werden, daß dort die Strömungsrichtung möglichst weitgehend gleich der in diesem Bereich am Turbinenaustritt im Gegenbremsbetrieb herrschenden absoluten Strömungsrichtung ist. Wie weiter unten im einzelnen erläutert wird, unterscheidet sich die absolute Strömungsrichtung am Turbinenaustritt in nahezu dem gesamten Gegenbremsbereich höchstens geringfügig von der Richtung der Schaufel-Mittellinien am Austrittsende der Turbinenschaufeln. Deshalb könnte man auch sagen: Die Strömungsrichtung in dem genannten Einmündungsbcreich soll wenigstens angenähert gleich sein der Richtung der benachbarten Turbinenschaufel-Mittellinien am Austrittsende. Hiervon muß jedoch dann abweichen, wenn zwischen dem Turbinenaustritt und dem Einmündungsbereich der Auslaßleitung eine Strömungsumlenkung durch die Wandlerschale verursacht wird. Auch dies ist im einzelnen weiter unten erläutert.

Durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale wird folgendes erreicht: Einerseits bleibt im Bereich kleiner negativer Drehzahlverhältnisse zwischen Turbinen- und Pumpenrad die sehr günstige Auffächerung der Bremsmoment-Kennlinien erhalten. Durch Verstellen der Leitschaufeln können somit in dem genannten Bereich nach wie vor unterschiedliche, auch sehr hohe Bremsmomente bequem eingestellt werden. Zugleich können in dem benachbarten Bereich positiver Drehzahlverhältnisse, dem Traktionsbereich, durch Leitschaufel-Verstellung beliebige, auch sehr hohe Antriebsdrehmomente erzeugt werden, und zwar bei gutem Wirkungsgrad.

Andererseits verlaufen, wenn das negative Drehzahlverhältnis größer wird, alle Bremsmoment-Kennlinien so, daß sie sich einander nähern. Man kann sogar erreichen, daß bei einem bestimmten negativen Drehzahlverhältnis wenigstens ein Teil der Kennlinien sich vereinigen und gemeinsam weiterlaufen, ohne sich zu überschneiden. Mit anderen Worten: Die Kennlinien laufen auf das gleiche, und zwar auf ein verhältnismäßig niedriges Niveau ein. Somit wird oberhalb eines bestimmten negativen Drehzahlverhältnisses im wesentlichen das gleiche verhältnismäßig geringe Bremsmoment erzeugt, gleichgültig welche Stellung die Leitschaufeln einnehmen. Dadurch wird erreicht, daß die Bremsleistung bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit unabhängig von der Leitschaufelstellung ist.

Bei Verwendung von zwei erfindungsgemäßen

Drehmomentwandlern in einem hydrodynamischen Wendegetriebe besteht ein weiterer Vorteil im folgenden: Das Wendegetriebe kann auch bei der höchsten Fahrgeschwindigkeit völlig gefahrlos auf die andere Fahrtrichtung umgeschaltet werdea. Das heißt der im Gegenbremsbereich rotierende Wandler kann ohne weiteres plötzlich gefüllt werden, ohne daß der Fahrer zunächst den Leitschaufelkranz schließen müßte. Auch sonstige Steuerungsmaßnahmen zur Begrenzung der Bremsleistung sind nicht erforderlich. Mit anderen Worten: Die erfindungsgemäßen hydrodynamischen Drehmomentwandler haben im Gegenbremsbereich »natürliche« Kennlinien, die von den Kennlinien bekannter Wandler völlig abweichen und die aber den praktischen Bedürfnissen, insbesondere beim Betreiben schwerer Geländefahrzeuge, nahezu ideal angepaßt sind.

Wesentlich für die Erfindung ist, daß beim Betrieb eines der Wandler über die im Anspruch 1 genannte Dauerauslaßöffnung ein ständiges Teilentleeren des Wandlerarbeitsraumes stattfinden kann. Die im Anspruch 1 genannte Umsteuereinrichtung öffnet die zum Sumpf führende Auslaßleitung nur im Leerlauf oder wenn einer der Wandler vollkommen entleert werden

Das Zustandekommen der beschriebenen vorteilhaften Wirkung kann man sich etwa wie folgt erklären: Am Turbinenradaustritt ändert sich die Richtung der absoluten Flüssigkeitsströmung im Gegenbremsbereich nur wenig und weicht auch nur wenig von der relativen Flüssigkeitsströmung ab. Dies gilt zumindest für den überwiegenden Teil des Gegenbremsbereich.es, in den meisten Fällen sogar für den gesamten Gegenbremsbereich. Wenn man somit den Auslaßkanal, der die Dauerauslaßöffnung aufweist, so anordnet, daß sich sein Einmündungsbereich in einer Verlängerung der benachbarten Turbinen-Schaufelkanäle erstreckt, dann wird erreicht, daß die Strömung im Gegenbremsbereich weitgehend stoßfrei und ohne nennenswerte Umienkung vom Turbinenrad in den Auslaßkanal gelangt und dementsprechend auch die Dauerauslaßöffnung zügig passiert. Die bei großer öffnung des Leitschaufelkranzes, mit zunehmender negativer Turbinendrehzahl hyperbelartig abfallenden Bremsmoment-Kennlinien deuten darauf hin, daß sich das Teilentleeren durch die Dauerauslaßöffnung mit zunehmender Turbinendrehzahl verstärkt. Dabei ist wesentlich, daß die Füllpumpe eine Verdrängerpumpe ist und somit — unabhängig von den sich im Wandlerarbeitsraum einstellenden Drücken — dem Wandler einen stets gleichbleibenden Füllstrom zuführt. Das spezifische Fördervolumen der Füllpumpe und der Strömungsquerschnitt der Dauerauslaßöffnung sollten zwecks Erzielung besonders günstiger Ergebnisse in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen. Dieses hängt aber weitgehend von der Größe und von konstruktiven Gegebenheiten des Drehmomentwandlers ab und sollte daher durch Versuche ermittelt werden.

Zwar ist aus der DE-AS 11 40 789 ein Drehmomentwandler bekannt mit einem der Strömung angepaßten Anschluß des Auslaßkanals an der Wandlerschale. Dort ist jedoch nur der normale Betriebsbereich des Wandlers in Betracht gezogen also derjenige Betriebsbereich, in dem das Drehzahlverhältnis zwischen Turbinen- und Pumpenrad positiv ist (Traktionsbetrieb und anschließendes Bremsen im Gleichlaufbremsbereich). Ein Arbeiten im Gegenbremsbereich ist dort nicht vorgesehen.

Vorzugsweise wird man die Umsteuereinrichtung, über die bei Bedarf ein rasches und vollständiges Entleeren des Wandlers erfolgen kann, an dem gleichen Auslaßkanal anordnen, an dem sich auch der Dauerauslaß befindet. Jedoch ist dies kein entscheidendes Merkmal der Erfindung. Man könnte hierfür auch einen zusätzlichen Auslaßkanal vorsehen. In jedem Fall kann der oben beschriebene günstige Verlauf der Kennlinien im Gegenbremsbereich durch das Merkmal des Anspruches 2 noch verbessert werden. Dieser besagt mit anderen Worten, daß — während ein Wandler in Betrieb ist — das ständige Abströmen von Arbeitsflüssigkeit möglichst allein über die Dauerauslaßöffnung stattfinden soll. An anderen Stellen des Wandlers, insbesondere an den Durchführungen der Wellen durch das Wandiergehäuse soll dagegen das Abströmen von Arbeitsflüssigkeit möglichst weitgehend unterbunden werden. An den Wellen-Durchführungen sollten deshalb Berührungsdichtungen verwendet werden, oder bei Verwendung von Labyrinth-Dichtungen sollten diese möglichst enge Dichtspalte aufweisen.

Zwar ist auch schon ein hydrodynamisches Wendegetriebe bekannt (DE-PS 27 06 950. insbesondere Fig. 4), bei dem im Gegenbremsbereich die Bremsmoment-Kennlinien in den verschiedenen Bremsstufen in günstiger Weise gefächert sind. Sie verlaufen dort aber bis hin zur höchsten Fahrgeschwindigkeit im wesentlichen horizontal und parallel zueinander, wie dies bei Anwendung solcher Getriebe in Schienenfahrzeugen erwünscht ist. Im übrigen handelt es sich dort um Wandler mit festen Leitschaufeln; außerdem ist dort stets, wenn einer der Wandler eingeschaltet ist, ein geschlossener, d. h., nicht über den Sumpf führender Flüssigkeits-Kühlkreislauf vorhanden. Mit anderen Worten: Das Umsteuerventil verbindet dort den Auslaßkanal des betreffenden Wandlers mit einer Kühlkreislaufleitung und diese mit dem Einlaßkanal des Wandlers. Dadurch wird der wesentliche Teil der Arbeitsflüssigkeit durch den Wandler selbst im Kühlkreislauf umgewälzt. Die Füllpumpe muß nur eine verhältnismäßig kleine Flüssigkeitsmenge in den Kühlkreislauf einspeisen. Demgegenüber wird bei dem erfindungsgemäßen Wendegetriebe bewußt auf einen geschlossenen Kühlkreislauf verzichtet und eine Füllpumpe mit großem spezifischen Fördervolumen vorgesehen. Dadurch ist. wie eingangs schon erwähnt, ein möglichst rasches Reagieren des Wendegetriebes auf Schaltbefehle gewährleistet.

Ferner ist es bekannt (DE-AS 25 37 431). in einem hydrodynamischen Wendegetriebe, dessen Wandler verstellbare Leitschaufeln aufweisen, eine selbsttätige Sicherheits-Bremseinrichtung vorzusehen. Diese weist einen Signalgeber auf. der beim Überschreiten einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit das Einschalten einer Bremse auslöst. Vorzugsweise handelt es sich dort um eine zusätzlich zu den Wandlern vorgesehene hydrodynamische Bremse. Diese Bremse ist aber nur in der einen Fahrtrichtung voll wirksam. Zwar könnte sie auch als drehrichtungsunabhängige Doppelbremse ausgebildet werden. Jedoch ist der Aufwand hierfür verhältnismäßig hoch. Eine andere Möglichkeit könnte darin bestehen, im Zusammenhang mit der selbsttätigen Sicherheitsbremseinrichtung die beiden Anfahrwandler als Bremse zu benutzen. Hierzu müßte aber — ähnlich wie in einem anderen bekannten hydrodynamischen Wendegetriebe (DE-AS 15 80 952) eine zusätzliche Steuereinrichtung vorgesehen werden, welche die jeweilige Fahrtrichtung erfaßt und selbsttätig den Wandler der entgegengesetzten Fahrtrichtung einschaltet.

Demgegenüber bietet die hier vorliegende Erfindung die Voraussetzung dafür, daß eine Sicherheitsbremseinrichtung mit viel einfacheren Mitteln geschaffen werden kann (Anspruch 6). Man kann nämlich dafür sorgen, daß das von einem der beiden Wandler im Bereich hoher negativer Drehzahlverhältnisse erzeugte Bremsmoment auf eine solche Höhe eingestellt ist, daß es wenigstens angenähert gleich groß ist wie das im

ίο Gleichlaufbremsbereich bei der höchsten Fahrgeschwindigkeit erzeugte Bremsmoment. Damit kann dieser Wandler für beide Fahrtrichtungen als Sicherheitsbremse eingesetzt werden, wobei der für andere Lösungen erforderliche zusätzliche Aufwand vermieden wird. Wenn das Fahrzeug in der Vorwärts-Fahrtrichlung häufiger benutzt wird als in der Rückwärts-Fahrtrichtung, dann ist es vorteilhaft, für die Sicherheitsbremseinrichtung den Rückwärts-Wandler zu benutzen (Anspruch 7), weil dieser dann häufiger im Gegenbremsbereich eingeschaltet wird als im Gleichlaufbremsbereich. Der Gegenbremsbereich ist günstiger, weil hier die Leistungsaufnahme des Wandlers niedriger ist.

Die vorteilhaften Eigenschaften des erfindungsgemäßen Wandlers kann man auch in einem hydrodynamisch-mechanischen Getriebe ausnutzen, das nur einen einzigen Wandler aufweist. Ein solches Getriebe kann z. B. ähnlich dem in der DE-PS 25 18 186 beschriebenen Getriebe aufgebaut sein; d.h. dem Wandler ist ein mechanisches Wendegetriebe nachgeschaltet, und eine

jo Steuervorrichtung bewirkt auf einen Bremsbefehl ein Umschalten des Wendegetriebes.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt
F i g. 1 ein hydrodynamisches Wendegetriebe, kurz Turbowendegetriebe genannt, in schematischer Darstellung, mit zwei hydrodynamischen Drehmomentwandlern;

F i g. 2 einen Teilschnitt durch einen der hydrodynamischen Drehmomentwandler;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-1II der Fig. 2;

F i g. 4 einen der F i g. 2 entsprechenden Schnitt, jedoch mit einer davon abweichenden Anordnung der Auslaßleitung;

F i g. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V der F i g. 4; Fig.6 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles VI der Fig.4;

F i g. 7 ein Diagramm mit den Drehmoment-Kennlinien eines der hydrodynamischen Drehmomentwandler.

so Das in F i g. 1 dargestellte Turbowendegetriebe weist zwei im wesentlichen gleiche hydrodynamische Drehmomentwandler iö und 30 auf. jeder dieser Wandler hai eine Eingangswelle 11/31 mit Zahnrad 12/32 und Pumpenrad 13/33 sowie eine Ausgangswelle 14/34 mit

Turbinenrad 15/35 und Zahnrad 16/36. Feststehende Wandlerschalen sind mit 17/37 bezeichnet, verstellbare Leitschaufelkränze mit 18/38 und dazugehörende Stellringe mit 19/39.

Jedes der Zahnräder 12/32 kämmt mit einem Antriebszahnrad 9, das mit einer Antriebswelle 8 verbunden ist Dadurch laufen die beiden Eingangswellen 11/31 und die Pumpenräder 13/33 stets in der gleichen Drehrichtung. Die beiden Zahnräder 16 und 36 kämmen" miteinander, so daß die beiden Wandlerausgangswellen 14/34 und die Turbinenräder 15/35 stets in einander entgegengesetzten Drehrichtungen umlaufen. Eine dieser beiden Wellen, nämlich die Welle 34 ist zugleich die Getriebe-Abtriebswelle.

Für beide Wandler ist ein gemeinsames Umsteuerventil 40 vorgesehen, das in der DE-OS 27 40 991 ausführlich beschrieben ist. Von diesem Ventil führen zu jedem Wandler 10/30 eine Einlaßleitung 21/41 und eine Auslaßleitung 22/42. An jeder dieser Auslaßleitungen ist eine Dauerauslaßöffnung 23/43 vorgesehen; dort austretende Arbeitsflüssigkeit gelangt in den Getriebesumpf 7. Das Umsteuerventil 40 hat zwei Füllanschlüsse 24/44 und zwei Entleeröffnungen 25/45; die letzteren münden ebenfalls in den Sumpf 7.

Eine als Zahnradpumpe ausgebildete Füllpumpe 50 fördert Arbeitsflüssigkeit aus dem Sumpf 7 in eine Druckleitung 52 (an die ein Sicherheitsventil 51 angeschlossen ist) und von dort über einen Kühler 53 in die Druckanschlüsse 24/44. Das Umsteuerventil 40 hat zwei bewegliche Ventilkörper 26/46, von denen jeder zwei Stellungen einnehmen kann. Eine zwischen den beiden Ventilkörpern angeordnete Druckfeder 49 hält die Ventilkörper im Ruhezustand in der dargestellten Position. Hierbei sind beide Einlaßleitungen 21 und 41 mit der Druckleitung 52 verbunden; genauso stehen beide Auslaßleitungen 22 und 42 mit dem Getriebesumpf 7 in Verbindung. Dadurch strömt Arbeitsflüssigkeit durch beide Wandler hindurch; demzufolge sind diese teilgefüllt und arbeiten mit geringer Leistungsaufnahme gegeneinander, so daß die Abtriebswelle stillsteht. Wenn nun z. B. der eine Ventilkörper 26 gegen die Feder 49 in die andere Stellung gebracht wird, dann wird die Verbindung zwischen der Auslaßleitung des Wandlers 10 und dem Getriebesumpf 7 unterbrochen. Außerdem wird die Einlaßleitung 41 des anderen Wandlers 30 vom Füllanschluß 44 abgetrennt und stattdessen mit dem Getriebesumpf 7 verbunden. Die anderen Verbindungen bleiben bestehen; dadurch findet im Wandler 10 ein rascher Druckaufbau statt, so daß dieser nunmehr Drehmoment abgeben kann. Der andere Wandler 30 entleert sich dagegen rasch. In gleicher Weise kann durch Verschieben des anderen Ventilkörpers 46 das Einschalten des Wandlers 30 und damit ein Drehen der Abtriebswelle 34 in der anderen Drehrichtung ausgelöst werden.

Zum Verschieben der Ventilkörper 26 und 46 ist ein Vorsteuerventil 60 vorgesehen, das drei Stellungen V, O und R hat. Es bedeuten V = Vorwärts, O = Leerlauf und R = Rückwärts. In der Stellung Vwird Druckmittel von einer Druckmittelquelle 59 über ein Ventil 71 und eine Leitung 72 sowie über eine Steuerleitung 61 auf die Stirnseite des einen Ventilkörpers 26 geführt, in der Stellung R dagegen über eine andere Steuerleitung 62, 62a auf die Stirnfläche des anderen Ventilkörpers 46. Die jeweils nicht beaufschlagte Steuerleitung ist entlastet. In der Leerlaufstellung O sind (wie dargestellt) beide Steuerleitungen 61 und 62 entlastet.

Die außerdem in F i g. 1 dargestellten Steuerungselemente werden weiter unten erläutert. Zunächst wird auf die F i g. 2 und 3 hingewiesen. Dort ist von dem Wandler 10 ein Stück des Turbinenrades 15 und ein Stück der feststehenden Wandlerschale 17 mit dem daran angeformten Auslaßkanal 22 dargestellt Der Auslaßkanal 22 weist eine nicht verschließbare Öffnung, den schon erwähnten Dauerauslaß 23 auf. Das Ende des Auslaßkanals 22 wird mit dem in den F i g. 2 bis 6 nicht dargestellten Umsteuerventil 40 verbunden. Das Turbinenrad 15 hat einfach gekrümmte (d. h. nicht räumlich gekrümmte) Schaufeln 15a, die sich alle parallel zur Drehachse erstrecken. Der mit P bezeichnete Pfeil kennzeichnet die normale (positive) Drehrichtung des Turbinenrades 15 für den Traktionsbetrieb und für das Bremsen im Gleichlaufbremsbereich. Der Pfeil N bezeichnet dagegen die negative Drehrichtung also die Drehrichtung im Gegenbremsbereich. In Fig.3 ist ferner für das Austrittsende einer Schaufel 15a die Umfangsgeschwindigkeit bei negativer Drehrichtung mit dem Pfeil U und die relative Schaufelströmung durch einen Pfeil W gekennzeichnet. Die Richtung dieses Pfeiles W ist bestimmt durch die Richtung der gekrümmten Schaufel-Mittellinie am Austrittsende der

ίο Schaufel 15a. Durch Addition der beiden Vektoren W und ty erhält man in bekannter Weise den Vektor C für die absolute Strömung am Turbinenaustritt. Da die Vektoren U und W einen nur sehr kleinen Winkel miteinander einschließen, ändert sich bei unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten U des Turbinenrades 15 (in der negativen Drehrichtung N) die Richtung der absoluten Flüssigkeitsströmung C nur ganz wenig und weicht auch nur wenig von der Richtung IVder relativen Schaufelströmung ab. Diesen Umstand berücksichtigt man wie folgt: Man legt die Einmündung des Auslaßkanals 22 möglichst nahe in Strömungsrichtung hinter den Turbinenrad-Austritt; zugleich wird der Auslaßkanal derart angeordnet, daß die Strömungsrichtung 5 in seiner Einmündung möglichst weitgehend mit der an dieser Stelle im Wandler-Arbeitsraum beim Bremsen im Gegenbremsbereich sich ergebenden absoluten Strömungsrichtung C übereinstimmt. Dadurch wird zumindest angenähert im gesamten Gegenbremsbereich eine möglichst verlustfreie Zuströmung in den Auslaßkanal bewirkt und demzufolge ein mit zunehmender negativer Turbinenrad-Drehzahl ansteigender Flüssigkeitsdurchsatz durch den Dauerauslaß 23. Im Traktionsbetrieb dagegen, also wenn das Turbinenrad 15 in Richtung des Pfeiles P rotiert, ist die Zuströmung in den Auslaßkanal 22 ungünstig; es findet hier somit ein wesentlich schwächeres Entleeren des Wandlers über den Dauerauslaß 23 statt.

Wenn möglich, wird man den Einmündungsbereich des Auslaßkanals 22 so anordnen, daß seine Mittellinie (Richtungspfeil S) im Längsschnitt gesehen (F i g. 2) etwa in der Mittelebene e der Turbinenrad-Schaufeln liegt; in diesem Falle kann die Richtung des Pfeiles Sim wesentlichen gleich der Richtung C der absoluten Flüssigkeitsströmung am Turbinenaustritt sein (siehe Fig.3); dies ist, wie schon erwähnt, die Strömungsrichtung im Gegenbremsbereich.

Auch wenn man, wie in Fig. 4 bis 6 gezeigt, den Einmündungsbereich des Auslaßkanals 22 aus irgendwelchen Gründen etwa in der Mitte der Wandlerschale 17 anordnen muß, wird man die Einströmrichtung 5'in den Auslaßkanal weitgehend nach der vorgenannten Strömungsrichtung C ausrichten. Jedoch muß bedacht werden, daß zwischen dem Turbinenaustritt und dem Einmündungsbereich des Auslaßkanals eine Strömungsumlenkung durch den Teil 17a der Wandlerschale 17' verursacht wird. Es wäre ungünstig, die Einströmrichtung S'parallel zur Mittelebene e'der Turbinenschaufel anzuordnen; denn sonst würde die Strömung nacheinander zweimal in entgegengesetzter Richtung umgelenkt werden. Deshalb wird hier, wie in F i g. 6 gezeigt, die Anordnung so getroffen, daß die Mittellinie (mit dem Richtungspfeil S') gegen die Mittelebene e' um einen spitzen Winkel χ geneigt ist. Dieser Winkel kann etwa zwischen 5° und 30° betragen. Seine Größe richtet sich nach dem Grad der Strömungsumlenkung durch den genannten Teil 17a der Wandlerschale. Anstelle der in den Fig.3, 5 und 6 dargestellten Stutzen für den Dauerauslaß 23 bzw. 23' kann auch eine einfache

öffnung in der Wand des Auslaßkanals 22 bzw. 22' vorgesehen werden.

Um den oben beschriebenen günstigen Verlauf der Bremsmomentkennlinien im Gegenbremsbereich zu erzielen, sind noch weitere Maßnahmen erforderlich: So muß das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser D-, und dem Innendurchmesser D, des Turbinenrades 15 zwischen den Werten 1,1 und 1,25 liegen. Außerdem soll die Anzahl der Schaufeln möglichst hoch sein; günstig sind 35 bis 45 Schaufeln. Mit anderen Worten: Die Schaufelanzahl soll so hoch sein, daß am Turbinenrad-Austritt das Verhältnis zwischen der Schaufelteilung t und dem Außendurchmesser D₁, des Turbinenrades 15 zwischen 0,06 und 0,09 beträgt.

Die Fig. 7 zeigt ein Diagramm, worin das Drehmoment M₂ an der Abtriebsweile 34 über dem Verhältnis n-Hnp zwischen der Turbinen- und der Pumpenraddrehzahl eines der beiden hydrodynamischen Drehmomentwandler 10 oder 30 aufgetragen ist Wenn man voraussetzt, daß die Pumpenraddrehzahl np konstant bleibt, dann ist das Verhältnis ητ/ηρ proportional zur Drehzahl der Abtriebswelle 34 und damit proportional zur Fahrgeschwindigkeit des angetriebenen Fahrzeuges. Das Diagramm ist in drei Bereiche unterteilt: 77? ist der Traktionsbereich (oder der normale Betriebsbereich) des Wandlers, UB ist der Gleichlauf-Bremsbereich (bei positiver Turbinendrehrichtung) und CB ist der Gegenbremsbereich (bei negativer Turbinendrehrichtung).

Die Kurve a zeigt das Drehmoment M₂ des Wandlers mit voll geöffnetem Leitschaufelkranz. Diese Kurve ist ähnlich der Drehmomentkennlinie bekannter Wandler mit unbeweglichen Leitschaufeln. Die Kurve a 3 ist die Drehmomentkennlinie des Wandlers bei weitgehend geschlossenem Leitschaufelkranz. Dank der Erfindung geht diese Kurve a 3 mit zunehmendem negativen Verhältnis ητ/ηρ in die Kurve a über, ohne diese zu schneiden. Demgegenüber zeigt die gestrichelte Linie b 3 den ungünstigen Verlauf dieser Kennlinie, wenn man die erfindungsgemäßen Merkmale nicht anwendet. Die Kurven al und a2 sind Drehmomentkennlinien bei teilweise geöffnetem Leitschaufelkranz. Auch diese Kurven sind ursprünglich gemäß den gestrichelten Linien b 1 und b 2 verlaufen. Stattdessen münden sie nunmehr ebenfalls allmählich in die Kennlinie a ein, ohne diese zu schneiden.

Die in F i g. 7 bei η im Bereich TR eingezeichnete vertikale strichpunktierte Linie bedeutet folgendes:

Man kann dafür sorgen, daß beim Erreichen dieser Fahrgeschwindigkeit die Leitschaufelkränze 18, 38 der beiden Wandler 10 und 30 selbsttätig geschlossen werden. Dies ist aus dem folgenden Grunde vorteilhaft. Wenn man im Traktionsbetrieb mit voll geöffneten Leitschaufelkränzen, also auf der Kurve a die Fahrgeschwindigkeit π erreicht, ist das vom Wandler abgegebene Drehmoment schon nahezu gleich 0, die Leistungsaufnahme jedoch verhältnismäßig hoch. Durch das Schließen der Leitschaufeln bei der Fahrgeschwindigkeit η findet entlang der strichpunktierten Linie ein Obergang auf die Kurve a 3 statt, so daß die Leistungsaufnahme zurückgeht und der Wandler nunmehr bremst Man erreicht hierdurch zugleich, daß die Fahrgeschwindigkeit η im allgemeinen nicht wesentlich überschritten wird.

Dennoch kann es Fälle geben, bei denen die in F i g. 7 mit +m und — m bezeichneten Fahrgeschwindigkeiten erreicht werden. Dies sind die im äußersten Falle zulässigen Höchstgeschwindigkeiten. Diese können z. B.

dann erreicht werden, wenn bei einer Gefällefahrt das Vorsteuerventil 60 auf Leerlauf O eingestellt wird. Es kann auch sein, daß das Getriebe gemäß DE-AS 25 37 431 zusätzlich zu den beiden Anfahrwandlern 10 und 30 wenigstens für eine der beiden Fahrtrichtungen einen Marschwandler aufweist (in der Zeichnung nicht dargestellt), d. h., einen zusätzlichen Wandler für den Traktionsbetrieb in einem oberen Fahrgeschwindigkeitsbereich. Man erkennt aus F i g. 7, daß bei den

ίο beiden höchst zulässigen Fahrgeschwindigkeiten +m bzw. — m die vom Wandler erzeugten Bremsmomente etwa gleich groß sind (Maßpfeile M). Außerdem sind dort die Bremsmomente unabhängig von der Stellung der Leitschaufeln. Dadurch kann ein und derselbe Wandler — wie oben schon erläutert — in einer Sicherheitsbremseinrichtung für beide Fahrtrichtungen verwendet werden.

Nunmehr werden anhand der Fig. 1 die für das selbsttätige Schließen der Leitschaufeln bei der Fahrgeschwindigkeit η erforderlichen Einrichtungen und die für die vorgenannte Sicherheitsbremseinrichtung erforderlichen Steuerelemente beschrieben. Eine gemeinsame hydraulische Verstelleinrichtung für die Leitschaufeln 18 und 38 der beiden Wandler 10 und 30

.'5 ist in F i g. 1 insgesamt mit 80 bezeichnet. Diese Einrichtung umfaßt einen Zylinder 81, einen Kolben 82 und eine Kolbenstange 83, die gelenkig mit den Stellringen 19 und 39 verbunden ist. Diese Teile sind in Fig. 1 nur schematisch dargestellt; sie können z.B.

gemäß DE-AS 29 11 424 ausgebildet sein. Im Ruhezustand hält eine Druckfeder 84 den Kolben 82 in seiner Endlage; hierbei sind die Leitschaufelkränze 18 und 38 geschlossen. Das Beaufschlagen des Zylinders 81 mit Druckmittel erfolgt mittels einer Hilfspumpe 90 und über ein vom Fahrer (z. B. mit Hilfe eines Pedals 85) betätigbares Druckregelventil 86 und über ein elektromagnetisch betätigbares Schaltventil 87. Das letztere verbindet in seiner Ruhestellung wie gezeichnet das Ventil 86 mit dem Zylinder 81. Dadurch geht der Kolben 82 in der Zeichnung nach oben und öffnet die Leitschaufelkränze 18 und 38. An der Abtriebswelle 34 ist ein elektrischer Drehzahlschalter 79 angeordnet. Dessen Kontakte schließen sich beim Erreichen einer bestimmten Drehzahl, die der Fahrgeschwindigkeit η entspricht In diesem Falle führt eine Leitung 78 dem Elektromagneten des Schaltventils 87 Strom zu, wodurch dieses Ventil umgeschaltet wird. Es verbindet nunmehr den Zylinder 81 mit dem Sumpf 7. Dadurch geht der Kolben wieder in seine Endlage und schließt

so die Leitschaufelkränze 18 und 38.

An der Abtriebswelle 34 ist ein weiterer elektrischer Drehzahlschaiter 70 angeordnet, dessen Kontakte sich bei Überschreiten der zulässigen Höchstgeschwindigkeit + m oder — m schließen. Zwischen der Druckmit_r telquelle 59 und dem Vorsteuerventil 60 ist ein elektromagnetisch betätigbares Schaltventil 71 angeordnet das zwei Ausgänge 72 und 73 aufweist Der Ausgang 72 ist mit dem Vorsteuerventil 60 verbunden und der Ausgang 73 über die Leitung 73a mit einem in die Leitung 62,62a eingebauten Doppelrückschlagventil 74. Normalerweise befindet sich das Schaltventil 71 in der dargestellten Ruhelage, in der es die Druckmittelquelle 59 mit dem Vorsteuerventil 60 verbindet Wenn aber die zulässige Höchstgeschwindigkeit überschritten . wird, dann löst der Drehzahlschalter 70 über die Leitung 70a das Umschalten des Ventils 71 aus. Hierdurch gelangt Druckmittel über die Leitung 73a, das Doppelrückschlagventil 74 und die Leitung 62a auf die

Stirnseite des Ventilkörpers 46. Hierdurch wird in der oben beschriebenen Weise der Wandler 30 eingeschaltet. Dieser Vorgang erfolgt ganz unabhängig davon, welche Stellung das Vorsteuerventil 60 augenblicklich hat; denn dieses wird umgangen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Hydrodynamischer, als Anfahrwandler ausgebildeter Drehmomentwandler, der außer im Traktionsbereich auch im Gegenbremsbereich einsetzbar ist, mit den folgenden Merkmalen:

a) Er hat eine feststehende Wandlerschale, ein im wesentlichen zentrifugal durchströmtes Turbinenrad und eine Einrichtung zum Beeinflussen der Torusströmung, vorzugsweise verstellbare Leitschaufeln;

b) eine als Verdrängerpumpe ausgebildete Füllpumpe fördert Arbeitsflüssigkeit aus einem Flüssigkeitssumpf in den Wandler, an dessen Schale eine Auslaßleitung angeschlossen ist, die in den Sumpf mündet;