DE3345205A1

DE3345205A1 - Hydrodynamischer drehmomentwandler mit einer ueberbrueckungskupplung

Info

Publication number: DE3345205A1
Application number: DE19833345205
Authority: DE
Inventors: Friedrich Görner; Johann 8952 Marktoberdorf Reisch
Original assignee: Xaver Fendt & Co 8952 Marktoberdorf; Xaver Fendt and Co
Current assignee: Xaver Fendt & Co 87616 Marktoberdorf De GmbH
Priority date: 1983-12-14
Filing date: 1983-12-14
Publication date: 1985-06-27
Also published as: FR2556807B1; FR2556807A1; DE3345205C2

Description

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Hydrodynamischer Drehmomentwandler mit einer Überbrückungskupplung

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit einer Überbrückungskupplung, deren Betätigungskolben bei einer Druckbeaufschlagung des aus dem Pumpenrad, dem Turbinenrad und dem Leitrad gebildeten Torus aus einer unter dem Einfluß einer Feder eingenommenen iJberbrückungsstellung in eine Ausschaltstellung geschoben wird, wobei die Druckbeaufschlagung über eine Pumpenzuleitung und ein Schaltventil mit zugeordnetem Druckbegrenzungsventil erfclgt, das mittels einer Zuführungs- und einer Abführungsleitunn mit dem Tnrus verbunden ist.

Hydrodynamische Drehmomentwandler, im folgenden kurz mit Ldandler bezeichnet, werden wegen ihrer Eigenschaft_f ein hohes Anfahrmoment zu liefern, in zunehmendem MaRe in Fahrzeugen, insbesondere in Zugfahrzeugen eingesetzt. Der Jandler selbst besteht aus einem vom Antriebsmotor angetriebenen Pumpenrad, einem Leitrad und einem mit dEr Abtriebswelle in Verbindung stehenden Turbinenrad. Die Momentenüberhöhung, d. h. das Verhältnis zwischen dem Moment des Turbinenrades und den Moment des Pumpenrades, ist abhängig vom Schlupf zwischen diesen beiden Rädern. Der Schlupf ist am größten bei Anfahrbeginn, wenn sich das Turbinenrad noch nicht dreht und sinkt mit deren mit der Fahrgeschwindigkeit zunehmenden Drehzahl. Dennoch ist der Schlupf und mit ihm die Verlustleistung im normalen Arbritsdrehzahlbereich unvertretbar hoch. Aus diesem GrundE ist en üblich, bei Erreichen einer bestimmten Drehzahl das Turbinenrad mit dem Pumpenrad starr zu verbinden. Dies erfolgt mittel?

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Einer sog. Überbrückungskupplung, deren das 5chlie3en bzw. das öffnen bewirkender Betätigungskolben wechselweise von beiden Seiten druckbeaufschlagbar ist. Im Sinne des Schlie-Bens der überbrückungskupplung beaufschlagt ist der Betätigungskolben dann, wenn der Druck auf die Seite einwirkt, die dem durch das Pumpenrad, das Turbinenrad unn das Leitrad gebildeten Torus abgewandt ist. Zusätzlich zu der aus dieser Beaufschlagung resultierenden Kraft wird.dEr Betätigungskolben oftmals durch Federn belastet, dip euch

Il bei stillgesetztem Antriebsmotor eine starre Verbindung von den Hinterrädern des Fahrzeuges zum Antriebsmotor schaffen und so das abgestellte Fahrzeug an einem Fortrollen hindern. Zi Verschieben des Betätigungskolbens im Sinne eines uffnens der überbrückungskupplung muß der Betätigungskolben auf der

'■5 dem Torus zugewandten Seite druckbeaufschlagt werden. Dies geschieht im Zuge der Druckbeaufschlagung des Wandlers, um durch Kavitation verursachte Schäden an den Bauteilen zu ver-

.-" hindern.

CD Die Zuführung des den Druckaufbau bewirkenaen Druckmittels wechselweise zu den verschiedenen Seiten des Betätigungskolbens erfolgt über ein entsprechend aufwendiges Schaltventil, wobei erschwerend hinzukommt, daß die dem LJandler zugeführte Druckflüssigkeit wegen der Möglichkeit einer übermäßigen Auf-

Ϊ5 heizung nicht ständig in diesem verbleiben kann, sondern bei Aufrechterhaltung des aufgebauten Druckes zwecks Abkühlung laufend ausgetauscht werden muß. Zur Beaufschlagung der gegenüberliegenden Seite des Betätigungskolbens ist das Schaltventil

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fsrner mit dem Raum vor diesem Kolben über einen mit erheblichem Aufwand druckdicht ausgebildeten Hydraulikkreis verbunden.

Die Steuerung des Schaltventil erfolgt in der Weise, daß mährend des Anfahrens des Fahrzeuges der Wandler über das Schaltventil druckbeaufschlagt wird, wobei die Überbrückungskupplung geöffnet ist. Nach Erreichen einer vorbestimmten Schaltdrehzahl, des Turbinenrades uiird das Schaltventil umgeschaltet und anstelle des Wandlers der Betätigungskolben im Sinne eines Schließens der Überbrückungskupplung beaufschlagt. Dieser Druck wird solange aufrechterhalten, bis die Drehzahl des Turbinenrades wieder unter die vorgegebene Schaltdrehzahl abfällt. Da die Dauer des in der Regel auf einen Anfahrvorgang folgenden stationären Einsatzes mit geschlossener Überbrückungskupplung, also des eigentlichen Fahrbetriebes, bei Zugfahrzeugen in der Regel die des Anfahrvorganges um Größenordnungen übertrifft, ist durch die fortwährend Energie verbrauchende Hydraulikpumpe eine erhebliche Verlustquelle gegeben.

Es wäre aus diesem Grunde wünschenswert, den Betätiguncskolben der Überbrückungskupplung durch Beaufschlagung lediglich einer Seite in der gewünschten Weise verschieben zu können. Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, die Überbrückungskupplung statt durch Druckmittelbea'ufschlagung mittels Federn zu schließen» Es ist bisher jedoch nicht gelungen, einen in dieser Hinsicht befriedigend arbeitenden Wandler zu schaffen. UrEnche hierfür ist jjer Umstand, daß sich der Wandler während der Druck·

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beaufschlegung unter Aufnahme einer entsprechenden Menge Druckflüssigkeit ballonartig aufweitet. Beim Umschalten des Schaltventils muß diese Druckflüssigkeit zunächst abströmen, bevor die Überbrückungskupplung schließen kann. Dieser Vorgang nimmt nicht nur relativ viel Zeit in Anspruch, auch die Lebensdauer der Lamellen der Überbrückuncs kupplung wird dadurch erheblich herabgesetzt.

Ausgehend von dem aufgezeigten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen hydrodynamischen Drehmomentwandler der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß der Antriebsmotor des Fahrzeuges uährend des stationäre Teils seiner Einsatzdauer von jeglicher Pumpleistung entlastet ist, ohne daß dabei die Schaltgeschwindigkeit der Überbrückungskupplung negativ beeinflußt uiird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind folgende Merkmale geeignet:

a) Das Verschieben des Setätigungskolbens in die ü'berbrückungsstellung bei der Entspannung des Torus erfolgt ausschließlich durch Federkraft,

b) der Raum auf der dem Torus abgewandten 5eite des Betätigungskalbens steht über mindestens eine Bohrung mit dem Raum auf der dem Torus zugewandten Seite des Betätigungs kolbens und über eine L-eckf lüssigkeitsleitung mit dem Sammelbehälter in Verbindung, wobei der Querschnitt der

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Bohrung derart gering ist, daß bereits bEi niedrigster Betriebsdrehzahl des Pumpenrades ein für das Verschieben des Betstigungskolbens in die AusschaltstEllung ?usreichender Druck im Torus aufgebaut wird, und der Querschnitt der Leckflüssigkeitsleitung gegenüber dem der Bohrung wesentlich größer ist und

c) das Schaltventil weist eine Schaltstellung auf, in der die Pumpenzuleitung sowie die Zuführungsleitung und die Abführungsleitung mit dem Sammelbehälter verbunden sind.

Durch die Erfindung braucht zur Umschaltung der Überbrückungskupplung nur der Wandler druckbeaufschlagt ader drucklos gemacht werden. Dies macht die Druckflüssigkeitszufuhr unproblematisch, da nicht nur der Aufwand für benötigte Druckmittelleitungsn geringer wird, sondern sich auch der Aufbau des Schaltventils vereinfacht. Ferner erfDlgt das Entspannen des aufgeblähten Wandlers sehr rasch, da die Druckflüssigkeit sowohl über die Zuführungsleitung als auch über die AbführungE-leitung abströmen kann. Trotzdem bleibt nach erfolgtem Druckabbau aufgrund des gegenüber der Abführungsleitung geringfügig höheren Drucks in der Zuführungsleitung, der von der im Hurzschlu3 weiterlaufenden Pumpe erzeugt wird, eine geringfügige Durchströmung des Wandlers aufrechterhalten, die einen allmählichen Austausch der im Umschaltzeitpunkt im Wandler befindlichen heißen Druckflü'ssigkeit gegen abgekühlte ermöglicht. Die Bohrung im Betätigungskolben ermöglicht ferner einen Ausgleich des Druckes in den Räumen vor und hinter dem Bst«tigunr?· kolben. Somit kommt die gesamte auf dem BetStigungsknlbsn ein-

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wirkende Federkraft voll dem Uerschiebev/organg zugute.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung, das eine besonders kurze Uandlerbauueise ermöglicht, ist im Anspruch 2 näher gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 Eine Schnittansicht eines hydrodynamischen

Drehmomentwandlers mit überbrückungskupplung,

Fig. 2 eine Schnittansicht nach der Linie A-B in Fig. 1 und

Fig. 3 den Hydraulikkreis des Wandlers.

Der in Fig. 1 gezeigte Drehmomentwandler kann beispielsweise im Antriebsstrang eines IVutzf ahrzeuges angeordnet sein. Man den drei Rädern des Wandlers, die gemeinsam einen Torus 1 bilden, ist das Pumpenrad 2, das Turbinenrad 3 und das Leitrad k bezeichnet. Das Pumpenrad 2 ist einenends mit dem Schwung rad 5 eines nicht gezeigten Antriebsmotors verbunden und ander= ends auf dem Leitradträger 6 gelagert, der sich seinerseits an einer Zwischenwand 7 des Gehäuses B abstützt, in welchem der Wandler untergebracht ist.- Das Turbinenrad 3 stützt sich em Pumpenrad 2 ab und steht in drehfester Verbindung mit cer Turdinenradwelle 9, die durch den hohlen Leitradträger G hindurch-

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geführt ist und im freien Endbereich einen Flansch 9a zur Befestigung der nschgeordneten, nicht gezeigten Schaltkupplung aufweist. Wie der Leitradträger G ist such die Turbinenradwelle 9 hohl ausgeführt, wobei such durch deren Bohrung eine mit dem Schwungrad 5 drehfest verbundene MebenantriebsuellE 10 zum Antrieb von Arbeitsgeräten etc. hindurchgeführt ist.

Die als Lamellenkupplung ausgeführte überbrückungskupplung des Drehmomentwendlers ist innerhalb des Pumpenrades 2 angeordnet. Zum Betätigen der Überbrückungskupplung 11 ist ein axial verschiebbarer Betätigungskolben 12 vorgesehen, an dessen dem Torus 1 abgeujandter Holbenfläche eine sich am Fumpenrad abstützende, ringförmige Tellerfeder 13 anliegt. Unter dsm Einfluß dieser Tellerfeder 13 verschiebt sich der Betätigungskolben 12 bei druckentspanntem Torus 1 nach rechts in seine überbrückungsstellung, in der die Überbrückungskupplung 11 geschlossen ist. Die Tellerfeder 13 ist dabei so stark bemessen, da3 die Überbrückungskupplung 11 in dieser Schaltstellung in Der Lage ist, das maximale Drehmoment des Antriebsmotor zu übertragen. Bei druckbeaufschlagtem Ringraum 1 wird der Betätigungskolben 12 dagegen nach links verschoben, wobei sich die überbrückungskupplung 11 öffnet.

Zur Steuerung der Druckbeaufschlagung des Torus 1 ist gern:·'.3 Fig. 2 und Fig. 3 ein Uent'il 1£* mit zwei Schaltstellungen vorgesehEn. In dEr ersten, angesteuerten SchaltstEllung wird vnn rinr.

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E 15 gelieferte Druckflüssigkeit über eine Zuführungsleitung 16, und Aussparungen 6a, 2a im Leitradtreger G bzw. Pumpenrad 2 dem Torus 1 zugeführt. Die im Lüan dlerbetri eb erwärmte Druckflüssigkeit uird in ähnlicher Ueise über Aussparungen 3a des Turbinenrades 3, dem zwischen dem Leitradträger 6 und der Turhinenradwelle 9 vorhandenen Rincspalt und einer Abführungsleitung 17 zum Schaltventil 14 zurückgeführt. Damit der Druck im Ringraum 1 dsbei aufrechterhalte bleibt, ist dem Schaltventil 14 ein integriertes Druckbecrenzungsventil 14a zugeordnet. Über Bohrungen 4a im Leitrad gelangt die Druckflüssigkeit auch in den Raum vor dem Betrrtigungskolben 12 der Überbrückungskupplung 11 und bewegt diesen gegen die Kraft der Tellerfeder 13 in seine linke End stellung', uabei die Überbrückungskupplung 11 geöffnet ist.

In der anderen, unter dem EinfluB einer Rückholfeder sinrenonmenen Schsltstsllung des Schaltventils 14 ist die Zuführu; leitung 16, die Abführungsleitung 17 und die Zuleitung 10 voi ccr Pumpe 15 zum Schaltventil 14 miteinander und mit dem harr:· nelbshälter 19 verbunden. Beim Einschalten dieser Schcltetcl· lung - das sowohl durch eine nicht nähEr gezeigte Steuernnorcnung als auch durch das Ausschalten der Zünaung des Fc-hrzeugcE bewirkt wird - strömt im Wandler befindliche Druckflüssigkeit über die Zuführungsleitung 16 und die AbfünruncE· leitung 17 rasch zum Schaltventil 14 und van dart, bei lr-ufenclEm ^ιotaΓ und Eingeschalteter Zündung, zusammen mit αετ weiterhin von der Pumpe 15 geförderten Druckflüssigkeit, übe: die Das Druckbegrenzungsventil 14a umgehendE Leitung 1? zum Ξ amme Ib EhSl trr ?D. Dieser l/oroanc ist mit einem raEChen Druck

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abfall im Torus 1 und im Raum vor dem 3EtätigungEkolben verbunden. Die im Raum hinter dem Betätigunnskolben angeordnete Tellerfeder 13 verschiebt nun den Betätigungskalben in seine rechte Überbrück ungsstellung, tjabei der LJandler infolge der dabei hergestellten kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Pumpenrad 2 und dem Turbinenrad 3 bei laufendem Antriebsmotor außer Betrieb kommt, und das Antriebsrnoment von der Überbrückungskupplung 11 übertragen tdirri. Ist dagegen der Antriebsmotor stillgesetzt, so trägt die geschaffene Verbindung zusammen mit eingelegtem Gang und angezogener Fectstellbremse wesentlich dazu bei, das abgestellte Fahrzeug gegen ungeteiltes Fortrollen zu sichern. Beim eventuell erforderlichen Anschleppen des Motors werden durch die Federkraft geschlossene Überbrückungskupplung, Motor und Pumpe ohne l-.'endlerschlupf sofort in Drehung versetzt.

Da aufgrund des Staudruckes der ständig im Kurzschluß geförderten Druckflüssigkeit vor der Zuführungsleitung 16 ein geringfügig höherer Druck herrscht als am Eingang der Abführungsleitung 17, durchfließt in dieser Bchaltstellung des Schalt vent ils 14 auch weiterhin eine geringe Menge Druckflüssigkeit den Torus 1 und ermöglicht so einen allmählichen Auetausch der noch darin befindlichen eruHrmten Druckflüssigkeit.

Damit die Überbrückungskupplung 11 nach dEm Umschalten des Schaltventils *\U mit möglichst geringer Zeitverzögerung in die letzterwähnte Überbrückungsstellung übsrgEht, ist zum

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Druckausgleich der Raum vor dem äetätigungskalben 12 mit dEm Raum dahinter übEr είπε Bohrung 12a geringen Durchnessers im Betätigungekalben 12 verbunden. Außerdem führt vom Raum hintEr dem 3etätigungskolben 12 eine LeckflüssigkEitslEitung (Bohrung 2b, Ringkanal 21, LEitung 22) zum Sammelbehälter 2D. Det Durchmesser der Bohrung 12b ist sa οeω?h 11, daß bereits bei niedrigster Setriebsdrehzahl p'es Fumpenrades 2, uiie sie beim Anlassen des Äntriebsmotars gegeben ist, im Uandler ein für das Verschieben Des BEtsiiguncskslbens 12 in die Ausschaltstellung eusreichEnder Druck aufgebaut wird. Andererseits ist OEr wirksame Querschnitt der LECkflüssigkEitslEitung 2b, 21, 22 gegenüber dem dEr Bohruno 12 LJEEentlich größer. Auf diese üJeise kann die während der Druckbeaufschlaqung des üandlers über die Bahrung 12a entweichende Druckflüssigkeit im Raum hinter dem Betctigungskolben 12 keinen bEdEUtsentsn Druck aufbausn, sondErn im uesentlichen drucklos abströmen. Lediglich auf Fliehkraftuirkung beruhend beut sich im Raum hinter dEm Betätigungskolben 12 dennoch ein Druck auf, der dem auf die anderE Seite des Eietctigunnskolbenr "]?, einwirkenden Fliehkraftdruck entspricht. Dr, sich die aus der Fliehkraft herrührenden "Hräfte auf den Betätigungskolben 12 aupqicichen, wird dieser bei einem Umschalten des Schal tuen tils 1k unc dadurch beuirktem Entspannen des Ringraumes 1 nhns LjEEcntliche L'erzörerung unter der Kraft der Tellerfeder 13 im Sinne eines Schließens der überbrückungskupplung 11 uerschsben.

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PATENTANSPRÜCHE

Hydrodynamischer Drehmomentujandler mit eine'r üoerorück ungökupplung, deren Betätigungskolben bei,einer DruckbEaufschlE-gung des aus dem Pumpenrad, dem Turbinenrad und dem.Leitrad gebildeten Torus aus einer untet dem.Einfluß.einer Feper, eingenommenen überbrückungsstellung in eine Ausschaltatellung verschoben ujird, mobei die Cruckbeaufsch lagung übfer eine Pumpenzuleitung und ein Schaltventil mit zugeardrietEm Druckbegrenzungsventil erfolgt, das mittelE einer ZuführuncE-unc! einer Abführungsleitung mit dem Torus verbunden ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale :

a) Des Uerschieben des Betätigungskolbens (12) in die iberbrückungsstellung bei der Entspannung des Torus (1) ετ-folgt ausschließlich durch Federkraft,

b) der Raum auf der dem Torus (1) abgeuandten Seite dES Betätigungskolbens (12) steht über mindestens eine Sohrung (12a) mit dem Raum auf der dem Torus (1) zugeujanctEn Seite des BetgtigungskDlbens (12) und übEr eine LeckflüssigkEitsleitung mit dem Sammelbehälter (19) in Uernincunc, usbei der Querschnitt der Bohrung (12a) Derart gering ist, cir.ⁿ bereits bei niedrigster Betriebsorehzahl des PumpenrpcicE (2) ein für das Uerschieben des BetHtigungskolbEnr (1P) in die Ausscheltstellung ausreichender Druck im Torus (I) aufgebaut Luirc, und der Querschnitt e'er Leckf lüssigk ε! tslri turn (21,?2) gegenüber dem der Bohrung (1?p) ujEEPntlicn ογ;^!·Πγτ i-Ί und

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c) des Schaltventil (14) lUEist eine federnelaEtete bchrlt-Etelluno auf, in der die Pumpenzuleitune (1£)εουϊε ti-Zuführungsleitung (16) und die Abführungsleitung (17) unter Umgehung des Druckbegrenzungsventils (1^a) mit dem Sammelbehälter (19) verbunden sind.
2. Drehmomentwandler nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet., öeB als Feder zum Verschieben des Betätigungskolbens (12) eine koaxial zum Betätigungskolben (12) angeordnete Tellerfecer (13) vorgesehen ist.

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