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Insbesondere für Kraftfahrzeuge bestimmte Bremseinrichtung für Antriebsübertragungen
mittels Turbowandler Die Erfindung bezieht sich auf eine insbesondere für Kraftfahrzeuge
bestimmte Bremseinrichtung für Antriebsübertragungen mittels Turbowandler ohne nachgeschaltete,
ins Langsame übersetzende Zahnradschaltstufe, wobei .der Pumpenteil .des Wandlers
mit der Antriebswelle über eine beim Bremsen wirksame Kupplung, z. B. eine Freilaufkupplung,
verbunden ist.
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Bei Fahrzeugen mit mechanischem Stufengetriebe ist es ohne. weiteres
möglich, nach Wegnahme der Brennstoffzufuhr den Motor zum Bremsen heranzuziehen(Motorbremsung).
Auf Strecken mit größerem Gefälle, die mit entsprechend geringerer Geschwindigkeit
befahren werden müssen, ergibt der direkte Gang eine zu geringe Bremswirkung. Es
ist daher in solchen Fällen üblich, zum Bremsen einen kleineren Gang einzuschalten,
damit der Motor trotz der geringen Fahrzeuggeschwindigkeit auf eine höhere Drehzahl
gebracht wird, die eine stärkere Bremswirkung auslöst.
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Fahrzeuge mit Strömungsgetrieben, die zwar einen direkten mechanischen
Gang, aber keine ins Langsame übersetzende Zahnradschaltstufen besitzen, können
deshalb bei geringen Gefällen, bei denen das Fahrzeug eine verhältnismäßig große
Geschwindigkeit aufweist, den Motor zum Bremsen heranziehen. Ist das Gefälle jedoch
größer und muß dementsprechend die Wagengeschwindigkeit geringer sein, so reicht
die Drehzahldes Motors zum Bremsen nicht mehr aus. Gänzlich unmöglich ist es aber,
bei .den üblichen Turbowandlern ohne besondere Vorkehrungen im hydraulischen Gang
eine ausreichende Bremswirkung zu, erzielen.
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Es ist schon vorgeschlagen worden, den Pumpenteil eines Turbowandlers
mit der Abtriebswelle über eine Freilaufkupplung zu verbinden. Diese Anordnung ermöglicht,
daß nach Abschalten der Brenstoffzufuhr zum Motor die Pumpe des Flüssigkeitsgetriebes
über die Treibräder des Fahrzeuges angetrieben wird; außer .der Motorbremsung erhält
man .dann eine Bremsung infolge der von der Pumpe aufgenommenen Leistung.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aüfgabe zugrunde, außer der Motorbremsung
nicht nur die von der Pumpe bei der Talfahrt aufgenommene Leistung zum Bremsen auszunutzen,
sondern
auch in der Turbine Leistung zu verbrauchen und auch sie _ dadurch zum Bremsen heranzuziehen.
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Die Erfindung geht dabei von der Tatsache aus, daß jede Turbine eines
Turbowandlers eine sogenannte Durchgangsdrehzahl aufweist. Als Durchgangsdrehzahl
bezeichnet man diejenige Drehzahl der Turbine, mit der sie sich trotz Antrieb der
Pumpe durch den Motor leer, d. h. ohne Leistungsabgabe dreht. Die ganze Leistung,
welche die Turbine aufnimmt, wird dann also lediglich zur Wirbelung verwendet und
schließlich in Wärme umgesetzt. Ferner besteht die Beziehung, daß jeder Durchgangsdrehzahl
eine bestimmte Pumpendrehzahl zugeordnet ist; Pumpendreh7ahl np und Durchgangsdrehzahl
nD stehen also in direkter Proportionalität (nD = const. np).
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Die Erfindung nutzt diese Erkenntnisse bei der Lösung der obigen Aufgabe
insofern aus, als sie vorschlägt, zur Heranziehung des Turbinenteils des Wandlers
zum Bremsen die Durchgangsdrehzahl % des Turbinenteiles, der beim Bremsen gemeinsam
mit dem Pumpenteil von der Abtriebswelle angetrieben wird, kleiner als die Pumpendrehzahl
np zu wählen. An sich ist es bei Turbowandlern bekannt, der Turbine eine Durchgangsdrehzahl
zu geben, die gleich, kleiner oder größer als die Pumpendrehzahl ist. Gerade dadurch,
daß bei einem Turbowandler die Durchgangsdrehzahl kleiner als die Pumpendrehzahl
gewählt und eine lösbare Kupplung zwischen Pumpe und Turbine angeordnet wird, die
bei Antrieb von der getriebenen Welle aus .die Pumpe mit der Turbine zu gemeinsamer
Drehung verbindet, kann auch die Turbine zusätzlich Bremsleistung aufnehmen.
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Auf der Zeichnung ist die Erfindung durch zwei Ausführungsbeispiele
erläutert. Abb. i stellt sinnbildlich das erste, Abb. 2 das zweite Beispiel dar.
Abb. 3 ist ein Schaubild, das die Beziehungen zwischen Durchgangsdrehzahl np, Pumpendrehzahl
np, Pumpenleistung Np und Turbinenleistung Nt zeigt.
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Bei der Ausführung nach Abb. i ist ein Motor i über eine Zahnradübersetzung
2, diese könnte auch fehlen, mit einer Welle 3 verbunden, auf der das Pumpenrad
,4 eines Turbowandlers sitzt. In der Strömungsrichtung der Flüssigkeit folgen auf
.das Pumpenrad 4 ,ein Leitrad 5 und ein Turbinenrad6. Die Reihenfolge ist jedoch
für die Erfindung unwesentlich, auch ist es unbeachtlich, ob die Pumpe 4 oder Turbine
6 oder beide mehrstufig sind. Das Turbinenrad 6 sitzt fest auf einer Welle 7, die
über eine Abtriebswelle 8 nach den nicht dargestellten Treibrädern führt. Die Welle
7 ist in Richtung auf die Pumpenwelle 3 verlängert, und die Verlängerung g ist über
eine Freilaufkupplung Io mit der Pumpenwelle 3 kuppelbar. Solange die Pumpenwelle
3 treibt, also schneller läuft als die Abtriebswelle 8, verhindert der Freilauf
Io eine mechanische Verbindung des Pumpenrades 4 mit dem Turbinenrad 6. Sobald aber
die Abtriebswelle 8 treibt, z. B. bei der Talfahrt, stellt die Freilaufkupplung
Io eine zwangsläufige Verbindung zwischen Turbinenrad 6 und dem Pumpenrad 4. her.
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Die Durchgangsdrehzahl nD ist kleiner gewählt als .die Pumpendrehzahl
np. Abb. 3 zeigt für diesen Fall die Leistungsaufnahme Np der Pumpe und die Leistungsabgabe
Nt der Turbine in Abhängigkeit von der Turbinendrehzahl nt bzw. der Fahrgeschwindigkeit
v.
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Ist bei der Talfahrt die Brennstoffzufuhr zum Motor i abgeschaltet,
so nimmt also die Abtriebswelle 8 über die Freilaufkupplung Io das Pumpenrad 4 mit,
sobald dieses langsamer läuft als die Turbinenwelle;. Pumpenrad 4 und Turbinenrad
6 laufen mithin gleich schnell, d. h. .das Turbinenrad 6 ist stets gezwungen,
mit einer Drehzahl zu laufen, die oberhalb der Durchgangsdrehzahl n» der Turbine
liegt. Das hat aber zur Folge, daß nicht nur dem Motor i und der Pumpe 4 durch die
Treibräder Leistung zugeführt werden muß, sondern auch der Turbine 6. Denn wären
Pumpe 4 und Turbine 6 nicht starr miteinander verbunden, würde die Turbine 6 bei
der Pumpendrehzahl np nur mit der geringeren Durchgangsdrehzahl nD laufen. Der Turbine
6 muß also eine zusätzliche, in Abb. 3 negative Leistung - Nt, zugeführt werden,
damit sie .die höhere Drehzahl np annimmt. Diese Leistung ist die gewünschte Bremsleistung
der Turbine 6. Das vorstehend Gesagte sei an Hand eines Zahlenbeispieles weiter
erläutert. Es sei angenommen, daß sich die Pumpendrehzahl zur Durchgangsdrehzahl
na wie Io : g verhält. Es verlaufe die Leistungsaufnahme Np der Pumpe und die Leistung
Nt der Turbine bei einer konstanten Pumpendrehzahl np = Iooo Umdr./Min. in der aus
Abb.3 ersichtlichen Weise in Abhängigkeit von der Turbinendrehzahl zzt. Die Durchgangsdrehzahl
der Turbine liegt dann bei nn --- goo C"mdr. ! Min. Wenn :die Fahrgeschwindigkeit
beispielsweise gerade so groß ist, daß sich die Pumpendrehzahl zap = 1000
Umdr.jMin. einstellt, würde die Turbine mit ihrer Durchgangsdrehzahl Izp = goo Umdr./Min.
laufen, wenn sie nicht fest mit der Pumpe verbunden wäre. Infolge der starren Verbindung
muß die Turbine aber auch mit fap --- iooo Umdr.l Min. laufen. Damit das erreicht
wird, muß ihr durch die Treibräder die Leistung- 1jt
bei nt=np =
Iooo Umdr. /Min. zugeführt werden. Mit gestrichelten Linien sind in Abb.3 die entsprechenden
Verhältnisse für eine Pumpendrehzahl von "np = i Ioo Umdr./Min. dargestellt.
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Die Ausführung nach Abb. 2 unterscheidet sich von .derjenigen nach
Abb. i dadurch, daß die vom Motor i kommende Welle i i über eine Schaltkupplung
12 wahlweise mit der hohlen Pumpenwelle 3 oder einer Welle 13 kuppelbar ist, die
durch diese hindurchgeführt und mit der Abtriebswelle 8 zwangsläufig verbunden ist.
Die Turbinenwelle 7 ist hier gleichfalls hohl und steht über eine Freilaufkupplung
14 mit einer Hülse 15 in Verbindung, die auf der Welle 13 längs verschiebbar, aber
undrehbar ist: Die Hülse 15 besitzt eine Zahnung 16, die mit einer Gegenzahnung
17 der hohlen Turbinenwelle 7 in Eingriff gebracht werden kann. Das Wellenstück
13 steht seinerseits über einen dem Freilauf Io nach Abb. i entsprechenden Freilauf
18 mit der hohlen Pumpenwelle 3 in Verbindung.
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Der Freilauf 14 hat den Zweck, beim Fahren mit dem .direkten Gang
(über .die Wellen i 1, 13, 8) ein Mitnehmen der Turbine 6 zu verhindern. Der Freilauf
18 soll bei der Talfahrt .das Pumpenrad q. mit der Welle 13 starr verbinden. In
diesem Falle wird die Kupplung r6; 17 eingerückt, so daß damit wieder das Pumpenraid
q. und das Turbinenrad 6 zu gemeinsamer Drehung verbunden sind. Die Kupplungen 18
und 16, 17 wirken also ebenso wie die Freilaufkupplung nach Abb. i.
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An Stelle der erläuterten Freilaufkupplungen Io und 18 können auch
Kupplungen anderer Bauart, z. B. übliche Klauenkupplungen, vorgesehen sein. Es ist
aber erforderlich, diese Kupplungen Io und 18 sowie die Kupplung 16, 17 selbsttätig
derartig zu schalten, daß sie eingerückt werden, sobald der Antrieb des Turbowandlers
von der Antriebswelle aus erfolgt. Zu diesem Zwecke empfiehlt es sich, die Kupplungen
in zwangsläufige Verbindung mit der Drosselklappe des Motors oder mit seiner Brennstoffzufuhr
zu bringen. Sobald z. B. die Drosselklappe die Leerlaufstellung einnimmt, müßten
die Kupplungen Io oder 16, 17 und 18 eingerückt sein. Die Übertragung des Steuerimpulses
auf .die Kupplungen kann durch mechanische Gestänge, hydraulisch, pneumatisch oder
elektrisch erfolgen.