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Hydrodynamischer Drehmomentwandler, insbesondere für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf einen hydrodynamischen Drehmomentwandler, insbesondere
auf einen solchen für Kraftfahrzeuge, mit wenigstens je einem Pumpenrad und Turbinenrad,
bei dem wenigstens die Schaufeln des Pumpenrades von einem Drehzahlfliehkraftregler
gesteuert werden.
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je nach Auslegung der Schaufeln der verschiedenen Laufräder weist
ein Drehmomentwandler eine- bestimmte Betriebscharakteristik auf, d. h., die Motordrehzahl
ist, im Vollgasbetrieb wie auch im Teillastbetrieb, je nach Abtriebsdrehmoment und
Abtriebsdrehzahl durch die festliegende Betriebscharakteristik des Drehmomentwandlers
bestimmt und nimmt dabei voneinander verschiedene Werte an. Die sich auf Grund der
Betriebscharakteristik des Drehmomentwandlers für den Motor ergebenden Betriebsbedingungen
weichen dabei von den optimalen Betriebsbedingungen für den Motor mehr oder weniger
ab. Dies ergibt Nachteile hinsichtlich des Fahrbetriebes sowie der Lebensdauer des
Kraftfahrzeuges.
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Es ist bereits bekannt, die Schaufeln des Pumpenrades so auszubilden
und so im Pumpenrad zu lagern, daß die Schaufeln bei laufendem Pumpenrad kontinuierlich
verstellt werden können. Zur Verstellung der Schaufeln des Pumpenrades wurde ein
Drehzahlregler vorgesehen, z. B. ein Fliehkraftdrehzahlregler, der mit dem Pumpenrad
umläuft und durch Fliehkraftwirkung einen Steuerschieber zur Verstellung der Schaufeln
verschiebt. Bei einer derartigen Ausführung wird zwar eine veränderliche Betriebscharakteristik
des Drehmomentwandlers erreicht, jedoch erfolgt dabei die Veränderung der Betriebscharakteristik
unmittelbar in einer vorgegebenen Drehzahlabhängigkeit, ohne daß die durch den Betrieb
des Fahrzeuges, z. B. durch Geländebeschaffenheit, Stadtverkehr usw., sich ergebenden
Erfordernisse berücksichtigt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Regelung der Schaufelverstellung
zu schaffen, die es ermöglicht, die Betriebscharakteristik des Drehmomentwandlers
nicht nur in Abhängigkeit von der Drehzahl, sondern auch von den Betriebszuständen
des Fahrzeuges vorzunehmen.
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Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Gasdrossel für den
Antriebsmotor direkt oder über eine Kurvenscheibe vom Gashebel her betätigt wird
und gleichzeitig von diesem unmittelbar betätigten Gashebel eine Verstellkraft auf
die Feder des Drehzahl-Fliehkraftreglers ausgeübt wird.
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Wenn der Drehzahlregler und der Verstellmechanismus für die Pumpenschaufeln
entsprechend aufeinander abgestimmt sind, kann durch das Verändern der Federvorspannung
des Fliehkraftreglers in Abhängigkeit von der Gashebelstellung erreicht werden,
daß sich die Betriebscharakteristik des Drehmomentwandlers jeweils so ändert, wie
es den Erfordernissen des Antriebsmotors entspricht, so daß der Antriebsmotor unabhängig
von der Belastung und Abtriebsdrehzahl, d. h. unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit,
bei Vollgas und im Teillastgebiet, jeweils in einem Punkt einer bestimmten Mootorleistungskurve
arbeitet, die den jeweils günstigsten Betriebsverhältnissen des Antriebsmotors entspricht,
z. B. hinsichtlich des Brennstoffverbrauchs.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung wird bei einem hydrodynamischen
Drehtnomentwandler, bei dem die Gasdrossel vom Gashebel her über eine Kurvenscheibe
betätigt wird, vorgeschlagen, daß die Hubkurve der Kurvenscheibe so gewählt ist,
daß die Gasdrossel bereits voll geöffnet ist, während durch weiteres Betätigen des
Gashebels die Reglerfeder weiter gespannt werden kann und damit eine Veränderung
der Motordrehzahl entsprechend der Regelung auf einem Zweig der Vollgasleistungskurve
erreicht wird.
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Die ebenfalls vom Gashebel ausgeübte Verstellkraft auf die Reglerfeder
des Fliehkraftreglers ist in dieser Stellung noch klein, so daß auch die Drehzahl
des von dem Regler gesteuerten Wandlers und damit die Motordrehzahl noch niedrig
ist. Bei weiterem Durchtreten des Gashebels bleibt die Gasdrossel in ihrer geöffneten
Stellung, und die Reglerfeder wird weiter vorgespannt, d. h., die Reglerdrehzahl
steigt, und die Wandlerdrehzahl bzw. die Motordrehzahl wird weiter erhöht. Auf diese
Weise wird also die angestrebte Regelung entsprechend der Vollgasleistungskurve
ermöglicht.
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Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt.
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In der Zeichnung ist mit 1 die Antriebswelle bezeichnet, auf welche
das Pumpenrad 2 aufgekeilt ist. Im Pumpenrad 2 sind die Pumpenschaufeln 3 angeordnet.
Mit
4 sind die Turbinenschaufeln bezeichnet, welche im Turbinenrad 5 gelagert sind.
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Das Turbinenrad 5 trägt einen Wellenstutzen 6, auf den das Zahnradritzel
7 aufgekeilt ist. Mit dem Zahnradritzel 7 steht im Eingriff das Zahnrad 8, welches
seinerseits die Abtriebswelle 9 trägt. Die Antriebswelle 1, die Turbinenwelle 6
und die Abtriebswelle 9 sind in Kugellagern gelagert, welche in Bohrungen des mehrteiligen
Gehäuses des Drehstromwandlers sitzen. Das mehrteilige Gehäuse besteht im wesentlichen
aus zwei als Umlenkschalen ausgebildeten Teilen 10 und 11 und aus dem Zwischenstück
12. Das Teil 10 ist mit Anschlußflanschen 13 für den Antriebsmotor und Anschlußflanschen
14 für eine Zahnradpumpe versehen. Das Teil 11 ist mit einem Anschlußflansch 15
für ein Zahnradgehäuse versehen. Das Zwischenstück 12 enthält die Leitschaufeln
16, die mit einem inneren Ring 17 verbunden sind. In den inneren Ring 17 ist ein
weiterer Ring 18 eingepreit, in dem die Pumpenschaufeln 3 und die Turbinenschaufeln
4 laufen. Die Pumpenradwelle 1 ist außer im Teil 10 des Gehäuses noch in
Kugellagern 19 im Innern des Turbinenrades 5 gelagert.
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Das Pumpenrad 2, welches mittels Zwischenblech _20 und Mutter 21 sowie
einem Einlegering auf die Antriebswelle 1 aufgekeilt ist, ist quer zu seiner Längsachse
in einer Ebene geteilt, die durch die radial verlaufenden Längsachsen der Pumpenschaufeln
3 verläuft. Das in der Ebene der Schaufelachsen geteilte Pumpenrad 2 weist Bohrungen
und Anlaufflächen zum Einlegen der erfindungsgemäß um ihre Achsen verdrehbaren Pumpenschaufeln
3 auf. An dem Fuß 22 der Pumpenschaufeln 3 sind exzentrisch angeordnete Kurbelzapfen
23 angedreht, auf welche Gleitsteine 24 aufgeschoben sind. Die Gleitsteine 24 greifen
in die Ringnut 25 eines Verstellzylinders 26 ein, und zwar so, daß bei einer Längsverschiebung
des Verstellzylinders 26 die Pumpenschaufeln 3 um ihre Verstellachse senkrecht zur
Pumpenradwelle verstellt werden. Der Verstellzylinder 26 ist zu diesem Zweck konzentrisch
und längs verschiebbar zur bzw. auf der Antriebswelle 1 angeordnet. Auf der in der
Abbildung rechten Seite ist der Verstellzylinder mit einem eingepreiten und durch
einen Spreizring 27 gesicherten Deckel 28 abgeschlossen. Im Innern des Verstellzylinders
26 befindet sich ein aus einem Stück mit der Antriebswelle 1 bestehender Verstellkolben
29. Die Gleitsitze sowohl gegenüber der Antriebswelle 1 als auch gegenüber dem Verstellkolben
29 sind mit Gummiringen, etwa O-Ringen, abgedichtet.
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In die innen ausgebohrte Antriebswelle 1 ist eine Büchse 30 eingepreit,
die an ihrem in der Abbildung rechten Ende mit Augen 31 zur Lagerung von Reglerfliehgewichten
32 versehen ist. Die Reglerfliehgewichte 32 sind jeweils um eine Achse schwenkbar,
die senkrecht und außermittig zur Antriebsachse 1 verläuft, so daß durch die Reglerfliehgewichte
32 bei laufender Antriebswelle 1 die Winkelhebel 33 der Reglerfliehgewichte 32 in
Achsrichtung der Antriebswelle 1 auf den Außenring eines Kugellagers 34 drücken,
welches auf dem in der Büchse 30 längs verschiebbaren und drehbaren Steuerschieber
35 sitzt. Der Steuerschieber 35 ist mit zwei Steuerkolben 36 und 37 versehen, die
in Gleichgewichtsstellung die durch die Büchse 30 und die Antriebswelle 1 zu beiden
Seiten des Verstellkolbens 29 laufenden Bohrungen 38 und 39 verschließen und je
nach Stellung des Steuerschiebers 35 das Steueröl nach rechts oder links führen,
welches von der Zahnradpumpe 40 gefördert wird, die sich an der Antriebswelle 1
befindet und von dieser angetrieben ist (die Zahnradpumpe 40 befindet sich in der
Abbildung am linken Ende der Antriebswelle 1; erkennbar ist nur das auf der Antriebswelle
1 aufgekeilte Zahnrad der Antriebswelle 1). Das von der Zahnradpumpe 40 geförderte
Steueröl wird durch in der Abbildung nicht gezeichnete Kanäle von der Zahnradpumpe
40 an der durch Dichtringe gedichteten Stelle der Antriebswelle 1 über Bohrungen
41 in die zwischen Antriebswelle 1 und Büchse 30 befindlichen Nuten 42 geleitet
und von dort durch Bohrungen 43 in der eingepreßten Büchse 30 zwischen die beiden
Steuerkolben 36 und 37 des Steuerschiebers 35. Das beim Regelvorgang aus dem Verstellzylinder
26 kommende Öl kann gemäß der Abbildung nach rechts direkt ins Getriebe entweichen
und nach links durch die Bohrung 44 am linken Ende der Büchse 30 und der Antriebswelle
1 radial nach außen ins Getriebe. Von dort wird es durch die Zahnradpumpe 40 wieder
angesaugt.
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Den von den Fliehgewichten 32 ausgeübten Kräften wirkt die Reglerfeder
45 entgegen; die auf den Innenring des auf dem Steuerschieber 35 sitzenden Kugellagers
34 drückt. Die Reglerfeder 45 ist über einen im Innern der Turbinenwelle 6 längs
verschiebbar gelagerten Stößel 46 einstellbar, und zwar durch Betätigung des Gashebels
47. Der Gashebel 47 ist um eine Querwelle 48 schwenkbar gelagert und mit einem Winkelhebel
49 verbunden. Der Winkelhebel 49 drückt auf den Stößel 46. Die Rückführung des Stößels
46 erfolgt durch eine Rückführfeder 50. An den Gashebel 47 angelenkt ist ein Gestänge
51, das bei Betätigung des Gashebels zwangläufig einen Hebel 52 mitbewegt, der die
Kurvenscheibe 53 dreht. Durch die Kurvenscheibe 53 wird der Gasdrosselhebel 54 verstellt,
durch den die Gasdrossel 55 mehr oder weniger geöffnet wird.
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Die Turbinenwelle 6 besteht aus einem Stück mit dem zweiteiligen,
zusammengeschraubten Turbinenrad 5, welches in der Ebene der Schaufelachsen geteilt
ist und die fest eingespannten Turbinenschaufein 4 aufnimmt.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung ist wie folgt: Beim
Gasgeben durch den Gashebel 47 wird über das Gestänge 51 der Kurvenscheibenhebel
52 gedreht und dadurch die Gasdrossel 55 auf einen bestimmten Wert gestellt. Gleichzeitig
wird über den auf der Querwelle 48 sitzenden Winkelhebel 49 der in der Turbinenwelle
6 sitzende Stößel 46 verschoben, so daß die Reglerfeder 45 gespannt wird. Dabei
werden zunächst die Reglerfliehgewichte 32 nach innen zur Getriebeachse hin verstellt,
so daß der Steuerschieber 35 nach links verschoben wird. Das von der Zahnradpumpe
40 geförderte Öl gelangt dadurch auf die linke Seite des Verstellkolbens
29 und verschiebt den Verstellzylinder 26 nach links in die in der Abbildung gezeichnete
Stellung. Dabei werden die Pumpenschaufeln 3 auf eine kleinere Steigung hin verstellt,
und zwar so lange, bis die durch Gasgeben und Schaufelverstellung zunehmende Drehzahl
des Antriebsmotors einen Wert erreicht hat, bei dem die Reglerfliehgewichte 32 durch
erhöhte Fliehkraft den Steuerschieber 35 entgegen der Wirkung der Reglerfeder 45
in die gezeichnete Gleichgewichtsstellung verschoben haben.
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Bei Gaswegnahme wird umgekehrt die Gasdrossel 55 mehr oder weniger
geschlossen und gleichzeitig die Reglerfeder 45 entspannt, so daß im ersten Augenblick
der Steuerschieber 35 nach rechts geschoben wird. Dabei wird der Verstellzylinder
26 gleichfalls nach rechts geschoben und verstellt dabei die Pumpenschaufeln
3
auf eine größere Steigung. Dieser Vorgang währt so lange, bis mit nun abnehmender
Drehzahl die entspannte Reglerfeder 45 den Steuerschieber entgegen der Wirkung der
dabei abnehmenden Fliehkräfte der Reglerfliehgewichte 32 in die gezeichnete Gleichgewichtsstellung
schieben kann.
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Die sonst starre Betriebscharakteristik des Drehmomentwandlers wird
dadurch ganz unabhängig vom Abtriebsmoment und der Abtriebsdrehzahl ständig so geändert,
daß der Motor von Teillast bis Vollast ständig auf der vorgesehenen Leistungsdrehzahlkurve
arbeitet, die für ihn als günstig vorgesehen ist.