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Vorspanndruek-Einführung bei hydrodynamischen Drehmomentwandlern Die
Erfindung bezieht sich auf einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit einem sich
in radialer Richtung erstreckenden, vor dem Pumpenrad angeordneten unbeschaufelten
Raum und mit einer Füllpumpe zur Erzeugung von Vorspanndruck im Strömungskreislauf.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Gehäusedrücke zu verringern, so
daß die Wandstärke des Gehäuses vermindert werden kann.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Füllleitung für den Vorspanndruck
auf einem solchen größeren als dem kleinsten Radius des Kreislaufes in den schaufelfreien
Raum mündet, daß bei einem vorgegebenen Lastmoment am kleinsten Radius Unterdruck
entsteht.
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Es sind hydrodynamische Drehmomentwandler bekannt mit mindestens drei
Schaufelrädern, nämlich Pumpenrad, Turbinenrad und Leitrad, die zur Vermeidung von
Kavitation, z. B. an den Schaufeln, mit Vorspanndruck betrieben werden. Die Fülleitung
für den Vorspanndruck mündet auf dem kleinsten Radius oder unmittelbar in dessen
Nähe in den Strömungskreislauf. Alle Wanddrücke des Gehäuses steigen infolgedessen
um den Betrag des Vorspanndruckes an. Die Auslegung richtet sich nach den größtmöglichen
Gehäusedrücken, die beim Anfahren auftreten.
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Aus der Zeichnung der USA.-Patentschrift 1024 982 ist es weiterhin
bekannt, daß eine Füllleitung auf etwas größerem Radius als dem kleinsten Radius
des Strömungskreislaufes in den Schaufelbereich des Leitrades mündet. Der Radius
der Mündungsstelle dieser Fülleitung ist jedoch nur um weniges größer als der kleinste
Radius des Strömungskreislaufes, und die Fülleitung mündet überdies in einen beschaufelten
Raum des Leitrades.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung werden die nicht hermetisch
dichten Dichtstellen zwischen der Antriebswelle und dem Gehäuse und/oder der Abtriebswelle
und dem Gehäuse in den Bereich des Wandlers gelegt, wo der Unterdruck auftritt.
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Durch diese Maßnahme kann das vom Drehmomentwandler abgegebene Moment
mit einfachen Mitteln, die im und/oder am Drehmomentwandler völlig selbsttätig wirken,
begrenzt werden.
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Bei üblichen Drehmomentwandlern tritt das höchste vorkommende Drehmoment
beim Anfahren auf. Dieses Moment soll im allgemeinen so hoch wie möglich sein. In
manchen Fällen ist es aber erwünscht, daß nur bei Teillast des Motors die höchste
Momentsteigerung im Wandler erzielt wird, bei Volllast des Motors dagegen eine Momentbegrenzung
im Wandler auf einen bestimmten Wert eintritt. Durch die deutsche Patentschrift
1072 856 ist es bekannt, die inneren Drücke des Wandlers als Fühler für das
übertragene Drehmoment zu benutzen, wobei die Brennstoffzufuhr des Motors vermindert
wird, sobald bei voller Leistung die Sekundärdrehzahl des Wandlers unter einen bestimmten
Wert fällt und damit das Sekundärmoment einen Größtwert übersteigt.
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Für die Drehmomentbegrenzung nach der Erfindung ist es besonders vorteilhaft,
wenn die Mündungsstelle der Fülleitung bezüglich ihres radialen Abstandes von der
Drehachse verstellbar ist, da dann die Drehmomentbegrenzung während des Betriebes
von Hand oder mit Steuer- oder Regelmitteln stetig oder in Stufen veränderbar ist.
Eine Beeinflussung der Drehmomentbegrenzung kann in vorteilhafter Weise auch dadurch
erreicht werden, daß der radiale Abstand der Mündungsstelle der Fülleitung in Kombinationen
zusammen mit dem einstellbaren Vorspanndruck geändert wird oder daß der Vorspanndruck
allein einstellbar ist.
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Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung und erläutern
deren Wirkungsweise.
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F i g. 1, 2 zeigen verschiedene im Kreislauf auftretende Drücke in
Abhängigkeit von der Drehzahl n2 der Abtriebswelle des Drehmomentwandlers; F i g.
3 bis 6 zeigen bei einem schematisierten Drehmomentwandler verschiedene Arten der
Vorspanndruckeinführung.
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Wird der Vorspanndruck gemäß F i g. 1, Kurve 10 konstant gehalten
und auf einem entsprechend großen Radius des Strömungskreislaufes eingeführt, so
verläuft der Druck in Achsnähe, d, h. auf kleinstem Kreislaufradius, nach Kurve
11. Oberhalb der Drehzahl 12 herrscht in Achsnähe Überdruck, der jedoch mit wachsendem
Drehzahlabfall der Abtriebswelle bis auf Null bei der Drehzahl 12 abnimmt. Unterhalb
dieser Drehzahl entsteht Unterdruck. Der Verlauf der
Kurve 11 in
F i g. 1 ist auf folgende Gesetzmäßigkeiten zurückzuführen: Ist ein Drehmomentwandler
voll gefüllt, völlig dicht abgeschlossen und ohne Vorspanndruck in Betrieb, so bildet
sich je nach durchgesetzter Leistung und je nach Schlupf zwischen Turbinenrad und
Pumpenrad ein ganz bestimmtes Druckfeld aus. Der Druck nimmt an jedem Punkt des
Strömungskreislaufes einen bestimmten Wert an. Wegen der Rotation der Betriebsflüssigkeit
ist der statische Druck in der Achsnähe nur gering. Bringt man an dieser Stelle
einen konstanten Vorspanndruck x auf - das liegt nahe, weil dort der geringste Gegendruck
herrscht -, so steigt der Druck an jeder Stelle des Strömungskreislaufes um die
Größe x. Legt man die Mündungsstelle der Fülleitung zur Erzeugung des Vorspanndruckes
auf einen größeren Radius des unbeschaufelten Raumes des Strömungskreislaufes, so
treten Verschiebungen des Druckfeldes auf. Insbesondere ergibt sich, daß der statische
Druck an der Achse beim Anfahren um so stärker sinkt, je größer die übertragene
Leistung ist. Dieser Effekt wächst mit steigendem Radius der Einführungsstelle.
Die Druckabsenkung kann bei Vergrößerung des Radius der Mündungsstelle so weit gehen,
daß an der Achse der Druck Null erreicht oder sogar, wie im Fall der F i g. 1 dargestellt,
unterschritten wird.
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In F i g. 2, in der verschiedene im Drehmomentwandler auftretende
Drücke als Funktion seiner Abtriebsdrehzahl aufgetragen sind, sind die Drücke, die
bei der bekannten Vorspanndruckeinführung in Achsnähe auftreten, durch gestrichelte
Kurvenzweige angedeutet. Wird der Vorspanndruck gemäß Kurve 13 konstant gehalten,
so wachsen mit abnehmender Abtriebsdrehzahl der an einer bestimmten Stelle im Kreislauf
auftretende Druck 14, beispielsweise ein Gehäusedruck, und der Druck 15 vor dem
Turbinenrad sehr stark an. Entsprechende Drücke treten natürlich auch bei zunächst
noch stillstehender Abtriebswelle auf. Erfolgt die Vorspanndruck-Einführung auf
einem entsprechend großen Radius, also nicht in größtmöglicher Nähe der Wandlerachse,
dann ändert sich das Verhalten des Drehmomentwandlers im Anfahrzustand und bei hoher
Drehmomentbelastung derart, daß der Druck, der sich bei diesem Betriebszustand an
der Mündungsstelle ausbildet, nicht höher als der Vorspanndruck an dieser Stelle
werden kann. Sämtliche Wanddrücke im Kreislauf sind um den Betrag der Druckdifferenz
von Vorspanndruck und Druck in Achsnähe des Strömungskreislaufes verringert. Die
Kurven 16, 17 und 18 zeigen die in diesem Fall in Achsnähe, an einer bestimmten
Stelle im Drehmomentwandler und vor der Turbinenscheibe auftretenden Drücke. Es
ist ersichtlich, daß sich die Gehäusedrücke am stärksten bei der Drehzahl Null der
Abtriebswelle voneinander unterscheiden und daß sich etwa dementsprechende Verringerungen
der Gehäusewandstärken ergeben.
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F i g. 3 zeigt einen einfachen dreikränzigen Wandler. Die Antriebswelle
19 treibt das Pumpenrad 20, das die Betriebsflüssigkeit im Strömungskreislauf beschleunigt,
die dann das Turbinenrad 21 beaufschlagt. Das gewandelte Drehmoment wird an der
Abtriebswelle 22 abgenommen. Das Leitrad 23 ist der Reaktionsteil des Drehmomentwandlers.
Die Dichtungen 25 und 35 dichten die beiden Wellen 19, 22 gegen das feststehende
Gehäuse 26 ab. Die Dichtung 35 liegt auf dem gleichen Radius wie die Mündungsstelle
36 der Fülleitung 28, durch die die z. B. von einer Zahnradpumpe gelieferte und
etwa durch ein überdruckventil auf konstanten Vorspanndruck gesteuerte Betriebsflüssigkeit
zugeführt wird. Damit herrscht an der Mündungsstelle immer der ,konstante Vorspanndruck.
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Bei Verlegung der Mündungsstelle der Fülleitung von der Wandlerachse
weg kann Unterdruckbildung in Achsnähe auftreten. F i g. 4 zeigt einen dreikränzigen
Wandler, bei dem die Fülleitung 28 an der Stelle 27 in den Strömungskreislauf mündet.
Die Dichtstelle 24 dichtet die Antriebswelle 19 gegen das Gehäuse 26 im Bereich
der Zone des Strömungskreislaufes ab, in der der Unterdruck entsteht. Diese Dichtstelle
24 soll in üblicher Weise, d. h. also nicht hermetisch dicht ausgebildet sein, so
daß der Unterdruck Luft in den Kreislauf saugt. Infolge der Leckflüssigkeit, die
beispielsweise durch die Dichtstelle 25 abströmt, sinkt das Füllungsgewicht des
Drehmomentwandlers und damit sein übertragungsvermögen. Das Übertragungsvermögen
hängt bekanntlich von dem spezifischen Gewicht der Füllung, 'die nun aus einem Gemisch
von Betriebsflüssigkeit und Luft besteht, ab, und das übertragene Drehmoment ist
bei niedrigen Abtriebsdrehzahlen auf einen bestimmten Wert begrenzt.
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Mit dem Radius der Mündungsstelle der Fülleitung lassen sich also
der Beginn und die Größe der Drehmomentbegrenzung verändern. Der Radius kann für
eine Konstruktion einmal versuchsweise ermittelt und dann für immer festgelegt werden,
er kann aber auch zur Justierung oder zur beliebigen Verstellbarkeit veränderbar
bleiben, so daß sich das Füllungsgewicht und damit das Anfahrmoment während des
Betriebes von Hand oder mit Steuer- oder Regelmitteln stetig oder in Stufen verändern
lassen.
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F i g. 5 zeigt einen in die Wand des Drehmomentwandlers eingelassenen
Zylinder 32, dessen Achse parallel zur Wandlerachse liegt und bei dem die Mündungsstelle
33 für die Betriebsflüssigkeit exzentrisch am äußersten Rand des Zylinders 32 im
ünbeschaufelten Raum des Strömungskreislaufes mündet. Durch Verdrehen des Zylinders
32 mit dem Hebel 34 von Hand oder durch ein Stellglied gelangt die Mündungsstelle
33 auf verschiedene Radien. Damit kann jeder beliebige Zwischenwert eingestellt
werden.
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In F i g. 6 wird die Betriebsflüssigkeit über eine flexible Leitung
29 einem in radialer Richtung verschiebbaren Rohr 30 zugeführt, dessen Wandung an
einer Stelle durchbohrt ist, so daß eine Mündungsstelle 31 zum Strömungskreislauf
entsteht. Durch Verschieben des Rohres 30 nach außen kann der Radius vergrößert
und damit der Druck an der Dichtstelle 24 herabgesetzt werden.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung sind mehrere Mündungsstellen
auf verschiedenen Radien vorhanden, denen je nach der gewünschten Drehmomentbegrenzung
wechselweise Betriebsflüssigkeit zugeführt wird. Ein Schieber kann die Betriebsflüssigkeit
auf die einzelnen Mündungsstellen verteilen. Insbesondere ist es damit möglich,
eine Betriebsflüssigkeitszuführung auf kleinstem Radius und eine zweite Betriebsflüssigkeitszuführung
auf größerem Radius vorzusehen, so daß der Drehmomentwandler wahlweise mit vollständiger
Füllung und vollem Moment oder teilweise entleert und mit begrenztem Moment betrieben
werden kann.
Außerdem ist es möglich, bei einem Drehmomentwandler
gemäß der Erfindung das Übertragungsvermögen zu beeinflussen, indem der Vorspanndruck
eingestellt wird. Es lassen sich dadurch bzw. zusammen mit der Veränderung des Radius
der Mündungsstelle einfache Steuermittel verwenden.