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Die Erfindung bezieht sich auf ein hydrodynamisches Getriebe mit einem
toroidalen Strömungskreislauf und drei beschaufelten Laufrädern, von denen das eine
mit einer Eingangswelle und das zweite mit einer Abtriebswelle verbunden ist, während
das dritte Laufrad, dessen Beschaufelung als Umkehrbeschaufelung ausgebildet ist,
wahlweise am Gehäuse abbremsbar ist oder frei umlaufen kann.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, bei einem
solchen hydrodynamischen Umkehrgetriebe für einen Druckausgleich der Strömungsflüssigkeit
und somit für eine einwandfreie Betriebsweise des Getriebes zu sorgen.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der allseitig geschlossene
Strömungskreislauf bei allen Betriebszuständen mit Strömungsmittel gefüllt ist und
daß eine Druckausgleichkammer vorgesehen ist, die durch eine elastische Membran
von der Strömungskammer getrennt ist.
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Es ist bei zwei nebeneinander angeordneten Strömungskammern von hydrodynamischen
Kupplungen bekannt, zwischen den beiden Strömungskreisläufen eine als Blechschale
ausgebildete flexible Trennwand vorzusehen, die sich unter der Wirkung eines Druckunterschiedes
zwischen den beiden Strömungskammern ausbeulen kann. Die Blechschale vermag dabei
jedoch nur zwei verschiedene Stellungen einzunehmen, nämlich eine normale Stellung
und eine ausgebeulte Stellung.
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Durch die Erfindung wird die durch die starke Umlenkung der Strömungsflüssigkeit
und den daraus entstehenden hydraulischen Leistungsverlust hervorgerufene Volumenänderung
ausgeglichen. Dadurch werden die erheblichen Druckschwankungen in dem Strömungskreislauf
des Getriebes vermieden und infolge des über den gesamten Betriebsbereich niedrigen
Flüssigkeitsdruckes ist die Anwendung billiger Dichtungen zwischen den Laufrädern
und dem Gehäuse möglich.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden beschrieben.
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Die Figur zeigt eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Strömungsgetriebes,
teilweise im Schnitt. Die Figur stellt die bevorzugte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
dar, und sie umfaßt generell ein Strömungsgetriebe mit drei Laufrädern A, B und
C (entsprechend einem Pumpenrad oder einer Pumpe, einen Turbinenrad bzw. Leitschaufelrad,
die zusammen einen Strömungskreislauf D bilden. Der Antrieb F ist mit dem Pumpenrad
A verbunden, und in der bevorzugten Ausführungsform trägt das Pumpenrad ein Gehäuse
FZ, das sich zusammen mit ihm dreht. Die Abtriebswelle G ist mit dem Turbinenrad
B. verbunden. Eine Bremse H ist mit dem Leitrad oder Umsteuerungselement
C verbunden, wobei dieses die Vorwärts- oder Rückwärtsrotation des Turbinenrades
B bewirkt. Die Druckausgleichskammer T ist mit dem geschlossenen Strömungsmittelkreislauf
D verbunden.
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Die Pumpe A wird von einem Gußteil 10 gebildet, das auch einen
Teil des Gehäuses Fl und einen Teil des Antriebs F darstellt. Das Gußteil
10 hat eine halbringförmige Außenwand 10 a, die das Gehäuse des Pumpelements
bildet und hat einen radial nach außen stehenden Flansch 10 b, der das Leitrad oder
Umsteuerungselement C einschließt. Das Gußstück 10 weist einen zurückgebogenen Teil
10 c auf, der von dem innersten radialen Endpunkt der Wand 10 a ausgeht und eine
Nabe bildet. Die Innenfläche 11
der Wand 10 a ist glatt; ein ringförmiger
Bund mit einer ringförmigen Nut 13 auf der Innenseite ist auf der Außenfläche von
Wand 10 a ausgebildet. Eine Vielzahl von Pumpenradschaufeln 20 ist an der
Oberfläche 11 befestigt und durch ein inneres Kernstück 21 verbunden. Die
Pumpe A hat einen Strömungseingang bei 22 und einen Strömungsausgang bei 23, wobei
sich um den Kern, eine Strömungs bildet, die sich, wie in F i g. 1 dargestellt,
bewegt. Der nach außen stehende Flansch 10 b ist mit einem zweiten halbringförmigen
Teil 14 verbunden und vervollständigt damit das Gehäuse Fl. Gehäuseteil 14 hat einen
Flansch 14 a, der mit Flansch 10 b durch passende Stifte 15 verbunden ist, die sich
durch radial ausgerichtete und am Umfang verteilte Öffnung 16 in jedem der zusammenpassenden
Flansche verteilen. Nabe 10 c hat eine Buchse 17 mit einer ringförmigen
Einkerbung 18; die Öffnungen 19 sind umkreisförmig um die Nabe 10c angeordnet,
um den Strömungskreislauf D mit der Außenfläche der Nabe zu verbinden.
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Das Turbinenrad B umfaßt ein äußeres Gußgehäuse 24 mit einer
glatten halbringförmigen Innenfläche 25 und einer eingegossenen Nabe 27, die an
dem radial innersten Endpunkt des Gehäuses angebracht ist. Die Nabe 27 hat am Umfang
verteilte öffnungen 26 und ist mit einem relativ kurzen Buchsenteil 27 a an dem
innersten Teil ausgestattet, der treibend mit dem Drehantriebsmittel G verbunden
ist. Die Turbinenschaufeln 28 sind mit geeigneten Mitteln an der Wand 24 angebracht
und bilden dort verbreiterte Nieten 28 a, wobei die Schaufeln ein inneres Kernstück
29 tragen. Strömungseingang 29 und Strömungsausgang 30 sind beim Turbinenrad wie
in F i g. 1 dargestellt angebracht. Das Leitrad oder Umsteuerungselement C ist von
einem äußeren Blechgehäuse 35 umgeben, das die entsprechenden Schaufeln 36 trägt,
die einen Teil der Führungsmittel bilden, und hat ein -inneres Kern- oder Schaufelglied
37. Das Umsteuerungselement liegt zwischen den Turbinen- und Pumpelementen und im
radial äußersten Sektor der ringförmigen Kammer D des Kreislaufs. Die Strömung tritt
bei 38 ein und bei 39 aus. Das Außengehäuse 35 wird von einem Gußglied
40
getragen, das in der Form der Wand 24 und dem Gehäuseteil 14 angepaßt ist,
und in Abstand von diesem angeordnet ist.
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Das Gußglied 40 . ist einstöckig an einer Zentralhohlwelle41
für die Drehverbindung angebracht, wobei die letztere einen Bestandteil der Bremse
H bildet. Die Strömungsverbindungsteile 42 sind in dem innersten Teil des Gliedes
40 ausgebildet.
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Der Antrieb F kann wie mit der dünnen Umrißlinie in der Figur dargestellt,
eine trommelförmige Scheibe 50 mit einer ringförmigen V-förmigen Nut 51 für einen
Riemen umfassen; die Scheibe kann drehbar mit Hilfe einer nicht dargestellten Welle
gelagert werden und mit der Nabe 10 c verkeilt sein und auch einen Teil des Gußgliedes
10 bilden. Radial angeordnete Öffnungen 52 sind sowohl in der Nabe 10 c als
auch in der Scheibe 50 für die Aufnahme eines Stiftes 53 angebracht. Auf
diese Weise rotieren die Scheibe 50, das Gußteil 10 und der Gehäuseteil
14 zusammen. Der Antrieb G umfaßt eine Vollwelle 54 mit einer Nase 54 a,
die in einer Einkerbung der Nabe 10 c mit Hilfe eines Wälzlagers 55 drehbar
gelagert ist.
Eine hülsenförmige Buchse 56 ist um die Vollwelle
54 angebracht, um die Hohlwelle 41 drehbar drauf zu lagern.
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Die Welle 54 ist mit der Nabe 27 des Turbinenrades B verkeilt, und
zwar durch sowohl auf der Nabe als auch auf der Welle radial angeordnete öffnungen
57, die zur Aufnahme eines Stiftes 58 bestimmt sind. Die Bremse H, die die Drehung
des Umsteuerungselements C verhindern kann, besteht aus einer Hohlwelle 41, deren
eines Ende einstückig mit dem Element C verbunden ist. Die Hohlwelle 41 wird von
der Abtriebswelle 54 getragen und bewirkt, daß der radiale innere Teil des Gehäuseteils
14 durch ein Rollenlager 58 zwischen der ringförmigen Wand 59 des Teils und einem
gehärteten Verschleißrohr 60, das einstückig in die Hohlwelle 41 gegossen ist, drehbar
gelagert ist. Billige ringförmige Strömungsdichtungen 61 können zwischen dem Gehäuseteil
14 und dem Verschleißrohr 60 und zwischen den Wellen 41 und 54 angebracht werden.
Die Bremse H umfaßt weiterhin eine Vorrichtung 62, bestehend aus einer Blechscheibe
63 mit einem radial angeordneten inneren Bund 64, der mit abgebogenen Fingern 65
zur Aufnahme von in das äußere Ende der Hohlwelle eingelassenen Nuten ausgestattet
ist; die Bremsscheibe 63 ist zur Drehung mit der Welle 41 verbunden. Die Bremsmittel
62 können weiterhin einen Bremssattel einer Reibungsanordnung 66 umfassen,
die einen Sattel 67 aufweist, der zumindest einen Teil des äußeren Umfanges der
Scheibe 63 umgreift, und weiterhin ein Bremselement 68. Ein Bremsmittel, das 66
ähnlich ist, kann an der Abtriebswelle angebracht werden, um ein Kriechen des Turbinenelements
während des Leerlaufs des Fahrzeuges zu verhindern. Zu diesem Zweck kann eine Blechplatte
69 mit einem Hals 70 mit abgebogenen Fingern 71, die in die entsprechend geformten
Nuten in einer Hilfswelle 72, die mit der Abtriebswelle 54 verkeilt ist, passen,
angebracht werden. Die Scheibe 69 kann wahlweise gebremst oder gehemmt werden. Die
Vorwärtsbewegung der Abtriebswelle erfolgt bei ungebremsten, freiumlaufenden Leitrad
C.
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Bei der Betrachtung der Strömungszirkulation wird zum Zwecke der Erklärung
die Strömungsgeschwindigkeit in zwei Haupt-Strömungskomponenten eingeteilt, und
zwar in eine Strömung um die Kernglieder (Meridianströmung) jedes der beschaufelten
Elemente und in eine Drehbewegung um eine Achse 73, die die Hauptdrehachse des Getriebes
darstellt. Entsprechend hat der Strömungsfluß beim Verlassen des Pump- oder Pumpenradelements
zwei aufeinander senkrechte Geschwindigkeitskomponenten, wobei die eine der Komponenten
in einer die Achse 73 enthaltenden Ebene liegt (diese Geschwindigkeitskomponente
wird als Meridiangeschwindigkeit bezeichnet) und die andere Komponente in einer
Ebene vertikal zur Achse 73 liegt (und mit Umfangsgeschwindigkeit bezeichnet wird).
Die Richtung der Umfangsgeschwindigkeit am Pumpenradausgang 23 stimmt immer mit
der Drehrichtung des Pumpelements überein (Vorwärtsdrehung), und deshalb neigt sie
dazu, den Schaufelsatz 36 des Umsteuerungselements in die Vorwärtsrichtung anzutreiben.
Wenn die Bremse H ausgerückt ist, vernichtet sie keine kinetische Energie der der
Flüssigkeitsströmung. Deshalb stimmt die Richtung der Umfangsgeschwindigkeitskomponenten
der Strömung, die den Umsteuerungsschaufelsatz verläßt, mit der Richtung der Umfangsgeschwindigkeitskomponenten
der Strömung beim Verlassen des Pumpenrades überein. Die Umfangsgeschwindigkeitskomponente
sucht beim Verlassen des Umsteuerungselements dem in der Turbine dem Umsteuerungselement
folgenden beschaufelten Element eine Vorwärtsdrehung zu erteilen. Wenn also das
Umsteuerungselement, das zwischen dem Pumpenradausgang 23 und dem Strömungseingang
30 der Turbine liegt, ohne wesentliche Behinderung rotiert, dreht sich auch
das Turbinenrad vorwärts. Der Vorgang bei der Vorwärtsbewegung ist dem Vorgang der
Strömungskupplung ähnlich. Um eine stoßfreie und glatte Umsteuerung der Rotation
des Turbinenrades zu erreichen, muß eine Verzögerung der Scheibe 63 bewirkt werden
und eine Abbremsung der Bewegung des Umsteuerungselements C bewirkt werden.
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Die Schaufeln 36 des Umsteuerungselements sind dazu bestimmt, die
Richtung der Umfangsgeschwindigkeitskomponenten des Strömungsflusses um etwa 180
Grad von der Richtung der Umfangsgeschwindigkeitskomponenten der Strömung beim Pumpenradausgang
23 zu ändern. Diese wesentlich geänderte Umfangsgeschwindigkeitskomponente bewirkt,
daß das dem Umsteuerungselement folgende Element (nämlich die Turbine) eine entgegengesetzte
Drehung erteilt wird. Wenn also das Umsteuerungselement C wesentlich in seiner Rotation
gehemmt ist, dreht sich das Turbinenrad in entgegengesetzter Richtung zur Rotation
des Pumpenrades. Es folgt daraus, daß die Strömungsvorrichtung auf zwei verschiedene
Arten arbeiten kann. Die erste Art ist die Vorwärtsbewegung des Turbinenradelements,
während das Umsteuerungselement unter dem Einfluß des Strömungsflusses in der Kammer
D frei rotieren kann, und die zweite Art besteht darin, daß das Turbinenelement
B sich rückwärts dreht, wenn das Umsteuerungselement C an der Rotation gehindert
ist. Zwischen diesen beiden bestimmten Betriebsweisen gibt es einen Übergangspunkt.
Durch den fortschreitend zunehmenden Schlupf der Scheibe 63 bei der Betätigung des
Bremssattels 66 kann das Turbinenrad vollständig in der Rotation angehalten werden.
Dieser übergangspunkt kann beim Betrieb dazu benutzt werden, um ein vorübergehendes
Anhalten des Turbinenrades zu ermöglichen.
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Da die Flüssigkeitstemperatur in der im wesentlichen abgedichteten
und verschlossenen Kreislaufkammer bei der Betätigung der Bremse H als Folge eines
Leistungsverlustes steigt, ist eine Druckausgleichskammer 90 angebracht. Sie besteht
aus einer flexiblen Membran 91, deren eine Fläche normalerweise mit dem in der Kammer
D herrschenden Flüssigkeitsdruck durch am Umfang angeordnete Öffnungen 1.9 in der
Gegenkrümmung oder Nabe der Turbine verbunden ist. Die inneren und äußeren ringförmigen
Teile 92 und 93 der Membran sind durch eine ringförmige Blechschale 94 befestigt,
die auf einer Seite des Bauteils 10 angebracht ist, wobei der Außenumfang 94 a in
der Nut 13 der Schulter 12 und der Innenumfang 94 bin der Einkerbung 18 aufgenommen
werden. Die Schale 94 bildet eine Hilfsexpansionskammer 95 für die Membran.
Die Hilfskammer ist normalerweise für den atmosphärischen Druck geöffnet, so daß
der Strömungsdruck des Kreislaufs D dem atmosphärischen Druck angeglichen werden
kann. Die Ausgleichskammer 90 liegt im wesentlichen nahe der Rotationsachse 73,
so daß die ringförmige Kammer immer bei allen Geschindigkeiten
der
Vorrichtung im wesentlichen mit Öl gefüllt ist.
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Die Kupplung kann durch eine axiale Öffnung 96, die in Teil
10 b angebracht ist, mit Öl gefüllt werden.