Hydrodynamischer Drehmomentwandler, insbesondere für Kraftfahrzeuge. Die Erfindung betrifft einen zur Küh lung der Arbeitsflüssigkeit ausgebildeten hy drodynamischen Drehmomentwandler. An Stelle der üblichen umständlichen und teuren Kühlung der Arbeitsflüssigkeit bei bekann ten Wandlern, wobei dauernd verhältnis mässig grosse Mengen Arbeitsflüssigkeit in. Umlauf gehalten und durch den Wandler hindurch geführt werden, die ja in erster Linie durch die beim Anfahren in kürzesten Zeiträumen abzuführenden grossen Wärme mengen bestimmt sind und wofür ein beson ders grosser separater Wärmeaustauscher er forderlich ist, macht es die Erfindung mög lich,
eine auf kleinen Raum beschränkte ausserordentlich leistungsfähige Kühlung zu erzielen und dadurch eine betriebssichere und anpassungsfähige Kraftübertragung zu er halten, die insbesondere für Kraftfahrzeuge, zum Beispiel Schienentriebwagen oder Loko motiven, geeignet ist.
Bei der üblichen Anordnung mit einem besonderen Wärmetauscher ist die Tempera tur des Öls im Wandler selbst immer wesent lich höher (20 bis 30 ) als im Wärmetau scher. Auf eine plötzlich starke Zunahme des Wärmeanfalles spricht der Wärmetauscher erst "richtig" an, wenn der Temperatur anstieg schon ein beträchtliches Mass erreicht hat. Um im Wandler die Temperaturgrenze nicht zu überschreiten, muss bei der Anord nung mit besonderen Wärmetauschern die nor mal höchste Betriebstemperatur wenigstens um das erwähnte Mass niederer gelegt werden, da sonst Störungen eintreten. Je höher die Be triebstemperatur des Wandlers gewählt wird, desto grösser muss der Wärmetauscher sein.
Dazu kommt dann noch eine gewisse Träg heit in der Übermittlung der Kühlwirkung auf den Wandler zurück, die um so grösser ist, je kleiner die im Umlauf befindliche Öl menge ist. Diese Anordnungen erfordern also grosse Umlaufpumpen, um eine rasche Kühl wirkung zu erhalten. Bei der Anordnung nach der Erfindung kann dagegen mit Temperaturen im Wand- ler gefahren werden, die relativ nahe der höchst zulässigen Grenztemperatur liegen, da durch die erfindungsgemässe Kühlungsart ein relativ sofortiges Ansprechen und eine relativ starke Kühlwirkung sicher gewähr leistet sind.
Die Betriebsweise des erfin dungsgemässen Wandlers ist wesentlich gün stiger, die Empfindlichkeit beim Anfahren und bei Fahrt auf Steigungen wesentlich ge ringer als bisher, da die Wärme verhältnis mässig intensiv und rasch abgeführt wird.
Nach der Erfindung ist das stillstehende, auf der Innenseite den Leitapparat tragende und die umlaufenden Teile umschliessende Gehäuse des Wandlers mit Kühlflächen zur Abführung' der in der Arbeitsflüssigkeit des hydraulischen Kreislaufes enthaltenen Wärme durch einen in bestimmter Richtung erzwungenen, die genannten Kühlflächen bestreichenden Kühlwasserstrom versehen. Gleichzeitig wird der Gehäuseinnenraum nach aussen möglichst gut abgedichtet und dem Kreislauf nur eine verhältnismässig kleine Menge Arbeitsflüssigkeit zum Nach füllen zugeführt.
Das Wandlergehäuse wird mit gegenüber dem Flüssigkeitskreislauf völ lig abgeschlossenen Kühlräumen versehen, durch welche Kühlwasser mit beträchtlicher Geschwindigkeit geführt werden kann.
Man hat zwar schon versucht, hydro dynamische Kupplungen oder Drehmoment- wandler durch einen Luftstrom oder durch Flüssigkeit zu kühlen. Alle bekanntgeworde nen Einrichtungen erreichen jedoch keine ge nügende Wirkung und Betriebssicherheit und eignen sich insbesondere nicht für grössere Antriebsleistungen, da die Kühlflächen un genügend sind, das Kühlmittel nicht zwang läufig geführt ist oder das Kühlmittel an laufenden Teilen entlang geführt werden muss,
infolgedessen die Abdichtung schwierig ist usw. Man ist deshalb von derartigen mit Kühlvorrichtungen versehenen Wandlern wieder abgegangen.
Im Gegensatz zu den bisherigen An schauungen der Fachleute hat sich bei Ver- suchen mit einer Kühleinrichtung nach der Erfindung herausgestellt, dass etwa die fünf fache Kühlwirkung pro Flächeneinheit er reichbar ist.
Es kann deshalb die gleiche Kühlwirkung wie mit einem Wärmetauscher mit wesent lich geringerem Aufwand an Kühlfläche und an umständlichen Leitungen für die Ar beitsflüssigkeit unmittelbar am Wandler er reicht werden.
Erst durch die durch die Erfindung an gegebenen Mittel - vor allem möglichst dichter Abschluss des Gehäuseinnenraumes, Ausbildung des Gehäuses und des ganzen Wandlers im Hinblick auf grosse Kühlflä chen, erzwungene Führung des Kühlwasser stromes - wird ein insbesondere auch für die Übertragung grosser Antriebsleistungen und für hohen Wandlungsgrad geeigneter Drehmomentwandler geschaffen, der durch wirksame anpassungsfähige Kühlung hohe Betriebssicherheit erreicht und geringen Raum benötigt, so dass er vor allem für Kraftfahrzeuge, zum Beispiel Schienentrieb wagen, geeignet ist.
Es hat sich gezeigt, dass mit einem bisher für 400 PS betriebenen hy draulischen Wandler der üblichen Bauart und Grösse<B>(</B> 480 mm Durchmesser des üblichen Wandlers ohne Wasserkühlung, 510 mm bei Ausbildung nach der Erfindung) bei Anwendung der Erfindung ohne weite res 1200-1ä00 PS erreicht werden können. Die übertragene Leistung eines derartigen hydraulischen Drehmomentwandlers lässt sich ohne Änderung der eigentlichen Wandler- abmessungen auf das Dreifache und vielleicht noch höher steigern.
Gleichzeitig wird durch die Erfindung die Höhe und der Verlauf des Wirkungsgrades des Drehmomentwandlers durch die Vermeidung der bei den üblichen Ausführungen hohen Spaltverluste und die dadurch gleichmässigen Druck- und Tempe raturverhältnisse verbessert.
Besonders vorteilhaft lässt sich die Erfin dung bei Kraftübertragungen anwenden, bei denen nur ein DrehmomenWandler verwen det wird, zum Beispiel in Verbindung mit einem Wechselgetriebe bei Kraftfahrzeugen, da in diesem Fall eine Ummantelung des Drehmomentwandlers zwecks Bildung von Kühlwasserräumen sich am günstigsten durchführen lässt.
Ferner kann eine besonders vorteilhafte Ausführung und gute Kühlwirkung bei grossen Strömungsgeschwindigkeiten dadurch erreicht werden, dass in dem Kernraum des Dreh- momentwandlers ein weiterer Kühlraum an geordnet wird, der ebenfalls von Kühlwasser durchflossen wird.
An den Wärme überleitenden Wänden der Wasserräume werden zweckmässig Rip pen zur Erhöhung des Wärmeüberganges an gebracht. Besonders einfache Bauart und gute Wirkungsweise werden erreicht, wenn das Kühlwasser in Umfangsrichtung um das Gehäuse geleitet wird.
Als Kühlmittel kann bei Kraftanlagen zweckmässig das Kühlwasser des Antriebs motors verwendet werden, so dass besondere Umlaufpumpen für die Wandlerkühlung nicht benötigt werden.
Mit der erwähnten möglichst guten Ab dichtung des Gehäuseinnenraumes, so, dass nur noch unbedeutende kleine Flüssigkeits verluste an den Dichtungsspalten des Wand- lers sich ergeben, wird im Gegensatz zu den üblichen Ausführungen hier der Grenzfall des vollständig dicht abgeschlossenen Wand- lers angestrebt. In vorteilhafter Weise wird bei der nur noch geringen notwendigen Zu fuhr von Arbeitsflüssigkeit zur selbsttätigen Regelung des Druckes im Wandler ein Über druckventil vorgesehen.
Dieses Überdruck ventil kann so ausgebildet sein, dass die Fe derspannung des Überdruckventils regulier bar ist. Eine gegebenenfalls zweckmässige Anordnung ergibt sich dadurch, dass das Überdruckventil mit dem Kernraum des Wandlers in Verbindung steht.
Durch das Überdruckventil wird die Uberschreitung eines bestimmten Grenz- druckes im Wandler verhindert. Es ist da durch mit einfachen Mitteln erreicht, dass eine ausreichende Druckhöhe der Flüssigkeit im Wandler dauernd vorhanden ist, so dass keine Schaumbildung und insbesondere beim Anfahren - also bei niedriger Drehzahl keine grösseren Verluste auftreten können. Bei Zunahme der Pumpendrehzahl entspre chend der Motordrehzahl erhöht sich zwar die Pumpenförderung, die Druckhöhe im Wandler ändert sich jedoch nur unwesentlich entsprechend dem mit der Durchflussmenge sich etwas ändernden Widerstand des Über druckventils.
Die Förderpumpe kann sehr klein gehal ten werden. Temperaturänderungen, Abnüt zung der Dichtungen und dergleichen sind ohne Einfluss, da die Druckhöhe im Wandler stets durch das Überdruckventil bestimmt wird. Die für die Förderpumpe erforderliche Leistung ist gering.
In der Zeichnung sind einige Ausfüh rungsbeispiele des hydrodynamischen Dreh- momentwandlers nach der Erfindung, gröss tenteils schematisch dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Teilachsialschnitt durch einen Wand- ler, Fig. 2 einen solchen durch einen zweiten Wandler, dessen Turbinenrad verschiebbar ist nach der Linie B-B der Fig. 3. Fig. 3 ist ein Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 2. Fig. 4 zeigt einen Achsialschnitt durch einen Wandler mit Überdruckventil.
Es bedeuten in Fig. 1: 1 einen still stehenden Gehäuseteil, 2 einen Kühlraum, der den Teil 1 umgibt, 3 den Stutzen für die Zuleitung des Kühlwassers zu dem Raum 2, 4 den Ableitungsstutzen desselben. Der Stut zen 4 liegt vor der Bildebene. Zwischen bei den ist eine in der Zeichnung nicht darstell bare, etwa in der Bildebene verlaufende Querwand im Kühlraum 2 angebracht. 5 ist ein Deckel, durch welchen das Wandler- gehäuse nach rechts hin verschlossen wird und der ebenfalls einen Kühlraum 6 besitzt.
Durch Schraubenverbindungen ist einerseits der Innenraum des Wandlers nach aussen, anderseits der Kühlraum 2, 6 nach innen und aussen abgeschlossen, so dass dieser gegenüber dem Arbeitskreislauf völlig abgeschlossen ist.
7 ist die Antriebswelle, 8 die getriebene Welle, 9 das Pumpenrad, 10 das Turbinen rad, 11 die an der Innenseite des Teils 1 an geordneten Leitschaufeln. 12 ist der Kern- rauen des Wandlers, in dem ebenfalls ein Kühlraum 13 gebildet ist, der durch Leitun gen 14 und 15 mit dem Kühlraum 2 in. Ver bindung steht. Die Leitung 15 liegt vor der erwähnten Trennwand. 17 und 18 sind Lager für -die Welle 7, 19 und 20 solche für die Welle 8 in dem Gehäuseteil 1 bezw. dem Deckel 5. 21, 22 und 23 sind Dichtungen.
Durch die Dichtungen 21, 22 und 23 wird der Gehäuseinnenraum nach aussen möglichst gut abgedichtet und zum Nachfüllen im Gegensatz zu den üblichen Ausführungen nur eine geringe Menge Arbeitsflüssigkeit durch eine nicht gezeigte Leitung zugeführt, so dass der Wandler eben unter genügendem Druck gehalten wird. Die durch den An schlussstutzen 3 dem Raum 2 zugeführte Kühlwassermenge wird in der Umfangsrich tung des Wandlers um diesen herumgeführt und gelangt nach oben zu dem Stutzen 4; durch welchen das Kühlwasser wieder abge führt wird.
Durch diese zwangsmässige Füh rung ist eine besonders gute Kühlung ge währleistet, da an der Innenseite der von dem Kühlwasser bespülten Wandungen anderseits das Arbeitsöl des Wandlers mit grossen Geschwindigkeiten vorbeiströmt.
Diese Kühlwirkung wird noch erhöht dadurch, dass auch dem Innenraum 12 durch. das Rohr 14 Kühlwasser zugeführt wird, welches in. gleicher Weise in der Umfangs richtung geführt werden kann und durch das Rohr 15 wieder in den Kühlraum 2 und von dort durch den Stutzen 4 abgeführt wird.
In den Fig. 2 und 3 bedeuten: 31 einen Gehäuseteil des Wandlers, 32 einen Kühl raum, 33 die Zuleitung, 34 die Ableitung des Kühlwassers, 35 einen an dem Gehäuseteil 31 angeordneten Deckel, einen auf der Aussenseite desselben befindlichen Kühlraum 36. 37 ist die Antriebswelle, 38 die getrie bene Welle, 39! das Pumpenrad, 40 das Tur binenrad, welches durch hydraulischen Druck achsial aus dem Kreislauf herausgeschoben werden kann mit Hilfe der gezeigten, aus einem aussenverzahnten Zylinder und einem darin befindlichen Kolben bestehenden Vor richtung, welcher durch die Welle 37 das Steueröl zugeleitet wird. 41 sind die an der Innenseite des Gehäuseteils 31 angeordneten Reitschaufeln.
42 ist der Kernraum, welcher einen Kühlwasserraum 43 enthält, dem das Wasser durch eine Bohrung 44 zugeleitet wird und aus dem dasselbe durch eine ähn liche, gegenüber 44 in der Umfangsrichtung versetzte Bohrung wieder herausgeführt wird. Diese Bohrungen sind zweckmässig durch die Leitschaufeln 41 geführt. 51, 52, 53 und 54 sind Abdichtungsstellen. 55 sind Rippen an der Aussenwand der Gehäuseteile 31, 35, 56 Rippen im Wasserraum des Kerns. Diese Rippen verlaufen in der aus Fig. 3 ersicht lichen Weise dem Umfang nach. 60 ist eine Querwand, welche von der Nabe bis zu den Ein- und Austrittsstutzen verläuft.
Eine entsprechende Wand wird zweckmässig auch in dem Kühlraum 43 für den Kernraum 42 zwischen den beiden Bohrungen für die Zu- und Abführung des Kühlwassers vorge sehen. Auch bei dieser Ausführung ist der Kühlraum 32, 36 gegenüber dem Arbeits kreislauf völlig abgeschlossen.
Das Kühlwasser tritt dureh den Stutzen 33 in den Kühlmantel ein und wird durch die Rippen 55 um den ganzen Wandler herum geführt, bis es entlang der Wand 60 zu dem Austrittsstutzen 34 gelangt. Ein Teil des Wassers gelangt durch die Bohrung 44 in den Raum 43, durchströmt dort ebenfalls in der Umfangsrichtung den Kernraum und tritt, nachdem es wieder nach oben gelangt ist, durch eine der Bohrung 44 entsprechende zweite Bohrung wieder in den Raum 32 ein und gelangt damit zu dem Austrittsstutzen 34. In dem Raum 43 wird durch die er wähnte Querwand ebenfalls die Strömung in der Umfangsrichtung erzwungen.
61 ist ein Zuleitungsrohr, welches an der Bohrung 62 mündet, wodurch die geringe zum Nachfüllen erforderliche Menge Ar- beitsöl dem Innern des Wandlers zugeleitet wird.
Die Kühlwirkung der gezeigten Anord nung ist ausserordentlich gut, in manchen Fällen genügt der Kühlraum 2 bezw. 32, da längs diesem Raum 2 bezw. 32 die höchsten Geschwindigkeiten im Wandler vorliegen, so dass auf die Kühlung des Deckels verzichtet werden kann.
In der Fig. 4 ist mit 101 ein stillstehen der Gehäuseteil des Wandlers mit dem Ar beitsraum 102 bezeichnet. 103 ist ein Kühl raum, der den Innenteil des Wandlers um gibt. Der Deckel 104, der auf den Gehäuse teil 101 aufgeschraubt ist, verschliesst den letzteren auf der Sekundärseite und besitzt ebenfalls einen Kühlraum 105. 106 ist der Kernraum des Wandlers, während 107 den Leitapparat darstellt. Das Pumpenrad 108 ist mit der Antriebswelle 109 fest verbunden, und auf der Abtriebswelle 110 sitzt, eben falls fest mit ihr verbunden, das Turbinen rad 111.
112, 113 sind Dichtungen, die für eine gute Abdichtung des Arbeitsraumes des Wandlers nach aussen sorgen, 114, 115, 116 sind Labyrinthdichtungen innerhalb des Wandlers.
Die Druckpumpe 20, welche durch die Leitung 121 mit dem Arbeitsraum 102 ver bunden ist, hält die Arbeitsflüssigkeit des Wandlers immer unter dem nötigen Druck.
Das am Gehäuseteil 101 angebrachte Uberdruckventil 130 besitzt den Ventilkör per 131, dessen Schaft in der Druckschraube 132 gleitend geführt ist. Der Ventilkörper 131 wird von der Feder 133 gegen seinen Sitz in einer Erweiterung der Bohrung 134 ge drückt. 135 ist ein Abflussrohr, das vom Innenraum des Überdruckventils 130 ins Freie führt. Beim Verdrehen der Druck schraube 132 wird die Feder 133 mehr oder weniger gespannt, so dass der Grenzdruck des Überdruckventils beliebig eingestellt werden kann. Dadurch wird erreicht, dass im Arbeits raum des Wandlers bei sich drehender Pumpe immer genügend Druck vorhanden ist, der durch die Einstellung des Überdruckven tils bestimmt ist und eine Schaumbildung der Arbeitsflüssigkeit mit ihren nachteiligen Fol gen nicht auftreten lässt.
Das Überdruckventil kann auch an andern Stellen des Wandlers angebracht werden, wie in der Zeichnung strichpunktiert gezeigt ist. So ist zum Beispiel das Über druckventil 140 mit dem Kernraum des Wandlers verbunden, während das Über druckventil 150 am Deckel des Wandlers an gebracht ist. Die Wirkungsweise des Über druckventils ist an dieser Stelle die gleiche, wie bereits beschrieben.