Technisches Gebiet: Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Drehmomentwandler ge- mäss Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Stand der Technik

Bei den üblicherweise verwendeten Drehmomentwandlern oder Ge- trieben erfolgt die Kraftübertragung von einer Antriebswelle zu einer Abtriebswelle über Zahnräder, Kupplungen oder Zwischenwel- len. Diese Getriebe sind aufgrund der aufwendigen Mechanik und dem hochbeanspruchbaren Material relativ teuer und zudem recht schwer.

Es sind deshalb verschiedenartige stufenlose Getriebe bekannt, bei welchen , die Übertragung des Drehmomentes mittels eines Strö- mungsmittels erfolgt. So offenbart DE-2'431'555 ein hydrodynami- sches Getriebe, bei welchem ein ölstrom, der durch eine von ei- ner Kraftmaschine angetriebenen Pumpe erzeugt wird, in eine dre- hende Bewegung umgewandelt wird. EP-A-0259 ' 590 beschreibt ein regelbares hydrostatisches Getriebe mit einer radial ineinander- gebauten Pumpen/Motoreinheit mit gegenseitig einstellbaren För- dervolumen. DE-A-1 ' 962 ' 613 offenbart ein hydrostatisches Getrie- be, bei welchem Pumpe und Motor als Flügelzellenpumpe resp. -mo- tor ausgebildet sind. Auch hier ist die Pumpe und der Motor ra- dial ineinander in einem Zylinder angeordnet. Dabei weist der Zylinder eine äussere und eine innere Lauffläche auf, welche ex- zentrisch angeordnet sind, um die Fördermenge und somit das Drehmoment zu regeln.

Diese hydraulischen Getriebe sind jedoch relativ kompliziert aufgebaut, schwierig zu regeln und weisen eine relativ geringe Leistungsübertragung auf. Ferner ist aus EP 1' 001' 172 eine Flügelzellenpumpe bekannt, wel- che einen Stator aufweist, der innerhalb eines Lagergehäuses ra- dial zu einer Antriebswelle verstellbar gelagert ist.

Darstellung der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen hydraulischen Drehmoment- wandler zu schaffen, welcher kostengünstig herstellbar und ein- fach zu regeln ist.

Diese Aufgabe löst ein hydraulischer Drehmomentwandler mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Der erfindungsgemässe Drehmomentwandler weist mindestens zwei Flügelzellen-Stator/Rotorsätze auf, welche in Achsrichtung hin- tereinander angeordnet sind, wobei mindestens einer der, vor- zugsweise jedoch alle Statoren druck- und/oder fliehkraftbedingt in ihrem Abstand zum jeweils zugehörigen Rotor in mindestens ei- ner radialen Richtung veränderbar sind und so die Grösse der Pumpkammer verändern. Durch eine Regelung dieser Veränderung lässt sich ein stufenlos veränderbares Getriebe schaffen. Die Veränderung des radialen Abstandes bedingt eine Veränderung der durch die Pumpkammern förderbaren Fördermenge der Pumpflüssig- keit und somit eine Veränderung des Antriebs des zweiten Sta- tor/Rotorsatzes.

In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der veränderbare Stator aus mindestens zwei Teilstücken, welche über Verzahnungen miteinander in Eingriff bringbar sind.

Die Regelung des Abstandes des Stators zum Rotor und somit die Regelung des von einer Antriebswelle auf eine Abtriebswelle übertragenen Drehmomentes erfolgt erfindungsgemäss einerseits mittels Rückstellfedern, welche den Stator in radialer Richtung hin zur Achse der Wellen kraftbeaufschlagen, und andererseits mittels Regelkolben, welche im Falle' von Beschleunigungen und Verzögerungen des Drehmomentwandlers auf den Stator wirken und die Pumpkammer in ihrer Grösse verändern.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung weist eine geringe Baugrösse, ein relativ geringes Eigengewicht und eine optimal anpassbare Kraftübertragung auf.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von bevorzug- ten Ausführungsbeispielen, welche in der beiliegenden Zeichnung dargestellt sind, erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen

Drehmomentwandler; Figur 2 einen Querschnitt durch den Drehmomentwandler gemäss Figur 1 entlang A-A;

Figur 3a eine Ansicht eines ersten Teilstückes eines erfin- dungsgemässen Stators;

Figur 3b einen Teilschnitt eines Details gemäss Figur 3a;

Figur 4 eine Ansicht eines Rotors; Figur 5 einen Querschnitt durch eine Steuerpumpe;

Figur 6a einen Querschnitt durch eine pumpenseitige Steuerplatte;

Figur 6b eine Ansicht der Steuerplatte gemäss Figur 6a von einer ersten Seite;

Figur 6c eine Ansicht der Steuerplatte gemäss Figur 6a von einer zweiten Seite;

Figur 7 eine Ansicht eines Steuergehäuses und

Figur 8 eine schematische Darstellung des erfindungsgemässen

Drehmomentwandlers im Zustand der Beschleunigung.

Wege zur Ausführung der Erfindung

In Figur 1 ist ein erfindungsgemässer stufenlos regelbarer hy- draulischer Drehmomentwandler, auch Zellenwandler genannt, dar- gestellt. Er weist ein Gehäuse G auf, welches auf einer Seite von einer Antriebs- oder Pumpenwelle P und auf der anderen Seite von einer Abtriebs- oder Motorwelle M durchsetzt ist. Die zwei Wellen nähern sich in der Mitte des Gehäuses G aneinander an, ohne jedoch miteinander verbunden zu sein. Sie bilden eine ge- meinsame Achse.

Im Gehäuse G ist sind mindestens zwei, hier genau zwei Flügel- zellen-Stator/Rotorsätze SRI, SR2 mit äusserer Flügelkolbenab- Stützung angeordnet. Sie sind in Achsrichtung hintereinander an- geordnet und vorzugsweise identisch aufgebaut. Der erste Flügel- zellen-Stator/Rotorsatz SRI bildet eine Flügelzellenpumpe und ist in einem Pumpengehäuse 1 gelagert, der zweite Flügelzellen- Stator/Rotorsatz SR2 bildet einen Flügelzellenmotor und ist in einem Motorgehäuse 2 gelagert. Die zwei Gehäuse 1, 2 sind im we- sentlichen spiegelsymmetrisch aufgebaut, wobei je nach gewünsch- tem Obersetzungsverhältnis der Flügelzellenmotor eine grössere Masse aufweist als die Flügelzellenpumpe. Das hier dargestellte Beispiel ist für Lastwagen geeignet. Zwischen dem Pumpengehäuse 1 und dem Motorgehäuse 2 ist ein Steuergehäuse 3 angeordnet.

Im Pumpengehäuse 1 ist eine Steuerpumpe 4 angeordnet, welche von der Antriebswelle P durchsetzt ist. Diese Steuerpumpe 4 ist in Figur 5 im Querschnitt dargestellt. Sie verfügt über Ein- gangsöffnungen 40, um eine Pumpenflüssigkeit, vorzugsweise, öl, von aussen in die Steuerpumpe 4 und Auslassöffnungen 41, um das öl in den ersten Stator/Rotorsatz RS1 zu leiten. Ferner ist ein Steuerkanal 42 vorhanden. Diese Steuerpumpe 4 erzeugt und regelt den beim Anfahren des Wandlers notwendigen Steuerdruck.

Das Grundprinzip ist wie folgt : Die Antriebswelle P treibt ei- nen Rotor 6 des ersten Stator/Rotorsatzes SRI an. Dieser gibt das Drehmoment an das unter Druck stehende Pumpenfluid weiter, welches den Rotor 6' des zweiten Stator/Rotorsatzes SR2 an- treibt, welcher wiederum mit der Abtriebswelle M starr verbunden ist. Durch Regelung der Menge des Pumpenfluids lässt sich ein stufenloses Getriebe schaffen. Erfindungsgemäss erfolgt diese Regelung, wie nachfolgend genauer erläutert wird, durch eine druck- und/oder fliehkraftbedingte Änderung des Abstandes zwi- schen Rotor 6 und Stator 7. Dadurch, dass sich die zwei Statoren 7,7' der zwei Sätze mittels der Regelung unterschiedlich öffnen lassen, kann jede beliebige Übersetzung eingestellt werden.

Das Pumpengehäuse 1 weist einen im wesentlichen runden Aussenum- fang auf. Im Innern weist das Gehäuse 1 einen in zwei Stufen un- terteilten Hohlraum auf. Die der Steuerpumpe 4 benachbarte Stufe weist eine abgeflachte Kreisform auf . und dient zur rotationsfi- xierten Aufnahme einer pumpenseitigen Druckplatte 5 mit Steuer- funktion. Die Druckplatte gewährleistet eine spaltfreie Abdich- tung zwischen Rotor und Stator. Die zweite Stufe weist einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf, wobei äie in Längs- richtung mit zwei einander gegenüberliegenden Nasen 10 verlän- gert ist. Dies ist in Figur 2 sichtbar. In dieser Stufe ist der erste Flügelzellen-Stator/Rotorsatz SRI angeordnet.

Wie wiederum in Figur 1 sichtbar ist, folgt das Steuergehäuse 3 mit einer in Figur 7 dargestellten lagefixierten mittleren Steu- erplatte 30. Anschliessend folgt das ebenfalls zwei Stufen auf- weisende und bis auf die nicht vorhandene Ausnehmung für eine Steuerpumpe symmetrisch zum Pumpengehäuse 1 aufgebaute Motorge- häuse 2. Dabei ist benachbart zur Steuerplatte 30 der zweite Stator/Rotorsatz SR2 und anschliessend eine motorseitige Druck- platte 5' rotationsfixiert angeordnet, welche vorzugsweise iden- tisch wie die pumpenseitige Druckplatte 5 aufgebaut ist. Die Ab- triebswelle M durchsetzt das Motorgehäuse 2.

In Figur 2 ist ein Querschnitt durch das Pumpengehäuse 1 darge- stellt. Der Querschnitt durch die entsprechende Stelle im Motor- gehäuse 2 wäre identisch. Der Pumpenstator 7 des Sta- tor/Rotorsatzes SRI weist denselben Querschnitt auf wie die zweite Stufe des .Pumpengehäuses' 1, ist jedoch kürzer ausgebil- det. Vorzugsweise beträgt der Unterschied und somit der maximale Verschiebeweg 5-10 mm. Der Stator 7 weist eine mindestens annä- hernd kreisförmige zentrale Öffnung mit einer inneren Lauffläche 70 auf, in welcher der zugehörige Rotor 6 angeordnet ist. Eine Einzelansicht eines Rotors 6 ist in Figur 4 ersichtlich. Der Ro- tor 6 sitzt dabei auf der Antriebswelle P, deren äusserer Umfang verzahnt ist. Der Pumpenrotor 6 weist hierfür eine Aufnahmeöff- nung für die Antriebswelle P auf, welche in diesem Bereich eben- falls verzahnt ist. Der Pumpenrotor 6 wird mittels der Antriebs- welle P angetrieben.

Der Rotor 6 weist mehrere über dem Umfang gleichmässig verteilte Ausnehmungen auf, in welchen kolbenförmige Flügelkolben 60 radi- al verschiebbar gelagert sind. Mittels dieser Flügelkolben 60 läuft der Rotor 6 auf der inneren Lauffläche 70 des Stators 7 ab, wobei das Pumpenfluid von einer antriebsseitigen Saugseite des Stator/Rotorsatzes SRI zur gegenüberliegenden Druckseite des Satzes SRI gepumpt wird. Pumpenfluid, welches sich zwischen Sta- tor 7 und Rotor 6 befindet, wird durch die Rotationsbewegung des Rotors 6 ebenfalls in eine Kreisbahn gezwungen.

Erfindungsgemäss lässt sich nun der Stator 7 durch den Öldruck und/oder die durch die Rotation des Öls entstehende Coriolis- oder Fliehkraft in seinem Abstand zum Rotor 6 verändern. Hierfür besteht der Stator 7, welcher vorzugsweise aus Metall oder einem anderen steifen Material gefertigt ist, aus mindestens zwei Teilstücken. Eines davon ist in Figur 3a dargestellt. Im hier beschriebenen Beispiel besteht der Stator 7 aus genau zwei Teil- stücken 71, 72, welche im wesentlichen spiegelsymmetrisch zuein- ander aufgebaut sind und deren Lage zueinander druck- und/oder fliehkraftbedingt veränderbar ist. Dabei wird die Kreisform der Lauffläche 70 in zwei diagonal entgegengesetzten Richtungen aus- einandergespreizt. In Figur 2 ist eine leicht aus- einandergespreizte Position dargestellt. Jedes der Teilstücke 71, 72 weist, wie in Figur 3b sichtbar ist, diagonal entgegenge- setzte Verzahnungen 73 auf, welche mit Verzahnungen des benach- barten oder anderen Teilstückes in Eingriff bringbar sind. Da- durch lässt sich der Stator 7 druck- · und/oder fliehkraftbedingt geführt auseinanderziehen und wieder zusammenziehen.

Der erfindungsgemässe Drehmomentwandler verfügt ferner über Mit- tel, um diese Bewegung zu regeln und zu begrenzen. Einerseits ist hierfür in der Nase 74 des Stators 7 eine Rückstellfeder 75 angeordnet, welche den Stator in radialer Richtung zur Achse der Antriebswelle P hin kraftbeaufschlagt. Andererseits ist beidsei- tig der Nase, ebenfalls, in der kürzeren Seite des Stators 7 je ein Regelkolben 76, 77 angeordnet. Im Bereich dieser Regelkolben 76, 77 weist der Stator 7 radial verlaufende Regelungs- Durchlassöffnungen 78 auf, welche den Kolben 76, 77 mit einer durch den Abstand zwischen Rotor 6 und Stator 7 gebildeten Kam- mer hydraulisch verbindet. Sind, wie hier dargestellt, genau zwei Teilstücke 71, 72 vorhanden, so genügen je zwei Regelungs- Durchlassöffnungen 78 pro Teilstück und je zwei zugehörige Re- gelkolben 76, 77. Vorzugsweise weist jede Öffnung 78 eines Teil- stücks 71, 72 ein diagonal entgegengesetztes Pendant im anderen Teilstück 71, 72 auf. Zudem sind die zwei in demselben Teilstück angeordneten Öffnungen 78 spiegelsymmetrisch bezüglich einer Mittellinie L angeordnet. Diese Mittellinie L schneidet die Ach- se der Antriebswelle P und verläuft senkrecht bezüglich einer Trennungsebene T der zwei Teilbereiche. Je einer der Kolben 76, 77, hier der mit der Ziffer 76 bezeichnete, dient zur Regelung der Flüssigkeits-Hubmenge bei einer Beschleunigung und der mit der Ziffer 77 gekennzeichnete Kolben der Regelung bei einer Ver- zögerung. Dabei regeln diagonal entgegengesetzte Kolben dieselbe Antriebsart . Die pumpenseitige und die motorseitige Druckplatte 5, 5' sowie die mittlere Steuerplatte 30 weisen, wie dies in den Figuren 6a,b,c und Figur 7 dargestellt ist, Längskanäle 50, 31 auf, wel- che in ümfangsrichtung des jeweiligen Rotors 6,6' verlaufen. Zu- dem weisen die pumpenseitige und die motorseitige Steüerplatte 5, 5' je mindestens eine kreisförmige Steueröffnung 51 auf, wel- che mit den Flügelkolben 60 des Rotors 6 in hydraulisch kommuni- zierender Verbindung stehen. Benachbart zu den Kanälen und Öff- nungen 50/51 der Druckplatten 5, 5' sind Druckkissen 50' 51' an- geordnet, um eine axiale Abdichtung zwischen Rotor und Stator zu gewährleisten.

Die Längskanäle 50, 31 der drei Platten 5, 5', 30 sind vorzugs- weise in einer Linie hintereinander angeordnet. Dabei weist jede Platte 5, 5' , 30 vorzugsweise vier über ihren Umfang gleichmä- ssig verteilte Längskanäle 50, 31 auf. Die Druckplatten 5, 5' sind dabei so angeordnet, dass sie im Bereich der Regelungs- Durchlassöffnungen 78 zu liegen kommen. Diese Längskanäle 50, 31 sind mit der Pumpkammer verbunden, so dass die zwei Sta- tor/Rotorsätze R ^' Sl und RS2 in hydraulisch kommunizierender Ver- bindung stehen. Durch die Lageveränderung der Stators 7 lassen sich die Grösse der Öffnung und somit die Durchlassmenge variie- ren. Wie oben beschrieben lässt sich regeln, wie weit der Stator 7 vom Druck des Pumpenfluids wie auch von der durch ihre Rotation erzeugten Fliehkraft auseinandergedrückt wird. Da sich der Pum- penstator 7 und der Motorstator 7' getrennt regeln lassen, kann durch unterschiedliche Abstände ein stufenloses Getriebe er- reicht, werden. Beispielsweise wird bei einer Beschleunigung der Öldruck, welcher auf den Pumpenstator 7 wirkt, erhöht. Drücken nun die Regelkolben 76 für die Beschleunigung auf den Pumpensta- tor 7, so geht der Druck auf den Motorstator 7' über, welcher entsprechend seiner Regelung auseinandergedrückt wird. Die Ver- zögerung erfolgt im umgekehrten Sinne. Eine entsprechende Be- schleunigung ist in Figur 8 schematisch dargestellt, wobei die Pfeile den ölfluss darstellen.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht eine kostengünstige Herstellung eines stufenlosen Getriebes, welches zudem einfach regelbar ist und eine optimierte Kraftübertragung aufweist.

Bezugszeichenliste

P Pumpenwelle

M Motorwelle

G Gehäuse

L Mittellinie

T Trennungsebene

SRI erster Flügelzellen-Stator/Rotorsatz

SR2 zweiter Flügelzellen-Stator/Rotorsatz

1 Pumpengehäuse

10 Nase

2 Motorgehäuse

3 Steuergehäuse

30 mittlere Steuerplatte

31 Längskanal

4 Steuerpumpe

40 Eingangsöffnung

41 Auslassöffnung

42 .Steuerkanal

5 Pumpenseitige Druckplatte

5 ¹ Motorseitige Druckplatte

50 Längskanal

50 ¹ Druckkissen

51 Steueröffnung

51 * Druckkissen

6 Pumpenrotor

60 Flügel

6* Motorrotor

7 Pumpenstator

70 innere Lauffläche

71 erstes Teiistück

72 zweites Teilstück

73 Verzahnung 74 Nase

75 Rückstellfeder

76 Regelkolben für die Beschleunigung

77 Regelkolben für die Verzögerung 78 Regelungs-Durchlassöffnungen

7 ^Λ Motorstator