СПОСОБ ТОРМОЖЕНИЯ ПРИ ВЫСОКИХ ЧАСТОТАХ ВРАЩЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ С ГИДРОДИНАМИЧЕСКИМ ТРАНСФОРМАТОРОМ
METHOD OF BRAKING UNDER HIGH ROTARY SPEEDS BY AUTOMATIC GEARBOX WITH HYDRODYNAMIC TORQUE CONVERTER

Изобретение относится к способу торможения с помощью автоматической коробки передач с гидродинамическим трансформатором при высоких частотах вращения выходного вала, причем для торможения выходного вала автоматической коробки передач соединяется с валом турбины гидродинамического трансформатора.
Подобные автоматические коробки передач общеизвестны. В качестве примера здесь необходимо сослаться на DE 20 21 543 A1, где описана комбинированная гидродинамически- механическая коробка передач для транспортных средств с разделением тяговой мощности посредством дифференциальной передачи на силовой путь с гидродинамическим трансформатором и параллельный ему механический силовой путь и со сведением тяговой мощности в общий силовой путь. При этом коробка передач содержит механические, по выбору включаемые и отключаемые передаточные ступени (передачи) в гидравлическом и/или механическом и/или общем силовом пути.
Кроме того, гидродинамический трансформатор в таких коробках передач может быть использован в качестве тормоза-замедлителя или, соответственно, неизнашиваемого замедлителя, когда за счет соответствующего сцепления передаточных отношений или планетарной передачи в автоматической коробке передач обеспечивается ввод усилия с выходного вала коробки передач в гидродинамический трансформатор. При обычном в настоящее время применении подобного торможения автоматическая коробка передач вводится в схему сцепления передачи заднего хода для того, чтобы мощность от выходного вала была введена в гидродинамический трансформатор. В качестве примера этого здесь необходимо сослаться на DE 36 27 370 A1. Таким образом, на основании высоких передаточных отношений между выходным валом и турбиной можно затормозить почти во всем диапазоне скоростей при помощи трансформатора. При этом торможение производится посредством самого трансформатора, обычно гидродинамического трансформатора обратного хода, а не посредством режима принудительного холостого хода, т.е. посредством буксировки двигателя внутреннего сгорания.
При этом, конечно, значительным недостатком является то, что при высоких скоростях, т.е. при высоких частотах вращения выходного вала, которые возникают, например, на третьей или четвертой передаче, получаются экстремально высокие частоты вращения в области турбины и внешнего венца турбинной коробки передач. При этом, при включении тормоза трансформатора эти экстремально высокие частоты вращения должны быть достигнуты в течение очень короткого промежутка времени - в целом менее чем за одну секунду. Из-за возникающих при этом экстремально высоких ускорений получаются очень высокие нагрузки на конструктивные элементы и особенно на подшипники.
Кроме того, при соответствующих высоких частотах вращения выходного вала может оставаться не полностью использованной теоретически возможная очень высокая тормозная мощность, поскольку в этом случае это привело бы к очень высокой тепловой нагрузке на тормоз трансформатора. Поэтому теоретически возможная тормозная мощность двигателя гидродинамического трансформатора для данного рабочего режима, очевидно, должна уменьшаться.
Таким образом, задачей изобретения является устранение указанных выше недостатков и предоставление способа торможения при высоких частотах вращения выходного вала.
В соответствии с изобретением данная задача решается посредством торможения внешнего венца турбинной передачи при разомкнутом многодисковом тормозе передачи заднего хода. Посредством данного приведения в действие гидродинамического трансформатора или, соответственно, тормоза гидротрансформатора посредством торможения внешнего венца турбинной передачи обеспечивается ввод усилий в турбину через соединение с выходным валом. В отличие от торможения в соответствии с уровнем техники, в данном случае не происходит никаких изменений направления вращения, так что турбина вращается в том же самом направлении, как при движении на первой передаче. Моменты торможения в турбине вследствие этого противоположного направления вращения турбины и связанного с этим противоположного направления вращения потока в трансформаторе существенно меньше, чем при торможении в соответствии с изложенным выше уровнем техники. Однако, вследствие высоких частот вращения на выходном валу автоматической коробки передач, несмотря на менее значительные тормозные моменты, может быть обеспечена достаточно высокая тормозная мощность, которая согласно проведенным измерениям при высоких частотах вращения, например, на третьей и четвертой передаче, создает на выходном валу автоматической коробки передач тормозной момент, который все еще превышает необходимые значения.
Кроме того, посредством данного типа сцепления между выходным валом и тормозом трансформатора передаточное отношение между выходным валом и турбиной является существенно меньшим. Тем самым, также частоты вращения турбины, несмотря на одинаково высокие частоты вращения выходного вала, являются гораздо меньшими.
Особые преимущества в данном случае заключаются в том, что посредством устранения данных высоких частот вращения может быть существенно уменьшена нагрузка на подшипники и конструктивные элементы, в частности ускорение при включении. Это обеспечивает их более легкую конструкцию и/или существенно более длительный срок службы.
Другое преимущество заключается в том, что при низких частотах вращения значительно уменьшается эмиссия шумов, а также практически исключаются вибрации при торможении. Кроме того, в результате данного устранения вибрации при торможении обеспечивается преимущество, заключающееся в том, что турбина может быть существенно более свободно оптимизирована. Данная возможность более свободной оптимизации турбины обеспечивает ее усовершенствование в отношении преобразования и коэффициента полезного действия, с одной стороны, и в отношении повышения прочности, с другой стороны.
Кроме того, благодаря тому, что после этого при соответствующих высоких частотах вращения выходного вала также возможно торможение, соответствующая изобретению оптимизация тормоза трансформатора обеспечивает увеличение распора дифференциальной гидромеханической коробки передач и таким образом обеспечивает в целом более высокие частоты вращения выходного вала.
При этом особенно предпочтительно используемый в автоматической коробке передач трансформатор выполнен в виде трансформатора обратного хода.
В одном особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что соответствующий изобретению способ используется при высоких частотах вращения выходного вала и что ниже определенного предельного числа оборотов многодисковый тормоз передачи заднего хода замыкается (блокируется) при одновременном разблокировании многодискового тормоза внешнего венца турбины.
Это означает, что ниже определенного предельного числа оборотов происходит переключение на торможение согласно уровню техники, турбина вращается в другом направлении, чем при торможении при высоких частотах вращения или, соответственно, при разгоне. Посредством данного комбинирования обоих способов торможения может быть обеспечено очень эффективное торможение во всем диапазоне частот вращения. В диапазоне более низких частот вращения выходного вала, например, на первой или второй передаче, посредством традиционного торможения могут быть обеспечены высокие тормозные моменты. На основании, в общем, более низких частот вращения выходного вала нагрузка конструктивных элементов гидродинамического трансформатора при этом будет сохраняться в определенных пределах. Тем не менее, высокие тормозные моменты и тем самым достаточно высокая мощность торможения могут быть обеспечены, несмотря на более низкие частоты вращения.
При торможении выше предварительно заданной частоты вращения выходного вала применяется новый соответствующий изобретению способ таким образом, что в дальнейшем может быть обеспечена достаточная мощность торможения, однако без необходимости учета экстремально высокой нагрузки гидродинамического трансформатора и других деталей для передачи мощности.
Другие предпочтительные варианты осуществления способа в соответствии с данным изобретением следуют из остальных зависимых пунктов формулы изобретения и изложены ниже посредством примерного варианта осуществления.
При этом показано:
фиг.1 - дифференциальная гидромеханическая коробка передач с силовым потоком при торможении в соответствии с уровнем техники; и
фиг.2 - дифференциальная гидромеханическая коробка передач с силовым потоком в случае заявленного способа для торможения при высоких частотах вращения выходного вала.
На фиг.1 представлена традиционная дифференциальная гидромеханическая коробка 1 передач в качестве типичного примера автоматической коробки передач. Однако, принципиально возможность для торможения при высоких частотах вращения выходного вала не ограничивается этой примерной выбранной конструкцией дифференциальной гидромеханической коробки 1 передач, а, разумеется, может быть реализована при других конструкциях с изменяющимися количествами планетарных передач на входном участке 2 и/или выходном участке 3 коробки передач.
Представленная здесь примерная дифференциальная гидромеханическая коробка 1 передач содержит входной участок 2 и выходной участок 3. Между входным участком 2 и выходным участком 3 располагается гидродинамический трансформатор 4, в идеальном случае гидротрансформатор обратного хода. При этом, в представленном здесь примере осуществления входной участок 2 содержит два планетарных ряда 5, 6, а также три многодисковых сцепления 7 и один насосный тормоз 8. Представленный здесь силовой поток через входной участок 2 коробки 1 передач соответствует силовому потоку четвертой передачи, и тем самым высокой частоте вращения выходного вала. На выходном участке 3 примерная дифференциальная гидромеханическая коробка 1 передач содержит два других планетарных ряда 9, 10. При этом речь идет о так называемой турбинной передаче 9 и передаче 10 заднего хода. В представленном здесь силовом потоке многодисковый тормоз 11 передачи 10 обратного хода замкнут таким образом, что данный многодисковый тормоз фиксирует внешний венец или коронное колесо 12 передачи 10 заднего хода. Выходной вал 13 коробки 1 передач посредством водила 14 соединен с солнцем 15 передачи 10 заднего хода. В свою очередь, солнце 15 соединено с внешним венцом или коронным колесом 16 турбинной передачи 9, которое вращается без торможения и в случае соединенного с выходным валом водила 17 через его солнце 18 соединено с валом 19 турбины, и тем самым турбиной 20 трансформатора 4. В данной конфигурации это приводит к введению момента выходного вала в трансформатор 4, так что трансформатор 4 используется в качестве неизнашиваемого тормоза-замедлителя в соответствии с описанным вначале способом. При таком торможении в соответствии с уровнем техники в представленной здесь конфигурации со сцеплением входного участка 2 для четвертой передачи это приводит к вышеупомянутым недостаткам на основании экстремально высоких частот вращения и ускорений в трансформаторе 4.
На фиг.2 представлена та же самая примерная коробка 1 передач, причем здесь изображен силовой поток для оптимизированного торможения при высоких частотах вращения выходного вала, здесь на четвертой передаче, в соответствии с изобретением. Основная конструкция коробки передач является той же самой, так что для обозначения одинаковых элементов используются одинаковые ссылочные позиции. Здесь также имеется входной участок 2 коробки 1 передач в схеме сцепления четвертой передачи, так что на выходном валу 13 имеются соответствующие высокие частоты вращения. В отличие от торможения в соответствии с уровнем техники внешний венец 12 передачи заднего хода не тормозится многодисковым тормозом 11. Вследствие этого передача 10 заднего хода не сцеплена в потоке мощности. Наоборот, солнечное колесо 15 передачи 10 заднего хода совместно с коронным колесом 16 турбинной передачи 9 тормозится посредством многодискового тормоза 21. Таким образом, от выходного вала 13 усилие направляется (вводится) через водило 17 и солнце 18 турбинной передачи 9 на вал 19 турбины и тем самым в турбину 20 трансформатора 4. В отличие от вышеописанного уровня техники ввод усилия осуществляется в противоположном направлении, т.е. в том же самом направлении вращения турбины, что и при движении с трансформатором 4 на первой передаче. Поэтому турбина в трансформаторе 4 может создавать лишь менее значительные тормозные моменты, чем при вращении, противоположном направлению вращения, используемому также для привода движения посредством турбины трансформатора 4.
Посредством разомкнутого многодискового тормоза передачи заднего хода коронное колесо 12 передачи 11 заднего хода может при этом свободно вращаться. Кроме того, на основании ввода усилия через водило 17 и солнце 18 планетарной передачи 9 в турбину трансформатора 4 существенно меньше между выходным валом 13 и турбиной 20 по сравнению с уровнем техники (фиг.1). При этом также будет иметь место существенно меньшая частота вращения турбины в трансформаторе 4. Тем не менее, наряду с высокими частотами вращения на выходном валу 13 создаваемые ранее малые тормозные моменты также являются достаточными, чтобы обеспечить требуемую тормозную мощность. Кроме того, вследствие менее значительных частот вращения получаются меньшие силы и ускорения, в частности, при включении, так что может быть обеспечен более длительный срок службы конструктивных элементов и подшипников. Дополнительно уменьшаются или могут быть полностью устранены шумы и тормозные вибрации при высоких частотах вращения. Также это предпочтительно сказывается на дифференциальной гидромеханической коробке 1 передач, в частности, посредством исключения тормозных вибраций может быть обеспечено существенно более свободное определение размеров конструктивных элементов коробки передач и увеличение растягивания передаточных отношений дифференциальной гидродинамической коробки 1 передач.
Особенно предпочтительно, если способ торможения в соответствии с уровнем техники комбинируется со способом торможения в соответствии с изобретением. Таким образом, это могло бы осуществляться, например, так, что ниже определенной предельной частоты вращения, соответственно, обеспечивается торможение в соответствии с уровнем техники. В качестве примера здесь можно назвать торможения на первой или второй передаче. Схемы сцепления входного участка 2 дифференциальной гидродинамической коробки передач 1 могут отличаться от представленных здесь, однако они общеизвестны и поэтому не описываются. В случае этих торможений в соответствии с уровнем техники могли бы достигаться известные тормозные мощности при низких частотах вращения, например, первой и второй передачи. Тогда, выше определенной предельной частоты вращения, например, на третьей и четвертой передаче, причем представлена только схема сцепления входного участка 2 для четвертой передачи, может использоваться новый соответствующий изобретению способ торможения.
При торможении на высоких скоростях этот процесс может начинаться со способа торможения в соответствии с изобретением; затем во время замедления при меньшей скорости можно переключаться на торможение в соответствии с уровнем техники.
При этом в пределах всего рабочего диапазона и при всех частотах вращения выходного вала могли бы быть обеспечены достаточно высокие тормозные мощности, не опасаясь недостатков при торможении при высоких скоростях вращения выходного вала, которые были упомянуты вначале.