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Fliissigkeitsgetriebe fiir Kraftfahrzeuge.
Ziel der Erfindung ist es, ein Flüssigkeitsgetriebe für Kraftfahrzeuge zu schaffen, welches gestattet, mit einer einzigen unveränderlichen Übersetzungsstufe ohne zusätzliche mechanische Gangschaltung das Fahrzeug in allen vorkommenden Lagen im Vorwärtsgang in Bewegung zu setzen und zu fahren.
Solche Getriebe besitzen den grossen Vorteil, dass jede Gangschaltung entfällt und der Wagen ohne Schaltung vom Stillstand bis zur gewünschten Fahrtgeschwindigkeit oder annähernd bis zu dieser Geschwindigkeit beschleunigt werden kann. Die in der Literatur vorliegenden Vorschläge zur Lösung dieser Aufgabe sind deshalb unzulänglich, weil bei ihnen die Erkenntnis fehlt, dass das Flüssigkeitsgetriebe während der normalen Fahrt des Wagens ausgeschaltet werden muss, wenn die Anwendung solcher Getriebe nicht durch die Unwirtschaftlichkeit ihres Dauerbetriebes ausgeschlossen werden soll.
Wird nämlich das Flüssigkeitsgetriebe, welches an sich bei Wahl eines geeigneten mittleren Übersetzungsgetriebes auch eine für das Anfahren oder Bergfahren genügende Übersetzung des Drehmomentes liefert, nicht während der normalen Fahrt ausgeschaltet, so geht fortlaufend ein grösserer Teil der Motorleistung durch die unvermeidlichen Flüssigkeitsreibungsverluste im Betriebe verloren.
Erfindungsgemäss werden an sich bekannte Mittel dazu benutzt, diesen Nachteil zu beseitigen, indem ein Flüssigkeitsgetriebe verwendet wird, bei welchem Primär-und Sekundärteil durch eine em- rüekbare Reibungskupplung verbunden werden können und bei denen sich der Leitapparat in Richtung des gemeinsam umlaufenden Primär-und Sekundärteiles frei mitdrehen kann. Ähnliche Einrichtungen hat man zwar auch schon für den Antrieb von Kraftfahrzeugen vorgeschlagen. Bei diesen fehlt aber die grundlegende Erkenntnis, dass eine ausreichende Übersetzung des Drehmomentes, um beispielsweise den Wagen aus schwierigen Positionen anzufahren oder ihn steile Berge hinaufzubekommen, nur möglich ist, wenn ein Leitapparat vorhanden ist, durch den die Leistung des Primärteiles mit entsprechender Übersetzung des Drehmomentes auf den Sekundärteil übertragen wird.
Nur wenn diese Voraussetzung eines Übersetzungsverhältnisses vorhanden ist und nur wenn der Leitapparat, durch den die Übersetzung erreicht wird, in einer Richtung frei drehbar gelagert ist und nach Kupplung von Primär-und Sekundärteil des Getriebes frei mitumlaufen kann, sind alle Voraussetzungen und Bedingungen erfüllt, die zur Schaffung eines konstruktiv einfachen, wirtschaftlich arbeitenden und vom Fahrer leicht zu bedienenden Getriebes erforderlich sind. Diese Vorteile der einfachen Bauart, Wirtschaftlichkeit und leichten Bedienung werden durch die beanspruchte neuartige Kombination erreicht, worin der patentfähige Fortschritt erblickt wird.
Was zunächst die Einfachheit der Bauart anbelangt, so ist es klar, dass diese durch die Verwendung nur einer einzigen unverstellbaren Flüssigkeitsgetriebestufe gewährleistet ist. Es ist bekannt, dass gewöhnlich die Lösung des Problems eines Flüssigkeitsgetriebes für Kraftfahrzeuge dadurch versucht wird, dass man mehrere hydraulische oder mechanische Übersetzungsstufen verwendet. Die bisherigen Vorschläge aber, mit einer Übersetzungsstufe auszukommen, sind aus den obenbeschriebenen Gründen der Unwirtschaftlichkeit für die Praxis unbrauchbar.
Gerade diese Wirtschaftlichkeit ist ein schwerwiegender Faktor bei der Verwendung von Flüssigkeitsgetrieben, und sie ist nur erreichbar, wenn man während des normalen Laufes des Kraftwagens das Flüssigkeitsgetriebe ausschaltet, wie dies beim Erfindungsgegenstand geschieht.
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Die zur Ausschaltung bzw. Einschaltung des Flüssigkeitsgetriebes vom Fahrer vorzunehmenden Massnahmen sind denkbar einfach. Es bedarf lediglich einer Kupplung bzw. Entkupplung des Primärteiles und Sekundärteiles des Getriebes. Diese Kupplung kann beispielsweise mit Hilfe eines Kupplungpedals bedient werden, durch dessen Heruntertreten die Entkupplung von Primär-und Sekundärteil erfolgt. Der Fahrer hat nichts anderes zu tun, als beim Anfahren oder bei nachlassender Leistung des Wagens am Berge od. dgl. das Kupplungspedal herunterzutreten, wodurch das Flüssigkeitsgetriebe eingeschaltet ist und selbsttätig unter mehr oder minder grosser Energievernichtung die. erforderliche Übersetzung des Drehmomentes liefert.
Sobald der Wagen dann wieder ohne Übersetzung gefahren werden kann, lässt der Fahrer das Kupplungspedal los, wodurch das Getriebe ausser Wirkung gesetzt wird.
Die Erkenntnis, dass man mit nur einer einzigen feststehenden Übersetzungsstufe des Flüssigkeitsgetriebes alle erforderlichen Verhältnisse beherrschen kann, gründet sieh auf der Feststellung, dass sich bei einem Flüssigkeitsgetriebe mit einem konstanten unveränderlichen Übersetzungsverhältnis das Drehmoment bei abnehmender Drehzahl des Sekundärläufers und konstant gehaltener Drehzahl des Primärläufers linear steigert bis zu dem doppelten Drehmoment, das der Beschaufelung zugrunde gelegt ist bei dem Optimum des hydraulischen Wirkungsgrades. Dieses doppelte Drehmoment wird dann erreicht, wenn die Drehzahl des Sekundärläufers bis auf Null verringert wird, d. h. wenn dieser steht.
Anderseits nimmt der Wirkungsgrad bei einer Verringerung der Drehzahl des Sekundärläufers gegenüber der günstigsten, der Beschaufelung zugrunde gelegten Drehzahl nur parabolisch ab (Fig. 4). Die Auswertung dieser Eigenschaften lässt es also zu, durch Inkaufnahme eines geringen Verlustes das Drehmoment der Sekundärwelle ganz wesentlich zu steigern.
Die konstruktiven Eigenschaften moderner Personenkraftwagen sind in der Regel so gewählt, dass der Wagen mit einer Vergrösserung des Drehmomentes der Maschine auf das Drei- oder höchstens Vierfache des normalen Drehmomentes beim direkten Gang eine genügende Anzugskraft aus dem Stillstand in jeder Lage, auch bei den steilsten Hängen besitzt. Dieses Anzugsmoment wird durch die Einschaltung des ersten Ganges erzielt. Den mittleren Gang eines modernen Wagens wird man in den seltensten Fällen
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man zu dem Ergebnis, dass man mit einem Untersetzungsverhältnis von etwa 1 : 2 bei einem Wagen, der beispielsweise imstande ist, 90 km in direktem Gange zu erzielen, bei dem Optimum des hydraulischen Wirkungsgrades 45 km erreichen kaml.
Lässt man nun die sekundäre Drehzahl sinken, beispielsweise zur besseren Vorstellung durch Anziehen der Bremsen, während man auf der andern Seite den Motor voll laufen lässt, so wird das auf die Räder übertragene Drehmoment sich linear steigern bis zu einem Maximum gleich dem 3'6fachen des normalen Drehmomentes der Maschine unter Berücksichtigung des Wirkungsgrades des Getriebes, wenn der Wagen zum Stillstand gekommen ist. In diesem Falle ist der Wirkungsgrad der Anlage auf Null gesunken, d. h. sämtliche durch den Motor zugeführte Energie wird in dem Flüssigkeitsgetriebe restlos in Wärme verwandelt.
Ein solcher Fall kann tatsächlich im Betriebe vorkommen, u. zw. in dem Fall, wenn der Wagen aus dem Stillstand mit seinem maximalen Beschleu- nigungsvermögen in Fahrt gesetzt werden soll, d. h. wenn man aus dem Stillstand mit Vollgas anfährt. Da aber dieser Zustand nur einen Bruchteil einer Sekunde dauert und sich die Verhältnisse mit zunehmender Geschwindigkeit des Wagens parabolisch verbessern, wird die Gesamtwärmeentwicklung in erträglichen Grenzen gehalten.
Ist man beispielsweise von einem Untersetzungsverhältnis von 1 zu unendlich bis auf 1 : 3 gefahrenein Vorgang, der sich bei einem normalen Personenkraftwagen durch Beschleunigung in wenigen Sekunden vollzieht-, so hat man, wie man aus der Diagrammfigur der Zeichnung erkennt, ein Drehmoment der Sekundärwelle gleich dem 2'4fachen des Drehmoments des Motors erreicht und befindet sich in der Wirkungsgradkurve schon bei einem Punkt, der dem Optimum sehr nahe liegt. Eine Strassensteigung, bei der es erforderlich ist, das 2'4fache Drehmoment der Maschine auf die Sekundärwelle zu bringen, kommt erfahrungsgemäss nur in den allerseltensten Fällen vor.
Dennoch ist es erforderlich, das Getriebe so auszubilden, dass es imstande ist, die bei der Verringerung des Wirkungsgrades erzeugte Wärmemenge abzu- führen. Auch eine derartige Ausbildung des Getriebes bildet Gegenstand der Erfindung.
Eine zweckmässige Ausführungsform des neuen Getriebes ist auf der Zeichnung beispielsweise0 veranschaulicht.
Fig. 1 ist ein teilweiser Längsschnitt durch das Getriebe, Fig. 2 ist das umhüllende Gehäuse in schematischer Darstellung, Fig. 3 zeigt eine Einzelheit, Fig. 4 ist das bereits in der Einleitung erwähnte Diagramm.
Das Flüssigkeitsgetriebe besteht in bekannter Weise aus dem Primärläufer a, einem zweistufigen Sekundärläufer b und einem drehbar gelagerten Leitapparat c. Dieser Leitapparat ist mit der Bremsscheibe d verbunden, die eine Klinkvorrichtung e (Fig. 3) besitzt, die den Reaktionsdruck des Leitapparates aufnimmt und diesem anderseits gestattet, wenn das Untersetzungsverhältnis 1 : 1 geworden ist, d. h. wenn der Reaktionsdruck Null ist, an der Drehbewegung des Sekundärläufers teilzunehmen. Weiters
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ist die Bremsscheibe mit einem Bremsband f versehen.
Der Primärläufer a ist durch eine Hohlwelle g beispielsweise mit dem Schwungrad h des Motors verbunden, während der Sekundärläufer b durch die Sekundärwelle i und eine lösbare Kupplungsvorrichtng mit dem Schwungrad h gekuppelt werden
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ist. Um dieses Gehäuse sitzt ein feststehender Mantel m, der nach Art eines Gebläses ausgebildet ist und mit einer verschliessbaren Klappe ? versehen ist, die durch einen Drahtzug o mit dem Kupplungspedal in Verbindung steht.
Die Wirkungsweise des Getriebes ist folgende : Zum Zwecke des Anfahrens wird in bekannter Weise das Kupplungspedal heruntergetreten, wodurch die Kupplung k von dem Schwungrad/t gelost wird. Der Motor treibt durch die Hohlwelle g den Primärläufer a. an. wodurch auf den Sekundärläufer b unter Zugrundelegung eines Schaufeluntersetzungsverhältnisses von 1 : 2 ein Drehmoment gleich etwa dem 3-6fachen der Maschine übertragen wird. Um dieses zu erreichen, muss der Motor seine volle Leistung entwickeln, die in dem ersten Moment des Anziehens restlos in Wärme verwandelt wird.
Mit dem Heruntertreten der Kupplung ist die Klappe des Ventilatorgehäuses n geöffnet worden, so dass durch die Rotation des mit Rippen I versehenen Gehäuses ein starker, kühlender Luftstrom durch die Öffnungen p eintritt und durch die geöffnete Klappe n austritt, wobei er durch die Berührung mit den Rippen l die erzeugte Wärme abführt.
Der schnell rotierende, als umhüllender Rippenkörper ausgebildete Primärteil wird infolge seiner
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sonderer Bedeutung, diesen Primärteil als umhüllenden Körper auszubilden, da die Wärmeabgabe erforderlich ist, wenn der Sekundärteil und der Leitapparat gar keine oder eine geringe Bewegung haben.
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kupplung einfallen, wodurch der Primärteil und der Sekundärteil mechanisch verkuppelt werden und die Luftklappe des umhüllenden Gehäuses ? geschlossen wird. Durch dieses Schliessen der Luftklappe wird ein unnötiger Arbeitsverlust vermieden, der darin bestehen würde, dass Luft noch weiter durch das Mantelgehäuse hindurchgesaugt wird, obwohl das Flüssigkeitsgetriebe nicht mehr arbeitet und demzufolge weitere Wärmeentwicklung nicht mehr stattfindet.
Um gleichwohl, wenn das Getriebe bei aussergewöhnlichen Beanspruchungen vorher sehr heiss geworden ist, noch diese vorhandene Wärme allmählich abführen zu können, kann die Klappe n mit einigen Löchern q versehen sein, welche den Fortbestand eines verhältnismässig geringen Kühlluftstromes ermöglichen. Um eine genügende Wärmeübertragung von der Flüssigkeit an den umhüllenden Rippenkörper zu gewährleisten, ist eine geordnete Zirkulation der Flüssigkeit an der Gehäusewandung vorgesehen, die durch Pfeile in der Zeichnung gekennzeichnet ist. In dem Primärläufer a bewegt sich die Flüssigkeit direkt an der gekühlten Gehäusewandung bis zur Teilfuge mit der ersten Stufe des Sekundärläufers b.
Durch den Spaltdruck wird ein Teil der Flüssigkeit sieh in Richtung der gezeichneten Pfeile an der umhüllenden Gehäusewandung entlang bewegen, um durch den Spalt zwischen Leitapparat c und der zweiten Stufe des Sekundärläufers t sich wieder mit der übrigen Flüssigkeit zu mischen.
Die in Fig. 3 ermöglichte freie Drehbarkeit des Leitapparates gestattet diesem, sobald der Sekundärteil 1c mit der Schwungscheibe h verbunden ist bzw. sobald der Sekundärteil mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Primärteil umläuft, an der Drehung der übrigen Getriebeteile mit gleicher oder annähernd gleicher Drehzahl teilzunehmen. Gleichzeitig ermöglicht diese Anordnung, den Leitapparat als Flüssigkeitsbremse zu benutzen. Wird nämlich der Leitapparat nach Einschaltung der Kupplung A- durch die Bremsvorrichtung tabgebremst bzw. stillgesetzt, so wirkt er als Fliissigkeitsbremse.
Selbst bei sorgfältiger Herstellung des Getriebes muss man mit gewissen Ölverlusten rechnen.
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Leitung mit dem Ölkreislauf der Ölpumpe des Kraftwagenmotors verbunden werden. Es ist zweckmässig, in dieser Leitung ein Rückschlagventil anzuordnen, um zu verhindern, dass bei Stillstand das Getriebe teilweise entleert wird.
Wenn es im vorstehenden als kennzeichnendes Merkmal der Erfindung hervorgehoben ist, dass weder das Flüssigkeitsgetriebe selbst mehrere Stufen zum Zwecke der Untersetzung besitzt noch dass
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der Motorleistung über den direkten Gang hinaus dient.
Die Vereinigung des erfindungsgemässen Getriebes mit einem Rückwärtsgetriebe stellt die konstruktiv einfachste Lösung eines Autoantriebes mit Hilfe eines Flüssigkeitsgetriebes dar.
Die Anordnung eines Schnellganges in der bekannten Anordnung eines mechanischen Übersetzungsgetriebes gestattet es, die Eigenschaften des beschriebenen Antriebes besonders zur Geltung zu
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einer gegebenen Strassensteigung auf einen günstigeren Punkt der Wirkungsradkurve zu fahren. Dies bedeutet eine Verringerung der Energieverluste im Flüssigkeitsgetriebe.
Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, dass die hervorgehobene konstruktive Einfachheit des Antriebes eine ausserordentlich einfache Bedienung zur Folge hat. Es genügt, um anzufahren, lediglich in gewohnter Weise das mit der Kupplung lu verbundene Kupplungspedal herunterzutreten und Gas zu geben. Der Wagen beschleunigt sich dann von selbst bis zu einer solchen Geschwindigkeit, die es zulässt, das Kupplungspedal freizugeben, so dass man nunmehr ohne Flüssigkeitsgetriebe im direkten Gang fährt.
Sollten während der Fahrt infolge von Steigungen od. dgl. grössere Fahrtwiderstände auftreten oder die Geschwindigkeit des Wagens unter die Elastizitätsgrenze des Motors verringert werden, so genügt es, zur Einschaltung der Flüssigkeitsübersetzung das Kupplungspedal wieder auszutreten und ausreichend Gas zu geben, wodurch sich der Wagen automatisch den gegebenen Verhältnissen anpasst. Um bei längeren Steigungen den Fahrer von dem Niedertreten des Kupplungspedals zu entlasten, kann in Form einer Raste od. dgL eine Vorrichtung vorgesehen sein, hinter die der Fahrer das Kupplungspedal legen kann,
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durch einen Drahtzug mit dem Kupplungspedal verbunden ist, so ist die Betätigung der Kupplungshebel die einzige Funktion des Fahrers für alle Fahrstufen vom Anfahren bis zum direkten Gang und ebenso auch einzige Betätigung zur Überwindung aller Steigungen.
Ausserdem kann selbstverständlich in Form einer Klauenkupplung od. dgl. eine ausrückbare Kupplung zwischen dem Getriebe und der zum Kardan führenden Welle vorgesehen sein, um in Aus- nahmefällen eine Möglichkeit zu haben, den beschriebenen Antrieb vollständig abzuschalten. Während des gewöhnlichen Leerlaufes des Motors kann diese Kupplung natürlich eingeschaltet bleiben, da die Leerlaufleistung des Motors, zumal bei angezogener Bremse, bei weitem nicht ausreichen wird, ein genügendes Anzugsmoment zu liefern.
Es ist endlich ohne weiteres möglich, den Erfindungsgegenstand auch in Verbindung mit einem Freilauf zu bringen, der dann zweckmässig zwischen Motor und Flüssigkeitskupplung gelegt würde, so dass trotz des Freilaufes immer noch das Flüssigkeitsgetriebe als Bremse benutzt werden kann, sei es durch Feststellung des Leitapparates mit Hilfe der Bremse f, sei es durch Einschaltung des Rückwärts- ganges.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Flüssigkeitsgetriebe für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung eines in einer Richtung frei drehbaren Leitapparates und einer Kupplungsvorrichtung zwischen Primär-und Sekundärteil des Getriebes nur eine unverstellbare hydraulische Übersetzungsstufe ins Langsame ohne zusätzliche mechanische Gangschaltung für den Vorwärtsgang vorgesehen ist.