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Föttinger-Getriebe für Strassen-und Geländefahrzeuge.
Bei Strassen-und Geländefahrzeugen haben sich Föttinger-Getriebe im Gegensatz zu Schienenfahrzeugen bisher nur im geringen Masse einführen können, trotzdem die günstigen Eigenschaften der
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einerseits in den vielseitigen betrieblichen Bedingungen, die an den Antrieb solcher Fahrzeuge gestellt werden, anderseits in der Forderung geringen Preises, Gewichtes und geringer Baumasse. Darüber hinaus spielt bei diesen Fahrzeugen auch der Brennstoffverbrauch mit Rücksicht auf die Fahrkosten und den Aktionsradius eine grössere Rolle wie bei Schienenfahrzeugen.
Es hat sich gezeigt, dass die bei Schienenfahrzeugen bestens bewährten und eingeführten Bauformen bei Strassen-und Geländefahrzeugen nicht brauchbar sind. So scheidet die einfachste Form, der reine Wandler, wegen des zu ungünstigen Wirkungsgrades und des damit verbundenen hohen Brennstoffverbrauches aus. Die meist gebrauchte Getriebeanordnung, Föttingerwandler mit Föttingerkupplung, bei welcher die Umschaltung vom Wandler auf die Kupplung und umgekehrt durch wahlweise Füllung und Entleerung der Kreisläufe geschieht, hat sich f : ür Strassen- und Geländefahrzeuge ebenfalls als ungeeignet gezeigt,'weil das Umschalten zu viel Zeit in Anspruch nimmt, wodurch die Manövrierfähigkeit solcher Fahrzeuge stark beeinträchtigt wird.
Den betrieblichen Bedingungen am nächsten kommen Getriebe, die aus einem Föttingerwandler für die An-und Bergfahrt und einer Festkupplung für die Marschfahrt bestehen. Voraussetzung ist dabei, dass der Föttingerwandler dauernd gefüllt bleibt, damit bei Umschaltung auf Wandler dieser sofort mit der vollen Zugkraft zur Verfügung steht. Man hat bisher solche Getriebe in verschiedenen
BÅauarten ausgeführt. Es sind Getriebe vorgeschlagen worden, bei denen durch eine Umschalt- einrichtung einmal das Pumpenrad des Föttingerwandlers und einmal die Abtriebswelle direkt mit dem
Motor gekuppelt wird, wobei das Turbinenrad durch einen Freilauf mit der Abtriebswelle verbunden ist.
Bei andern Bauarten wird durch eine Festkupplung im Direktgang das Turbinenrad und damit die Abtriebswelle mit dem Pumpenrad des Wandlers und so mit dem Motor verbunden ; das bei
Wandlerbetrieb sich mittels eines Freilaufgesperres gegen das feste Gehäuse abstützende Leitrad läuft bei Direktgang frei um. Die Festkupplungen bestehen bei diesen Bauarten meistens aus zwei Reib- scheiben oder aus mehreren Lamellen, die durch mechanische Steuermittel betätigt werden. Vereinzelt 'finden sich auch Vorschläge, die aus Lamellen oder Klauen bestehenden Festkupplungen mittelbar durch ein Druckmittel (Druckluft, Druckflüssigkeit) zu steuern.
Wenn auch diese Getriebebauarten sich nicht in dem erwarteten Masse für den Antrieb von
Strassen-und Geländefahrzeugen haben einführen können, liegt es nach Kenntnis der Dinge in der Haupt- sache an den betrieblich ungenügenden und baulich zu umfangreichen und zu kostspieligen Bauarten und Anordnungen der bisher verwendeten Festkupplungen.
Die Erfindung befasst sich mit der Anordnung und Ausführung von Festkupplungen für Föttinger- getriebe der zuletzt beschriebenen Bauart, welche den betrieblichen Bedingungen voll genügen und durch günstigste Einfügung in den Gesamtaufbau des Getriebes kleinstmöglichen Raumbedarf und geringst- möglichen Kostenaufwand bedingen.
Erfindungsgemäss kommt ein Föttingergetriebe zur Anwendung, bestehend aus einem dauernd gefüllten Drehmomentwandler, dessen Leitrad wahlweise feststellbar ist, und aus einer Lamellenkupplung zur direkten mechanischen Verbindung der Antriebs-und Abtriebswelle des Getriebes,'gekennzeichnet durch die gleichzeitige Anwendung folgender Merkmale :
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a) Ausbildung der Lamellenkupplung als eine unmittelbar von einem durch ein Druckmittel beaufschlagten Kolben betätigte Kupplung, b) Unterbringung der Lamellenkupplung und des zugehörigen Druckkolbens in einer auf der Abtriebsseite des Wandlers unmittelbar an das Turbinenrad anschliessenden und mit diesem fest verbundenen Trommel unter Ausgleich des Kupplungsdruckes, c) Umschliessung des Wandlerkreislaufes von dem während des Wandlerbetriebes feststehenden und während des Kupplungsbetriebes frei umlaufenden Leitradgehäuse, d) Umschliessung des Leitradgehäuses und der Kupplungstrommel von einem feststehenden, als Auffangbehälter für die aus dem Wandlerkreislauf und der Kupplungstrommel austretende Betriebsflüssigkeit dienenden Gehäuse.
Die vorstehend angeführten Merkmale sind an sich ganz oder teilweise bekannt, indessen nicht in ihrer gleichzeitigen Anwendung. Bei den bekannten Anwendungsfällen handelt es sich im übrigen zumeist um solche, in denen nicht, wie im Falle der Erfindung, der Wandler und die Festkupplung zwei Vorwärtsgänge sondern der Wandler den Rückwärtsgang und die Festkupplung den Vorwärtsgang bilden.
Die gleichzeitige Anwendung der angegebenen Merkmale in der erfindungsgemässen Bauart ergibt für diese eine Reihe bedeutender Vorteile. Der grösste Durchmesser des Getriebes liegt, ähnlich wie bei dem mechanischen Wechselgetriebe, unmittelbar am Motor, so dass das Getriebe praktisch in dem gleichen beschränkten Fahrzeugraum wie ein mechanisches Wechselgetriebe untergebracht werden kann. Die Einführung des Getriebes bei den bestehenden Fahrzeugtypen wird damit wesentlich erleichtert. Das Getriebe ist dabei einfach im'Aufbau, da Ineinanderschachtelungen von Pumpen-, Turbinen-und Leitradwellen weitgehend vermieden worden sind. Mit dem einfachen Aufbau ist die Grundlage für den wirtschaftlichen Wettbewerb mit den billigen mechanischen Wechselgetrieben gegeben.
Das letztere gilt insbesondere auch hinsichtlich der betrieblichen Eigenschaften der erfindungsgemässen Bauart. Im Wandlergang sind Scheibenreibungsverluste weitgehend ausgeschaltet, da umlaufende Pumpen-und Turbinengehäuse vermieden sind, und ausserdem zwecks Freihaltung der Kupplungslamellen etwaige in die Kupplungstrommel eindringende Leckflüssigkeitsmengen in das feststehende Getriebegehäuse abgeführt werden. Eine Beeinträchtigung des Wirkungsgrades des Getriebes ist damit sicher vermieden.
Bei den meisten Getrieben ist eine Pumpe erforderlich, die die aus dem Wandler austretende Leckflitssigkeit nachfüllt (Rückförderpumpe) und die zur Kühlung erforderliche Flüssigkeitsmenge durch den Kühler fördert. Es ist in diesem Falle auch ohne weiteres möglich, durch die gleiche Pumpe die Druekflüssigkeit zum Schalten der Festkupplung zu erzeugen. Der einfache Aufbau des Getriebes braucht in einem solchen Falle nicht verlassen zu werden.
In manchen Fällen kann es allerdings auch erwünscht sein, für das Getriebe ausser der Rückförderpumpe des Wandlers eine zusätzliche Hilfspumpe vorzusehen, u. zw. eine solche, die in bekannter Weise von der Abtriebswelle des Getriebes, also in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit, angetrieben wird. Der Bauaufwand ist in einem solchen Falle zwar grösser, doch hat die Anordnung einer zusätzlichen Pumpe einen betrieblichen Vorteil. An der Rückförderpumpe braucht nichts geändert zu werden, d. h. es ist nicht notwendig, die für grosse Mengen und kleine Drücke ausgelegte Pumpe auf hohen Steuerdruck zu bringen und so die für den Antrieb erforderliche Leistung zu steigern.
Die Verwendung einer zusätzlichen Hilfspumpe für die Lamellenkupplung bietet also die Möglichkeit, während des Wandlerbetriebes mit einem geringeren Leistungsbedarf für die Hilfseinrichtungen des Getriebes auszukommen und so eine Beeinträchtigung, des Wirkungsgrades des Wandlers zu vermeiden.
Im nachfolgenden werden an einem Beispiel die wesentlichsten Merkmale des Erfindungsgegenstandes gezeigt und beschrieben. -
Fig. 1 der Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch das Getriebe, das im wesentlichen aus drei Teilen, u. zw. dem Wandler 1, der Festkupplung 2 und dem mechanischen Schaltgetriebe für Vorwärtsund Rückwärtsfahrt 3, besteht.
Der Wandler wird in üblicher Weise von dem Pumpenrad 4, dem Turbinenrad 5 und dem Leitrad 6 gebildet. Das Pumpenrad 4. sitzt auf der Antriebswelle 7, während das Turbinenrad 5 über das Schaltgetriebe J mit der Abtriebswelle 8 verbunden ist. Das Leitrad 6 ist mittels eines Freilaufes 9 gegen das das Getriebe umgebende feste Gehäuse 10 abgestützt, u. zw. so, dass eine Rückwärtsdrehung des Leitrades 6 verhindert, eine Vorwärtsdrehung desselben dagegen zugelassen wird.
Die Festkupplung 2 schliesst unmittelbar an den Wandler 1 an und ist als Lamellenkupplung ausgebildet, wobei die einen Lamellen auf der Antriebswelle 7 sitzen und die andern Lamellen von der mit dem Turbinenrad 5 unmittelbar verbundenen Trommel 11 getragen werden. In dieser Trommel 11 ist gleichzeitig der Druckkolben 12 untergebracht, mittels dessen die Lamellenkupplung betätigt wird.
Durch eine Feder 13 wird dieser Druckkolben 12 in der gezeigten rechten Ausschaltstellung gehalten.
Zu seiner Betätigung ist im vorliegenden Falle Drueköl angenommen, das von einer kleinen Pumpe 14 geliefert wird. die über das Zahnradpaar 15, 16 des mechanischen Schaltgetriebes 3 von der Trommel 11, also von der Abtriebswelle und damit in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit, angetrieben wird.
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Diese Pumpe fördert das von ihr angesaugte 01 durch eine Leitung 17 in die Federkammer 18 und von dort zur Druckseite des Kolbens 12. Der Zufluss des Drucköls zum Druckkolben 12 wird durch eine in der Leitung 17 befindliche Steuereinrichtung 19 zu-und abgeschaltet.
Der Einbau der Lamellenkupplung und des zugehörigen Druckkolbens in die mit der Abtriebswelle verbundene Trommel ergibt, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, eine raumgedrängte Bauart, welche ohne Schwierigkeiten in den für die mechanischen Gangwechselgetriebe sonst vorgesehenen Raum der strassen-und Geländefahrzeuge eingebaut werden kann. Diese raumgedrängte Bauart wird insbesondere auch dadurch erzielt, dass die gesamte Festkupplung, also sowohl die Lamellenkupplung als auch der Druckkolben, in den Wandler so eingezogen ist, dass beispielsweise der Freilauf 9 des Leit-
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um eine Bremse 20 unterzubringen, welche zur Erleichterung der Betätigung des mechanischen Schaltgetriebes 3 zweckdienlich vorgesehen wird. Die Trommel 11 bildet dabei die zugehörige Bremstrommel.
Der Kupplungsdruck ist dabei ausgeglichen, da einerseits der Druck des Kolbens 12 über die Kupplungslamellen auf dem Turbinenrad 5 und anderseits der Druck der Steuerflüssigkeit auf der Stirnwand der Trommel 11 abgestützt wird. Das Turbinenrad 5 und die Stirnwand der Trommel 11 sind starr miteinander verbunden, so dass kein Axialschub auftreten kann.
Infolge des unmittelbaren Anschlusses der Festkupplung 2 an den Wandler 1 kann es vorkommen, dass Leckflüssigkeit des Wandlers beispielsweise bei 21 in das Innere der Kupplung gelangt. Durch dieses Eindringen der Leckflüssigkeit könnte eine beachtliche Scheibenreibung der Kupplungslamellen im ausgeschalteten Zustande eintreten, die den Wirkungsgrad des Wandlers 1 beeinträchtigen würde.
Erfindungsgemäss sind daher besondere Vorkehrungen getroffen, die ein Baden der Kupplungslamellen in der Betriebsflüssigkeit des Wandlers unterbinden.
Diese besonderen Vorkehrungen sollen an Hand der Fig. 2 geschildert werden, die eine vergrösserte Darstellung der Festkupplung und der anschliessenden Teile des Wandlers wiedergibt.
Zwischen Pumpenrad 4 und Turbinenrad 5 sind in bekannter Weise Labyrinthdichtungen 22 vorgesehen. Erfindungsgemäss ist vor den letzten Labyrinthen beispielsweise durch Bohrungen 23 in der Trommel 11 ein Abfluss vorgesehen, durch den der Hauptteil der Leckflüssigkeit in das Getriebegehäuse 10 abgeführt wird.
Zufolge dieser Abführung herrscht vor den letzten Labyrinthen nur noch ein geringer Druck, wodurch die Durchflussmenge wesentlich herabgesetzt wird. Diese bei 21 in die Trommel 11 eintretende Restflüssigkeit wird nach weiteren Vorschlägen der Erfindung so geführt, dass sie mit den Lamellen nur in einem für die Schmierung derselben notwendigen Masse in Berührung kommt.
Zu diesem Zwecke sind zunächst in der auf der Antriebswelle 7 befestigten Lamellennabe 24 Bohrungen 25 vorgesehen, welche die bei 21 in die Trommel 11 eintretende Restflüssigkeit unter Umgehung der Lamellen in den Raum 26 leiten. Von diesem Raum 26 wird die Flüssigkeit durch Nuten 27 des Druckkolbens 12 und Öffnungen 28 der Trommel 11 nach aussen geschleudert. Weiter sind in der Rückwand des Turbinenrades 5 sowie in den äusseren Enden der an der Trommel 11 befestigten Lamellen Nuten 29 und 30 vorgesehen. Durch diese Nuten 29, 30 wird ein weiterer Teil der Restflüssigkeit unter Umgehung der Kupplungselemente zu den Austrittsöffnungen 28 geführt und von dort ausgeschleudert.
Um die Abführung der Flüssigkeit durch die Öffnungen 28 einwandfrei zu ermöglichen, ist gemäss der Erfindung der Durchmesser der Kupplung 2 und damit der diese umschliessenden Trommel 7J so klein gehalten, dass der Aussenumfang der Trommel 11 oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 31 (Fig. 1) liegt, der sich in dem als Wanne ausgebildeten unteren Teil des Getriebegehäuses 10 einstellt. Mit Rücksicht auf die Bodenfreiheit der Getriebe muss der Ölspiegel verhältnismässig hoch liegen, d. h. dass bei Befolgung der erfindungsgemässen Vorschrift der Kupplungsdurchmesser nur sehr klein sein kann.
Dies bedingt eine Vergrösserung der Lamellenzahl und damit des Hubes und gegebenenfalls eine Erhöhung des Anpressdruckes. Auch diese Forderungen lassen sich baulich bei der unmittelbaren Druckschaltung der Kupplung erfüllen, was einen weiteren Vorzug dieser Bauart bedeutet.
Ein weiteres Mittel zur Herabsetzung der Scheibenreibung verbunden mit einer Kleinhaltung der Kupplung besteht darin, dass die Kupplung von gehärteten und geschliffenen Stahllamellen gebildet wird.
Das ausser der Festkupplung 2 noch vorgesehene mechanische Schaltgetriebe 3 hat, wie schon angedeutet worden ist, die Aufgabe, die Fahrtrichtung entweder auf Vorwärts oder auf Rückwärts umzuschalten. In der gezeichneten Stellung ist das Getriebe auf Rückwärtsfahrt geschaltet, da die Drehrichtung der Trommel 11 durch das Zwischenrad 32 der ausser dem Zahnradpaar 15, 16 vor- gesehenen Zahnradübersetzung 32, 33, 34 umgekehrt wird. Soll auf Vorwärtsfahrt umgeschaltet werden, so wird das Zahnrad 33 nach links verschoben, bis die vorgesehenen Klauen mit den Klauen des Zahnrades 15 in Eingriff stehen. Die Abtriebswelle ist dann unmittelbar mit der Trommel 11 verbunden und läuft daher in der gleichen Drehrichtung um.
Ausser dem Vorwärts-und dem Rückwärtsgang können für besondere Verhältnisse auch Schaltgänge anderer Art, z. B. ein zusätzlicher mechanischer Berggang, vorgesehen sein.
Wie oben erläutert worden ist, wird bei dem Ausführungsbeispiel das Drucköl zur Betätigung des Druckkolbens 12 von einer kleinen Hilfspumpe 14 geliefert, die von der Abtriebswelle angetrieben
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wird. Statt dessen kann man auch die Pumpe 35 zur Lieferung des Druckmittels heranziehen, welche da. zu dient, den Wandler dauernd gefüllt zu halten und einen Teil der Betriebsflüssigkeit durch einen
Kühler 36 zu drücken.
Es bedarf in diesem Falle lediglich der gestrichelt angedeuteten Zusatzleitung 37.
Dabei wird man vorzugsweise ein Umschaltventil 3S vorsehen, mittels dessen bei Anschluss der Pumpe 35 an die Leitung 37 der Kühler 36 ganz oder teilweise abgeschaltet-wird, um so die Fördermenge der
Pumpe zu verkleinern und damit den zur Betätigung der Lamellenkupplung 2 erforderlichen hohen
Druck zu erhalten.
Der Öldruck ist im vorstehenden Falle nur von der Drehzahl der Antriebswelle abhängig und der Schaltdruck der Lamellenkupplung daher unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit. Bei Unacht- samkeit des Fahrerrs kann es infolgedessen vorkommen, dass dauernd ein-und abgeschaltet wird. Um dies zu vermeiden, empfiehlt es sieh, die in Fig. 2 angedeuteten Sicherheitsventile 39 vorzusehen. Diese
Ventile 39 sind in die Trommel 11 eingebaut und stehen mit der Druckseite des Kolbens 12 durch Nuten desselben oder sonstwie in Verbindung. Sie sind als Fliehkraftventile ausgebildet, die durch Fliehkraft t entgegen der Wirkung einer Feder bei Erreichung einer bestimmten Drehzahl geschlossen und bei Unter- schreitung dieser'Drehzahl durch die Feder geöffnet werden.
Da die Drehzahl der die Fliehkraftventile 39 aufweisenden Trommel 11 von der Fahrgeschwindigkeit abhängt, wird so bei Unterschreitung einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit auf der Druckseite des Kolbens 12 selbsttätig ein Auslass geöffnet und damit die Lamellenkupplung ausgeschaltet, bis eine bestimmte Fahrgeschwindigkeit wieder erreicht ist.
Das erfindungsgemässe Getriebe kommt, wie oben erläutert worden ist, vorwiegend für Strassenund Geländefahrzeuge in Betracht. Dies schliesst die Verwendung des Getriebes für Fahrzeuge anderer Art naturgemäss nicht aus.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Föttinger-Getriebe für Strassen- und Geländefahrzeuge, bestehend aus einem dauernd gefüllten Drehmomentwandler, dessen Leitrad wahlweise feststellbar ist, und aus einer Lamellenkupplung zur direkten mechanischen Verbindung der Antriebs-und Abtriebswelle des Getriebes, gekennzeichnet durch die gleichzeitige Anwendung folgender Merkmale : a) Ausbildung der-Lamellenkupplung (2) als eine unmittelbar von einem durch ein Druckmittel beaufschlagten-Kolben (12) betätigte Kupplung, b) Unterbringung der Lamellenkupplung (2) und des dazugehörigen Druckkolbens (12) in einer auf der Abtriebsseite des Wandlers (1) unmittelbar an das Turbinenrad (5) anschliessenden und mit diesem fest verbundenen Trommel (11) unter Ausgleich des Kupplungsdruckes,
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