<Desc/Clms Page number 1>
Hydraulisches Getriebe
Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Getriebe, das besonders für Schienenfahrzeuge mit mehreren von einer gemeinsamen Antriebsmaschine über getrennte Getriebe angetriebenen Triebachsen geeignet ist. Da die Durchmesser der auf den verschiedenen Triebachsen sitzenden Räder etwas variieren können, ergibt sich das Problem, dass die verschiedenen Triebachsen verschiedene Drehzahlen erhalten müssen.
Wenn diese Achsen von einem gemeinsamen Motor, aber Uberverschiedene Getriebe angetrieben werden, muss deshalb innerhalb der einzelnen Getriebe zwischen dem Motor und der Triebachse eine Schlupfmöglichkeit bestehen, um das durch das Getriebe übertragbare maximale Drehmoment zu begrenzen und eine gleichmässige Verteilung des Antriebsdrehmomentes auf alle Triebachsen zu gewährleisten.
Hinsichtlich der erwünschten raschen und stetigen Beschleunigung von Schienenfahrzeugen erweisen sich hydrodynamische Getriebe als besonders günstig, die mit Hilfe bekannter Einrichtungen ein sehr hohes Anzugsmoment liefern und einen sehr stetigen, stossfreien Übergang zwischen den verschiedenen Geschwindigkeitsstufen ergeben.
Bei Drehmomentwandlern kann jedoch im Hinblick auf den Brennstoffverbrauch ein direkter Antrieb mit Hilfe einer direkten mechanischen Kupplung zwischen dem Pumpenteil und dem Turbinenteil des Wandlers erwünscht sein, sobald das Drehzahlverhältnis zwischen dem Turbinenteil und dem Pumpenteil so hoch wird, dass mit Hilfe des Drehmomentwandlers keine Erhöhung des Drehmomentes mehr erhalten werden kann.
Beim direkten Antrieb besteht jedoch keine Schlupfmöglichkeit wie bei der Leistungsübertragung über den hydrodynamischen Drehmomentwandler. Infolgedessen muss in das Getriebe ein zusätzliches Element eingefügt werden, das es ermöglicht, den zur Begrenzung des maximalen Drehmomentes notwendigen Schlupf auch bei einem direkten Antrieb zu sichern.
Dieses Problem wird gemäss der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass das Getriebe mit einer hydrostatischen Kupplung ausgestattet wird, die in bezug auf den Kraftfluss in Reihe mit dem hydrodynamischen Drehmomentwandler und dessen direkter Antriebskupplung liegt. Diese hydrostatische Kupplung lässt dann nicht nur den erforderlichen Schlupf zu, sondern dient auch zur Schwingungsdämpfung im ganzen Drehzahlbereich.
Die hydrostatische Kupplung umfasst zumindest einen als Pumpe ausgebildeten Teil, der, sobald das wirksame Drehmoment kleiner als das maximal übertragbare Drehmoment ist, nur die zur Deckung der Leckverluste erforderliche Menge an Druckmedium fördert. Die beiden Glieder der Kupplung rotieren hiebei fast mit gleicher Drehzahl. Wenn anderseits das wirksame Drehmoment grösser als das maximal übertragbare Drehmoment ist, dann fördert die Pumpe das Medium in der Kupplung im Kreislauf über Ventile, die mit einem bestimmten Druck vorbelastet sind, wobei das getriebene Glied der Kupplung langsamer als das treibende Glied rotiert.
Bei der erfindungsgemässen Anwendung einer hydrostatischen Kupplung können ausser der Begrenzung des maximalen Drehmomentes noch weitere Vorteile erzielt werden. So werden insbesondere die Drehmomentspitzen, die ansonsten über das gesamte Getriebe verlaufen, durch die Kupplung ausgeglichen. Es ist daher möglich, die direkte Kupplung für ein wesentlich kleineres Drehmoment auszulegen und sie nur als"Haltekupplung"zu berechnen, wodurch der Durchmesser der Kupplungsscheiben kleiner wird und infolgedessen auch die Ventllationsverluste während des Betriebes herabgesetzt werden. Überdies werden
<Desc/Clms Page number 2>
Überbelastungen der Getriebewellen vermieden und damit wird die Gefahr von Wellenbrüchen herabge- setzt.
Ebenso wird eine Überbelastung der Antriebsverbindung zwischen dem Motor und dem Getriebe verhütet. Im Vergleich mit bisher bekannten hydrodynamischen Drehmomentwandlern wird ausserdem der
Vorteil erzielt, dass die Anzahl und Masse der fest mit der Motorwelle verbundenen Getriebeteile wesent- lich vermindert wird. weil das rotierende Gehäuse des Drehmomentwandlers nicht mehr zu diesen Teilen gehört, wodurch das Problem der Wahl der kritischen Drehzahl der Maschine erleichtert wird. Ferner wirkt die hydrostatische Kupplung bei der kritischen Drehzahl als Schwingungsdämpfer.
Eine hydrostatische Kupplung, die bei einem Schienenfahrzeug od. dgl. verwendet werden soll, muss jedoch in besonderer Weise bemessen werden, damit sie bei den im Vergleich zu den Schiffsmaschinen hohen Drehzahlen, die hier vorliegen, befriedigend arbeitet ; bisher wurden nämlich hydrostatische Kupp- lungen hauptsächlich bei Schiffsantrieben zur Schwingungsdämpfung in der Kraftübertragung zwischen langsam laufenden Dieselmaschinen und der Schraubenwelle verwendet.
Ein hydraulisches Getriebe mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler, der in einem ge- schlossenen Flüssigkeitskreislauf eine Anzahl zu Pumpen-, Reaktions- und Turbinenteilen gehörige Schau- felkränze aufweist. und mit einer wahlweise einschaltbaren, direkten mechanischen Kupplung zwischen dem Pumpen- und dem Turbinenteil ist also gemäss der Erfindung mit einer hydrostatischen Kupplung ausgestattet, die sowohl mit dem Drehmomentwandler als auch mit der mechanischen Kupplung in bezug auf den Kraftfluss in Reihe angeordnet ist.
Nach der Erfindung kann die hydrostatische Kupplung in Verbindung mit der Arbeitskammer des Drehmomentwandlers stehen, so dass die Kupplung dauernd mit dem hydraulischen Medium des Drehmomentwandlers gefüllt ist.
Um einen raumsparenden Aufbau zu erzielen, ist der Pumpenteil des Drehmomentwandlers vorzugsweise fest mit einem mit Druckmedium gefüllten Gehäuse verbunden, in dem mehrere Zahnräder planetenartig gelagert sind. Diese Zahnräder sind paarweise in Ausnehmungen des Gehäuses angeordnet und wirken als Zahnradpumpen, die das Medium aus dem Gehäuse in zugeordnete Druckkammern fördern.
Der Antrieb der Zahnradpumpen wird dadurch bewirkt, dass ein Zahnrad einer jeden Pumpe in ein an der antriebsseitigen Welle des Getriebes befestigtes Zahnrad eingreift.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen sollen nun einige Ausführungsbeispiele der Erfindung genauer beschrieben werden. Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein erfindungsgemässes hydraulisches Getriebe nach der Linie 1-1 in Fig. 3. Fig. 2 zeigt einen Radialschnitt durch das gleiche Getriebe, nach der Linie 2-2 in Fig. 3. Fig. 3 ist ein Querschnitt durch dieses Getriebe nach der Linie 3-3 in Fig. 1.
Die vom Motor angetriebene Welle 10 ist mit der antriebseitigen Welle 14 des erfindungsgemässen Getriebes durch eine Scheibe 12, die eine geringfügige axiale Verschiebung und eine gewisse Abweichung von der Gleichachsigkeit zulässt, drehfest verbunden. Auf der Welle 14 sitzt fest ein Zahnrad 16.
Dieses Zahnrad ist innerhalb eines Gehäuses 18 angeordnet, das mit einem Druckmedium gefüllt ist und dessen Stirnwand 20 mit einem Lagerzapfen 22 versehen ist, auf dem die Welle 14 gelagert ist. Die andere Stirnwand 24 des Gehäuses ist gegen die Welle 14 abgedichtet.
Im Gehäuse 18 sind radial ausserhalb des Zahnrades 16 mehrere Ausnehmungen 26 vorgesehen. In jeder dieser Ausnehmungen sind zwei Zahnräder 28, 30 mit Hilfe von Nadellagern 32 auf den innerhalb des Gehäuses befindlichen Achsen 36, 38 drehbar gelagert. Eines dieser Zahnräder, nämlich das Zahnrad 28, greift jeweils in das Zahnrad 16 ein, das als Sonnenrad wirkt, wogegen die andern Zahnräder Planetenräder bilden und das Gehäuse selbst als Träger der Planetenräder dient.
Die beiden in einer Ausnehmung 26 angeordneten Zahnräder 28, 30 sind gleich gross, aber in verschiedenen Radialabständen von der Übertragungswelle angeordnet, wobei die Differenz dieser Radialabstände etwa gleich der Zahnhöhe der Räder ist. Die Zahnräder rotieren in Richtung der Pfeile 40,42 und bilden eine Zahnradpumpe, die das Medium von einer zentralen Kammer 44 des Gehäuses 18 in eine Druckkammer 46 mit grosser Umfangsausdehnung fördert, die radial ausserhalb der Pumpe vorgesehen ist. Zu beiden Seiten der Pumpe sind Dichtungsplatten 48, 50 angeordnet, die in axialer Richtung gegen die Zahnräder 28, 30 gedrückt werden, indem durch einen Kanal 52 von der Druckkammer 46 auf die der Pumpe abgekehrte Seite jeder Dichtungsplatte 48, 50 Druckmedium geleitet wird.
Zwischen der Druckkammer 46 und der zentralen Kammer 44 ist eine Zirkulationsleitung 54 vorgesehen, die mit einem Ventil ausgestattet ist, das aus einem radial verstellbaren Ventilsitz 56, einem Ventilkörper 58 und einer Feder 60 besteht, die den Ventilkörper radial nach aussen gegen den Ventilsitz drückt.
Die zentrale Kammer 44 steht ferner über Kanäle 62, 64 in freier Verbindung mit der Arbeitskammer 66 eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers (Fig. 2). Durch diese Verbindung wird erreicht,
<Desc/Clms Page number 3>
dass das Gehäuse 18 stets mit Medium gefüllt bleibt, weil dem Drehmomentwandler durch eine eigene Pumpe ständig Medium aus einem Tank zugeführt wird.
Der Drehmomentwandler hat einen bekannten Aufbau. Sein rotierendes Gehäuse 68 ist fest mit dem Gehäuse 18 verbunden. Mit dem Gehäuse 68 ist ein Schaufelkranz 70 fest verbunden. Ferner sind im Drehmomentwandler zwei Turbinenschaufelkränze 72,74 angeordnet, zwischen denen ein Reaktionsschaufelkranz 76 liegt.
Die Turbinenschaufelkränze 72,74 sind an einer Turbinennabe 78 angebracht, die drehfest auf der Turbinenwelle 80 sitzt, die z. B. als Antriebswelle dienen kann. Der Reaktionsschaufelkranz ist in ähnlicher Weise durch eine Reaktionsnabenscheibe 82 drehfest mit einer Reaktionswelle 84 verbunden. Auf diese Welle wirkt ein gegensinniges Drehmoment, u. zw. entweder dadurch, dass sie festgehalten wird, oder dadurch, dass sie über ein Zahnradgetriebe mit der Turbinenwelle 80 verbunden ist und somit zwangsläufig mit einer Geschwindigkeit rotiert, die von der Geschwindigkeit der Turbinenwelle abhängt.
Das Gehäuse 18 weist an der dem Drehmomentwandler zugekehrten Seite eine zylindrische Ausnehmung auf. In dieser Ausnehmung befindet sich eine direkte Kupplung, die als hydraulisch betätigte Lamellenkupplung dargestellt ist. In dieser Ausnehmung befindet sich ferner ein hydraulischer Kolben 86, der durch ein über eine Leitung 88 in der Turbinenwelle 80 und über einen in einem zentralen Zapfen 92 angeordneten Kanal 90 zugeführtes Druckmedium betätigt wird. Der Kolben 86 drückt bei seiner Betätigung mehrere Kupplungslamellen 94,96 gegeneinander und gegen eine Druckfläche 98, die am rotierenden Gehäuse des Drehmomentwandlers vorgesehen ist. Die Kupplungslamellen 94,96 bilden zwei verschiedene Sätze, von denen einer drehfest mit dem Gehäuse 18 und der andere drehfest mit einer Nabe 100 verbunden ist, die ihrerseits in drehfester Verbindung mit der Turbinenwelle 80 steht.
Diese direkte Kupplung wird durch Druckentlastung des Kolbens gelöst, wobei der Druck des Mediums in der Arbeitskammer 66 des Drehmomentwandlers, der auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbens wirksam ist, die Kupplung trennt.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere bestehen verschiedene Kombinationsmöglichkeiten, z. B. die Anwendung gleich grosser Pumpenzahnräder in verschiedenen Radialabständen von der Übertragungswelle bei einer Kupplung, bei welcher mehrere Pumpen in verschiedenen Richtungen arbeiten, oder die Anwendung verschieden grosser Pumpenzahnräder in gleichen Radialabständen von der Übertragungswelle bei einer Kupplung, bei welcher alle Pumpen in der gleichen Richtung wirken.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Getriebe zur Kraftübertragung zwischen zwei Wellen mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler, der in einem geschlossenen Flüssigkeitskreislauf zu Pumpen-, Reaktions-und Turbinenteilen gehörige Schaufelkränze aufweist, und mit einer wahlweise einschaltbaren, direkten mechanischen Kupplung zwischen dem Pumpen- und dem Turbinenteil, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe mit einer hydrostatischen Kupplung ausgestattet ist, die sowohl mit dem Drehmomentwandler als auch mit der mechanischen Kupplung in bezug auf den Kraftfluss in Reihe angeordnet ist.