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Mehrstufiges hydraulisches Geschwindigkeitswechs e : lgetriebe. insbesondere für Lokomotiven
Die Erfindung betrifft ein mehrstufiges hydraulisches Geschwindigkeitswechselgetriebe, insbesondere für Lokomotiven.
Wie bekannt, gibt es in der Regel zweierlei Geschwindigkeitswechselgetriebe. Die eine Gruppe enthält die sogenannten mechanischen Geschwindigkeitswechselgetriebe, die im Wesen mit aneinander abrollenden Maschinenelementen arbeiten und somit durch einen verhältnismässig hohen Wirkungsgrad ausgezeichnet sind. Ihr Mangel besteht darin, dass die Geschwindigkeitsstufen durch Anordnung entsprechend bemessener Zahnräderpaare bedingt sind, so dass ein Geschwindigkeitswechsel je Stufe lediglich nach Unterbrechung der Kraftübertragung möglich ist und die Drehzahlen der in Eingriff zu bringenden Zahnräder synchronisiert werden müssen.
Der Drehzahlunterschied der durch die Übersetzungsverhältnisse der Zahnräder bestimmten Geschwindigkeitsstufen wird durch Änderung der Drehzahl der dem Getriebe zugeordneten Kraftmaschine überbrückt, was in bekannter Weise eine unvermeidliche vorübergehende Abnahme des Wirkungsgrades und der Leistungsfähigkeit der Kraftmaschine mit sich bringt. Hinzu kommt, dass infolge der zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle der mechanischen Geschwindigkeitswechselgetriebe in den einzelnen Stufen bestehenden Zwangsverbindung unter Last nur bei Zwischenschaltung einer Wellenkupplung (z.
B. einer Reibungskupplung) angelassen werden kann, die eine gegenseitige Verdrehung zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle zulässt, Da diese sogenannte Hauptkupplung unter Berücksichtigung der Leistung der Kraftmaschine bemessen werden muss, folgt, dass ihrer Anwen-
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Die andere Gruppe der Geschwindigkeitswechselgetriebe umfasst die sogenannte hydrodynamische Art der hydraulischen Antriebe. Ihr Wesen besteht darin, dass die Leistung mittels einer durch eine Pumpe in geschlossenem Kreislauf in Bewegung gesetzten Flüssigkeit weitergeleitet wird, wobei die Flüssigkeit ihre Energie am Schaufelkranz einer Turbine abgibt (Föttinger'sches Prinzip). Die Pumpe steht mit der Antriebswelle der Kraftmaschine, die Turbine mit der Abtriebswelle (Arbeitsmaschine) des Getriebes in Zwangsverbindung. Hydrodynamische Getriebe dieser Art sind auch zur Drehmomentwandlung geeignet, wenn die Pumpe und die Turbine mit Leitschaufelkränzen ergänzt werden (hydrodynamische Drehmomentwandler).
Der Vorteil der hydrodynamischen Drehmomentwandler besteht vor allem darin, dass sie unter Last anlaufen können, ohne dass hiezu eine Hauptkupplung erforderlich wäre. Der Geschwindigkeitswechsel erfolgt dabei stufenlos, so dass die Drehzahl der Kraftmaschine nicht geändert zu werden braucht. Das Drehmoment hat beim Anlassen seinen grössten Wert, so dass eine kräftige Beschleunigung erreicht wird.
Aus der Eigenart einer zweckmässig gewählten hydrodynamischen Kraftübertragung folgt auch der Vorteil, dass das System vom Zeitpunkt des Anlassens bis zum Erreichen der Endgeschwindigkeit geeignet ist, die Gesamtleistung der Kraftmaschine aufzunehmen und mit gutem Wirkungsgrad zu verwerten. Wegen des Fehlens einer starren Verbindung zwischen der Getriebeantriebswelle und der Getriebeabtriebswelle werden Schwingungen, Stösse und jähe Beanspruchungen ähnlicher Art zwischen den Wellen weder in der einen, noch in der andern Richtung übertragen. Dies bedeutet, dass zwischen Kraftmaschine und Arbeits-
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maschine eine elastische Verbindung besteht und die die Kraftübertragung bewirkenden Maschinenele- mente keinen schädlichen Beanspruchungen ausgesetzt sind, so dass sie eine verhältnismässig lange Le- bensdauer aufweisen.
Es ist auch möglich, eine einfache selbsttätige Steuerung vorzusehen. Das Getrie- be ist von einfachem Aufbau sowie von geringem Gewicht und Raumbedarf, wobei es zuverlässig arbeitet und nicht empfindlich ist.
Der Umstand, dass die hydrodynamischen Geschwindigkeitswechselgetriebe trotz ihrer zahlreichen vorzüglichen Eigenschaften doch keine allgemeine Verbreitung gefunden haben, hat zwei Ursachen. Die eine besteht in der Schwierigkeit, eine geeignete Anzahl von hydraulischen Stufen bilden zu können. Es ist nämlich bekannt, dass der Wirkungsgrad der hydrodynamischen Momentwandler in Abhängigkeit von der Drehzahl nach Erreichen eines Höchstwertes rasch abnimmt. Um eine zu grosse Abnahme des Wir- kungsgrades zu vermeiden, muss der Antrieb nach Erreichen einer bestimmten Drehzahl bzw. Geschwin- digkeit von einem Momentwandler übernommen werden, der auf eine höhere Drehzahl als die vorherige bemessen ist. Zum Erschöpfen eines gegebenen Drehzahlbereiches sind somit mehrere Momentwandler erforderlich.
Die Anwendung von mehr als drei Momentwandlern stösst jedoch auf Schwierigkeiten in der
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zu beheben, sind hydrodynamische Geschwindigkeitswechselgetriebe vorgeschlagen worden, die aus einem hydrodynamischen Momentwandler und einem diesem nachgeschalteten mehrstufigen mechani- schen Geschwindigkeitswechselgetriebe bestehen. Um das Anlassen und Umschalten zu gewährleisten, so- wie um den Bereich des günstigen Wirkungsgrades zu vergrössern, sind z. B. die Schaufeln der Pumpe des
Momentwandlers verstellbar ausgebildet. Es ist auch bekannt, durch Herausziehen des Turbinenschaufel- kranzes oder durch Schliessen des hydraulischen Kreislaufes des Momentwandlers mittels Schieber sowie durch eine speziell ausgebildete synchronisierende Wellenkupplung von der einen hydraulischen Ge- schwindigkeitsstufe auf die andere überzugehen.
Hiedurch wird aber der Aufbau der hydrodynamischen
Geschwindigkeitswechselgetriebe verwickelt, wodurch einer ihrer grössten Vorteile, nämlich die durch den einfachen Aufbau bedingten, verhältnismässig geringen Herstellungskosten und der zuverlässige Be- trieb beeinträchtigt werden.
Der andere Umstand, der die allgemeine Verbreitung der hydrodynamischen Geschwindigkeitswech- selgetriebe verhindert, besteht darin, dass ihr Wirkungsgrad geringer als jener der mechanischen Ge- schwindigkeitswechselgetriebe ist, was insbesondere bei für Dauerbetrieb bestimmten Hochleistungsan- trieben ausschlaggebend sein kann.
Es ist versucht worden, die beiden Systeme gemeinsam zu verwenden und somit ihre günstigen Eigen- schaften gleichzeitig zur Wirkung gelangen zulassen. Auf diese Weise sind die Leistungsverzweigungs- systeme. sowie sogenannte hydromechanische Getriebe entstanden, die auch eine unmittelbare mecha- nische Stufe von gutem Wirkungsgrad aufweisen. Die LeistungsverzweigUl1gssysteme weisen aber den
Nachteil auf, dass das hydrodynamische Element (Momentwandler oder Wellenkupplung) stets eingeschal- tet ist, selbst dann, wenn nur ein geringer Teil der Leistung zu übertragen ist, wobei der verhältnismä- ssig geringe Wirkungsgrad der Momentwandler notwendigerweise zur Geltung kommt.
Ein Nachteil der beiden Systeme besteht ferner darin, dass im mechanischen ; Zweig bzw. in der mechanischen Stufe ein
Planetengetriebe zur Kraftübertragung sowie Freilauf- und Reibungskupplungen vorgesehen sind, die zur Übertragung von hohen. Leistungen bekanntlich ungeeignet sind, wobei ihre Herstellung teuer und ihr Be- trieb empfindlich ist.
Es ist nun klar, dass ein Geschwindigkeitswechselgetriebe, das die Bildung einer entsprechenden An- zahl von hydraulischen Stufen durch einfache Mittel gestattet und somit bei Beibehaltung der günstigen
Eigenschaften des hydrodynamischen Momentwandlers einen guten Wirkungsgrad des Antriebes sichert. im Gebiet der Kraftübertragungssysteme einen wesentlichen Fortschritt bedeuten und insbesondere den diesbezüglichen Anspruch der Fahrzeugindustrie befriedigen würde. Es ist aber auch offensichtlich, dass
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teile der beiden Systeme zurGeltung kommen zu lassen, beim zeitgemässen Stand der Technik und bei Berücksichtigung der Richtung der technischen Entwicklung eine Lösung für voraussichtlich lange Frist des sich bekanntlich lange hinschleppenden Getriebeproblems zeitigen würde.
Die Erfindung bezweckt vor allem die Schaffung eines einfachen Geschwindigkeitswechselgetriebes mit mehr als zwei hydraulischen Stufen. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass dies bereits mittels zweier hydrodynamischer Elemente, nämlich einer nach dem Föttinger'schen Prinzip arbeitenden
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hydrodynamischen Wellenkupplung oder eines nach diesem Prinzip arbeitenden Drehmomentwandlers er- reicht werden kann, wenn die hydrodynamischen Elemente zwei Zahnräderpaaren derart zugeordnet werden, dass die Antriebswelle des Getriebes bei Einschaltung eines beliebigen der hydrodynamischen Ele- mente und der Zahnräderpaare mit der Abtriebswelle des Getriebes in eine Verbindung zur Weiterleitung des Drehmomentes gebracht werden kann.
Hydrodynamische Geschwindigkeitswechselgetriebe, bei wel- chem die Antriebswelle des Getriebes über je einen Momentwandler und je ein Zahnräderpaar mit der
Abtriebswelle verbunden ist, sind bereits bekannt. Dabei sind aber einem jeden der Momentwandler von vornherein je ein Zahnräderpaar zugeordnet, so dass durch die miteinander abwechselnde Füllung und
Entleerung der Momentwandler nur so viel hydraulische Stufen erreicht werden können, alshydrodynamische Elemente im System vorhanden sind. Es ist auch bekannt, mittels zweier Momentwandler gleicher
Art und Charakteristik drei hydraulische Geschwindigkeitsstufen derart zu bewirken, dass der eine Mo- mentwandler über zwei verschiedene Übersetzungen die Abtriebswelle antreiben kann, wobei die Über- setzungen über Synchronwellenkupplungen in den gewünschten Geschwindigkeitsstufen betätigt werden können.
Bei der erwähnten Anordnung wird aus der durch den vorteilhafteren Aufbau gebotenen Möglich- keit, die einzelnen Übersetzungen mit beiden Momentwandlern in Verbindung bringen zu können, kein
Gebrauch gemacht. Demgegenüber bezieht sich die Erfindung auf ein mehrstufiges hydraulisches Ge- schwindigkeitswechselgetriebe mit einer Antriebswelle, einer Abtriebswelle, mindestens zwei eine Pum- pe und eine Turbine enthaltenden hydrodynamischen Übertragungskreisläufen auf gemeinsamer Achse zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle, sowie mit mindestens je einem Zahnräderpaar im Ge- triebezug zwischen den Turbinen der hydrodynamischen Einheiten und der Abtriebswelle, wobei je ein
Zahnrad der Zahnräderpaare mittels lösbarer Wellenkupplungen mit seiner eigenen Welle verbunden ist,
wogegen die Wellen der Pumpen der hydrodynamischen Einheiten mit der Antriebswelle in starrer Ver- bindung stehen. Erfindungsgemäss ist zwecks Bildung von mindestens vier hydraulischen Geschwindig- keitsstufen zwischen den Antriebszahnrädern der Zahnräderpaare eine weitere lösbare Wellenkupplung vorgesehen, mittels welcher die Antriebswelle über jeden der Momentwandler und über jedes der Zahn- räderpaare mit der Abtriebswelle verbunden werden kann. Die Momentwandler können untereinander glei- che Kennlinien aufweisen und auf denselben Konstruktionspunkt bemessen werden.
Sie können aber, wie an sich bekannt, auch für verschiedene Konstruktionspunkte derart vorgesehen sein, dass bei gleichen
Pumpendrehzahlen die Drehzahlbereiche der Turbinenkränze, in welche die Momentwandler bei gutem
Wirkungsgrad arbeiten, voneinander verschieden sind. und der Reihe nach aufeinanderfolgen, d. h., dass die obere Grenze des Drehzahlbereiches des Turbinenkranzes des einen Momentwandlers mit der unteren
Grenze des Drehzahlbereiches des Turbinenkranzes des andern Momentwandlers zusammenfällt. Da bei der beschriebenen Anordnung ein jeder der hydrodynamischen Momentwandler jedem der Zahnräderpaare zugeordnet werden kann, ist leicht einzusehen, dass mittels des erfindungsgemässen Geschwindigkeits- wechselgetriebes eine Anzahl von hydraulischen Stufen erreicht werden kann, die dem Produkt der Zah- len der Momentwandler bzw. der Zahnräderpaare entspricht.
Dies bedeutet, dass der hydrodynamische
Momentwandler immer bei einem verhältnismässig guten Wirkungsgrad arbeiten kann. Wenn nämlich die Wirkungsgradkennlinie des einen hydrodynamischen Momentwandlers rasch'abzufallen beginnt, übernimmt seine Rolle in bekannter Weise der andere Momentwandler. Da nun einerseits dieser Rol- lentausch bei der erfindungsgemässen Anordnung mindestens in zwei Fällen möglich ist, anderseits die
Kennlinien der in der Richtung der Geschwindigkeitszunahme nacheinander eintretenden hydrodynami- schen Momentwandler in bekannter Weise immer mehr gestreckt werden, kann der in der Praxis bean- spruchte Wandlungsbereich ohne wesentliche Abnahme des Wirkungsgrades erschöpft werden.
Es sind so- mit weder hydrodynamische Momentwandler von einer der Zahl der hydraulischen Stufen entsprechenden
Anzahl, noch die Umstellung der Pumpenschaufeln der verwendeten Momentwandler, das Herausziehen des Turbinenschaufelkranzes oder das Abschliessen des hydraulischen Kreislaufes mittels eines Schiebers erforderlich. All dies wird durch in der erfindungsgemässen Anordnung mehrfache Möglichkeiten bieten- de lösbare Wellenkupplungen ersetzt.
Bei den erfindungsgemässen mehrstufigen hydraulischen Geschwindigkeitswechselgetrieben besteht die Möglichkeit, die nächstfolgenden Geschwindigkeitsstufen derart vorauszuwählen, dass die zur Bildung der vorzubereitenden nächstfolgenden Geschwindigkeitsstufe verwendeten Wellenkupplungen in lastfrei- em Zustand geschaltet werden können, wobei lediglich die beim Synchronisieren der mit ihnen starr ver- bundenen Massen auftretenden Massenkräfte während praktisch beliebig langen Zeiten überwunden wer- den müssen. Diese praktischen Vorteile treten bei der Wahl der synchronisierenden Wellenkupplungen und beim Bestimmen ihrer Abmessungen, sowie beim Übergang auf die nächstfolgenden Geschwindigkeits- stufen ausschlaggebend in Erscheinung.
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Die erfindungsgemässe Anordnung ermöglicht aber in einfacher Weise auch, vom hydraulischen Be- trieb nötigenfalls auf mechanischen Betrieb überzugehen und auf diese Weise den guten Wirkungsgrad der mechanischen Geschwindigkeitswechselgetriebe beizubehalten, ohne dabei die Zugkraft zu unter- brechen. Hiezu ist nur erforderlich, zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle des Getriebes in i an sich bekannter Weise eine lösbare Zwangsverbindung herzustellen, die beim Auftreten einer durch den hydrodynamischen Momentwandler erreichbaren bestimmten Geschwindigkeit eingeschaltet wird. Bis zum
Entleeren des betriebenen hydraulischen Momentwandlers arbeitet dann das Getriebe in einem Betrieb mit
Leistungsverzweigung, wobei nach Beenden der Entleerung in rein mechanischem Betrieb weitergearbei- tet wird, d. h. keine Unterbrechung der Zugkraft auftritt.
Der Wirkungsgrad des Getriebes ist aber dabei besser als im hydraulischen Betrieb, was im Wesen in einer höheren Leistungsausbeute der dem Getriebe zugeordneten Kraftmaschine in Erscheinung tritt.
Es ist ferner möglich, das Getriebe mit ohne Unterbrechung der Zugkraft einschaltbaren mehreren mechanischen Geschwindigkeitsstufen auszubilden. Die Pumpe und die Turbine der hydrodynamischen
Momentwandler müssen dann mechanisch kurzgeschlossen werden. Bei Verwendung von zwei hydrody- namischen Momentwandlern und zwei Zahnräderpaaren bedeutet dies zwei weitere mechanische Ge- schwindigkeitsstufen, wodurch die Vielseitigkeit der erfindungsgemässen hydrodynamischen Geschwin- digkeitsgetriebe in ersichtlicher Weise beträchtlich gefördert wird.
Erfindungsgemässe mehrstufige-hydraulische Geschwindigkeitswechselgetriebe, die auch zum Bilden von mechanischen Geschwindigkeitsstufen geeignet sind, werden im folgenden als hydromechanische
Ausführungsformen bezeichnet.
Bei den hydromechanischen Ausführungsformen der erfindungsgemässen mehrstufigen hydraulischen
Geschwindigkeitswechselgetriebe bietet sich eine einfache Möglichkeit zum Verwenden derselben Re- gulatoreinrichtung, mittels welcher die Drehzahl der Kraftmaschine zwecks Abwechslung der Leistungs- stufen in den hydraulischen Geschwindigkeitsstufen reguliert wird, während-sie in den mechanischen Ge- schwindigkeitsstufen zum Einstellen verschiedener bestimmter Geschwindigkeiten dient. Auf diese Weise kann in den hydraulischen Geschwindigkeitsstufen die Beschleunigungsfähigkeit und die nützlich entfalt- bare Zugkraft abgeändert werden, während im mechanischen Betrieb die selbsttätige Aufrechterhaltung der gewünschten Geschwindigkeiten gesichert werden kann.
Mit Rücksicht darauf, dass die hydraulischen
Geschwindigkeitsstufen beim Anlassen und Beschleunigen auf die gewünschte Geschwindigkeit von Fahr- zeugen vorteilhaft betrieben werden können, während sich die mechanischen Geschwindigkeitsstufen auf
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Geschwindigkeit im Zugdienst gestellt werden.
Das erfindungsgemässe Getriebe kann in einfacher Weise auch zum hydraulischen Richtungswechsel ausgebildet werden. Zu diesem Zweck werden die Antriebswelle, die Momentwandler und je ein Zahnrad der Zahnräderpaare über die Abtriebswelle, einer weiteren Antriebswelle, mit je einem Momentwandler und Zahnrad wie an sich bekannt gegengeschaltet. Hydraulisch betrachtet, bedeutet die Gegenschaltung, dass beim Richtungswechsel der die Abtriebswelle in der einen Richtung antreibende hydrodynamische Momentwandler entleert, während der in der entgegengesetzten Richtung antreibende hydrodynamische Momentwandler aufgefüllt wird. Eine mechanische Gegenschaltung bedeutet, dass die Wirkung der an beiden Seiten der Abtriebswelle angeordneten Momentwandler an dieser in entgegengesetztem Sinn zur Geltung gelangen.
Dies kann entweder durch die einander entgegengesetzten Drehungsrichtungen der gegengeschalteten Momentwandler, oder durch ein richtungsänderndes Zahnrad auf der einen Seite der Abtriebswelle erreicht werden.
Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen näher erläutert, die im Schema zwei hydromechanische Ausführungsformen und eine hydraulische Ausführungsform des erfindungsgemässen Geschwindigkeitswechselgetriebes beispielsweise darstellen.
Fig. 1 zeigt dabei eine Ausführungsform mit vier hydraulischen und zwei mechanischen Stufen.
Fig. 2 ist ein der Ausführungsform gemäss Fig. 1 zugeordnetes Schaubild, In Fig. 3 ist eine beispielsweise Ausführungsform mit ebenfalls vier hydraulischen, jedoch mit drei mechanischen Stufen dargestellt.
Fig. 4 zeigt die Anordnung einer für hydraulischen Richtungswechsel ausgebildeten beispielsweisen Ausführungsform.
Gleiche Bezugszeichen weisen in den Zeichnungen auf ähnliche Einzelheiten hin.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, hat das Getriebe eine Pumpenwelle 10 und eine Abtriebswelle 11. Die Pumpenwelle 10 ist mittels eines aus Zahnrädern 12 und 13 bestehenden Zahnräderpaares 12,13, einer.
Antriebswelle 14, eines Kardangelenkes 15, sowie einer Kardanwelle 16 mit der Abtriebswelle einer
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nicht dargestellten Kraftmaschine verbunden. Die Abtriebswelle 11 ist über ein Kardangelenk 17 und eine Kardanwelle 18 an eine ebenfalls nicht dargestellte Arbeitsmaschine, z. B. an den Wellenantrieb eines Fahrzeuges angeschlossen. An der Pumpenwelle 10 sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel die Pumpen 21 bzw. 22 von zwei hydrodynamischen Momentwandlern 19 bzw. 20 gleicher Konstruktionspunkte befestigt. Die Turbinen 23 bzw. 24 der Momentwandler 19 bzw. 20 sind mit je einem Zahnrad 25 bzw. 27 der aus den Zahnrädern 25,26 bzw. 27,28 bestehenden Zahnräderpaare starr verbunden. Die Leitschaufelkränze der Momentwandler sind mit Bezugszeichen 29 bzw. 30 bezeichnet.
Das Zahnrad 26 ist auf-einer Vorschaltwelle 31 und das Zahnrad 28 auf einer Vorschaltwelle 32 befestigt. Diese beiden Vorschaltwellen 31 und 32 können mittels einer lösbaren Wellenkupplung 33 miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden. Auf der Vorschaltwelle 31 ist ein Zahnrad 34 und auf der Vorschaltwelle 32 ein Zahnrad 35 freilaufend gelagert. Diese können über je eine lösbare Wellenkupplung 36 bzw. 37 mit den Vorschaltwellen 31 bzw. 32 verbunden werden. Das Zahnrad 34 greift in ein Zahnrad 38 ein, wogegen das Zahnrad 35 in ein Zahnrad 39 eingreift, wobei die erwähnten Zahnräder 38 und 39 an einer die Antriebswelle des Richtungswechslers bildenden Welle 40 befestigt sind, die auch zwei weitere Zahnräder 41 und 42 trägt.
Das Gegenzahnrad 43 des Zahnrades 41 ist auf der Abtriebswelle 11 längsverschieb- bar, aber drehfest gelagert, wobei die letztere zugleich die Abtriebswelle des Richtungswechslers bildet und beim dargestellten Ausführungsbeispiel in bei Fahrzeugantrieben üblicher Weise an beiden Enden mit Anschlussorganen für eine Arbeitsmaschine versehen ist, wie dies durch die Bezugszeichen 17, 17a, 18.
18a angedeutet worden ist. Mit dem Zahnrad 43 bewegt sich ein Zahnrad 44, das über ein richtungsän-
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in Eingriff gebracht werden kann.
Die Vorschaltwellen 14,31 können über eine lösbare Wellenkupplung 47 miteinander auch mechanisch verbunden werden.
Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 des erfindungsgemässen hydromechanischen Geschwindigkeitswechselgetriebes arbeitet wie folgt :
Es sei angenommen, dass das Getriebe seine dargestellte Lage einnimmt, d. h. die Wellenkupplungen 33, 36, 37, 47 gelöst sind. Die Pumpenwelle 10 ist somit unabhängig von der Abtriebswelle 11 und die Antriebswelle 14 ist unabhängig von der Vorschaltwelle 31. Es sei ferner angenommen, dass die Momentwandler 19,20 ungefüllt sind. Bei diesem Zustand des Getriebes kann die ihm zugeordnete Kraftmaschine nahezu leerlaufen, weil sie ausser der Drehung der Pumpenwelle 10 und der Massen der an dieser angeordneten Pumpen 21, 22 unbelastet ist.
Soll das Fahrzeug in der hydraulischen Geschwindigkeitsstufe mit geringster Endgeschwindigkeit in einer der gezeichneten Lagen des doppelten Zahnrades 43, 44 entsprechenden Drehrichtung 48 angelassen werden, so werden die Wellenkupplungen 33, 36 eingeschaltet, wobei dann bei Erhöhung der Leistung der Kraftmaschine mit der Füllung des Momentwandlers 20 begonnen wird.
Dies hat zur Folge, dass die Turbine 24 und das hiemit starr verbundene Zahnrad 27 in Drehung versetzt werden, wobei das Moment über das Zahnrad 28, die Wellenkupplungen 33, 36, das Zahnräderpaar 34, 38, die Welle 40, sowie das Zahnräderpaar 41,43 auf die Abtriebswelle 11 übertragen wird. W13 die Drehzahl der Turbine 24 des Momentwandlers 20 immer mehr zunimmt, wird auch die Drehzahl der Abtriebswelle 11 unabhängig von der Drehzahl der Kraftmaschine grösser und erreicht letzten Endes einen Wert ;
bei welchem der Wirkungsgrad des Momentwandlern 20 nach anfänglicher Zunahme und Erreichen eines Scheitelwertes abnehmend die zulässige untere Grenze erreicht,
Dann werden die beiden Momentwandler 19 und 20 in einem Betrieb mit hydraulischer Leistungverzweigung betrieben, indem bei Entleerung des Momentwandlers 20 der Momentwandler 19 gefüllt wird. Dies hat zur Folge, dass die Last vom Zahnräderpaar 27, 28 allmählich auf das Zahnräderpaar 25, 26 übergeht, wobei die Drehzahl der Abtriebswelle immer mehr zunimmt. Wenn der Momentwandler 20 entleert ist, hört der Betrieb mit Leistungsverzweigung auf, wobei die Leistung durch den Momentwandler 19, sowie durch das Zahnräderpaar 25,26 weitergeleitet wird, d. h., dass der Momentwandler 19 dann mit dem Zahnräderpaar 34,38 zusammenarbeitet.
Durch Lösen der belastungsfreien Wellenkupplung 33 kann der Momentwandler 20 auch mechanisch vom System abgetrennt werden.
Mit weiterer Zunahme der Drehzahl der Abtriebswelle 11 beginnt auch der Wirkungsgrad des Momentwandlers 19 abzunehmen. Beim Erreichen seiner zugelassenen unteren Grenze muss auf die nächstfolgende obere Stufe übergegangen werden. Zur Vorbereitung dieser Massnahme wird die belastungsfrei Wellenkupplung 37 eingeschaltet. Der Übergang erfolgt wieder in einem Betrieb mit hydraulischer Leistungsverzweigung, indem der Momentwandler 20 unter Entleerung des Momentwandlers 19 wieder ge-
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triebswelle 11.
VI. Zweite mechanische Geschwindigkeitsstufe : Antriebswelle 14, Wellenkupplung 47, Vorschaltwelle 31, Wellenkupplung 33, Vorschaltwelle 32, Wellenkupplung 37, Zahnräderpaar 35, 39, Welle 40, Zahnräder 41, 43 bzw. 42, 46,44, Abtriebswelle 11.
Das Ausführungsbeispiel gemass Fig. 1 kann anstatt mit Momentwandlern 19,20 mit nach dem Föttinger'schen Prinzip arbeitenden hydrodynamischen Wellenkupplungen ausgebildet werden, wobei dann auch die Leitschaufeln 29, 30 wegfallen. Auf diese Weise können in der bereits beschriebenen Weise in beiden Richtungen mittels hydraulischer Wellenkupplungen gebildete vier hydraulische Geschwindigkeitsstufen und zwei weitere mechanische Geschwindigkeitsstufen erreicht werden. Auch die zur Herstellung der einzelnen Geschwindigkeitsstufenerforderlichen Maschinenelemente sind den bereits beschriebenen gleich. Eine Ausnahme bilden die Momentwandler 19, 20, statt denen hydrodynamische Wellenkupplungen vorgesehen sind.
Bei Verwendung des Ausführungsbeispiels nach ? Lg. l als Fahrzeuggetriebe, verläuft die Änderung der Wirkungsgrade und der Zusammenhang zwischen Zugkraft und Geschwindigkeit in der in Fig. 2 dargestellten Weise. Auf der Abszisse dieses Schaubildes ist die in prozentualen Werten der Endgeschwindigkeit ausgedrückte Fahrzeuggeschwindigkeit V in "/0 aufgetragen. Als Ordinaten dienen die Zugkraft P und der Wirkungsgrad 1j. Als Einheit der Zugkraft ist der bei Höchstgeschwindigkeit und einem Wirkungsgrad von 1j = 100"/0 gelieferte Wert angenommen worden. Die mit einer strichpunktierten Linie gezeichnete Zugkraftkurve Pid entspricht dem bei idealem Wirkungsgrad von 1j = 1001o auftretenden Fall.
Dann ist die Zugkraft bei Nullgeschwindigkeit unendlich gross und fällt mit Zunahme der Geschwindigkeit hyperbolisch ab. Die kontinuierlich gezeichnete Kurve Phydr zeigt den Verlauf der Zugkraft bei Betätigung von hydrodynamischen Momentwandlern. Die gestrichelte Kurve Pmech entspricht der in den mechani schen Geschwindigkeitsstufen erreichbaren Zugkraft. Die kontinuierlich gezeichnete Wirkungsgradkur-
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schen Zahlen weisen auf die entsprechenden Geschwindigkeitsstufen hin, wogegen die arabischen Num- mern auf die dabei betätigten hydrodynamischen Momentwandler hindeuten. Die mit strichlierten Linien gezeichnete Wirkungsgradkurve 1j mech deutet auf die mechanischen Geschwindigkeitsstufen hin.
Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 unterscheidet sich vom vorherigen insofern, dass die Momentwandler 19 und 20 für verschiedene Arbeitspunkte (Konstruktionspunkte) entworfen sind, so dass die Möglichkeit besteht, die Zahnräderpaare 34,38 bzw. 35. 39 unmittelbar zwischen die Turbine 23 bzw. 24 der Momentwandler 19 bzw. 20 und die Abtriebswelle 11 einzufügen, wobei der Momentwandler 19 mittels einer weiteren lösbaren Wellenkupplung 51 mechanisch kurzgeschlossen werden kann.
Dies bedeutet nicht nur, dass die Vorschaltwellen 31, 32, sowie die Zahnräderpaare 25,26 und 27, 28 entfallen und der Bedarf des Getriebes an Bestandteilen und Raum entsprechend abnimmt, sondern dass die Wellenkupplungen 33,36, 37 des vorherigen Ausführungsbeispiels zum Teil umgruppiert werden müssen, um die Momentwandler 19,20 und die Zahnräderpaare 34,38 und 35, 39 zwecks Bildung von vier hydraulischen Stufen verbinden. zu können. Die gemeinsame Aufgabe der Wellenkupplungen 33, 36,37, namentlich die Verbindung der Zahnräder 34,35, wird beim dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine lösbare Wellenkupplung 52 verrichtet.
Die Wellenkupplung 37 dagegen, die dazu dient, die beiden Zahnräderpaare 34,38 und 35, 39 abwechselnd mit den Vorschaltwellen 31 und 32 zu verbinden, wird durch auf der Abtriebswelle 11 gelagerte lösbare Wellenkupplungen 53 bzw. 54 ersetzt.
Selbstverständlich kann die Abtriebswelle 11 zugleich auch die Antriebswelle eines Richtungswechslers bilden. Dann wird z. B. an Stelle der Abtriebswelle 11 gemäss Fig. 3 die Welle 40 gemäss Fig. 1 mit den Bestandteilen 41, 42, 43, 44, 45, 46 des vorherigen Ausführungsbeispiels verwendet.
Ausser der Verringerung des Materialaufwandes und des Raumbedarfes hat diese Ausführungsform noch den grossen Vorteil, dass es möglich wird, die Zahl der mechanischen Stufen auf drei zu erhöhen, d. h. insgesamt sieben Geschwindigkeitsstufen zu bilden, ohne dass hiedurch der Raumbedarf vergrössert oder eine höhere Anzahl von Bestandteilen erforderlich wäre. Die sieben Geschwindigkeitsstufen können wie folgt bestimmt werden :
I. Erste hydraulische Geschwindigkeitsstufe : Antriebswelle 14, Zahnräderpaar 13,12, Pumpenwelle 10, Momentwandler 20, Zahnrad 35, Wellenkupplung 52, Zahnradpaar 34, 38, Wellenkupplung 53, Abtriebswelle 11.
II. Zweite hydraulische Geschwindigkeitsstufe : Antriebswelle 14, Zahnräderpaar 13, 12, Pumpenwelle 10, Momentwandler 19, Zahnräderpaar 34, 38, Wellenkupplung 53, Abtriebswelle 11.
III. Dritte hydraulische Geschwindigkeitsstufe : Antriebswelle 14. Zahnräderpaar 13, 12, Pumpenwelle 10, Momentwandler 20, Zahnräderpaar 35,39, Wellenkupplung 54, Abtriebswelle 11.
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:schlossenen Maschinenelementen eine starre Verbindung erreicht wird. r ; kann zweckmässig sein, Klauenkupplungen mit äusserer und innerer Evolventenverzahnung und Reibscheibensynchronisierung zu verwenden.
Gemäss den gewünschten Werten der einander zugeordneten Wirkungsgrad- und Drehzahländerungswerte kann die Füllung und Entleerung der Momentwandler durch eine selbsttätige Steuereinrichtung gesteuert werden, die zugleich auch zum Durchführen der übrigen Schaltmassnahmen dienen kann, wie dies an sich bekannt ist. Insbesondere bei Fahrzeugantrieben ist es zweckmässig, wenn die Leistung der Kraft- maschine, z. B. eines Dieselmotors, mittels eines Regulatorsystems auf fünf oder sechs verschiedene Dreh- zahlen eingeregelt werden kann.
In den hydraulischen Geschwindigkeitsstufen entspricht dies verschiedenen Leistungsstufen, wogegen in den mechanischen Geschwindigkeitsstufen es bestimmten Geschwindigkeiten entspricht, so dass einerseits das Mass der Beschleunigung in den hydraulischen Geschwindig- keitsstufen veränderlich wird und anderseits der Antrieb in den mechanischen Geschwindigkeitsstufen als ein System zum Konstanthalten der Geschwindigkeit arbeiten kann. Im letzteren Fall kann die Leistung der Kraftmaschine durch den Regulator stufenlos zwischen 0 und 100go geändert werden, während das Fahrzeug die eingestellte Geschwindigkeit beibehält. Dies ist offensichtlich insbesondere im Eisenbahnbetrieb von grosser Bedeutung, wo durch Einhaltung der vorgeschriebenen Geschwindigkeit auch die Einhaltung des Fahrplanes gesichert werden kann.
Die Einstellung der Kraftmaschine auf bestimmte Drehzahlen vereinfacht den Übergang vom hydraulischen Betrieb auf mechanischen Betrieb. Je eine bestimmte Drehzahl der Kraftmaschine ist ie einer Geschwindigkeitsstufe des mechanischen Betriebes zugeordnet, wobei die Geschwindigkeit selbst durch den synchronen Lauf der beiden Hälften der Wellenkupplung bestimmt ist. Die Wellenkupplung wird durch einen in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit betätigten Fühler nur dann eingeschaltet, wenn ihre Kupplungshälften synchron laufen, Somit kann die Wellenkupplung in lastfreiem Zustand oetatigt werden.
Es ist übrigens zweckmässig, durch etwaige Ungenauigkeiten der Steuerung bedingte relative Drehzahlunterschiede zu beheben und zu diesem Zweck alle Wellenkupplungen mit einem Synchronisierorgan von geringer Leistung, z. B. mit einer Lamellen- oder elektromagnetischen Wellenkupplung, zu versehen, wodurch die bei geringem Drehzahlunterschied umlaufenden unbelasteten Massen auf einander gleiche Drehzahlen gebracht werden können, damit z. B. die als Klauenkupplungen ausgebildeten WelLenkupplungen bei Betätigung keinen Schlägen ausgesetzt werden.
PATENT ANSPRÜCHE :
1. Mehrstufiges hydraulisches Geschwindigkeitswechselgetriebe mit einer Antriebswelle, einer Abtriebswelle, mindestens zwei eine Pumpe und eine Turbine enthaltenden hydrodynamischen Übertragungskreisläufen auf gemeinsamer Achse zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle, sowie mit mindestens je einem Zahnräderpaar im Getriebezug zwischen den Turbinen der hydrodynamischen Einheiten und der Abtriebswelle, wobei je ein Zahnrad der Zahnräderpaare mittels lösbarer WellenkuDplungen mit seiner eigenen Welle verbunden ist ;
wogegen die Wellen der Pumpen der hydrodynamischen Einheiten mit der Antriebswelle in starrer Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Bildung von mindestens vier hydraulischen Geschwindigkeitsstufen zwischen den Antriebszahnrädern (34, 35) der Zahnräderpaare (34, 38 ; 35,39) eine weitere lösbare Wellenkupplung (33,52) vorgesehen ist.