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Kraftübertragungseinrichtung mit mindestens zwei Strömungsgetrieben, insbesondere für ein Schienentriebfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine insbesondere für ein Schienentriebfahrzeug bestimmte Kraftübertragungs- einrichtung mit mindestens zwei von je einem gesonderten Motor, einem Hauptmotor sowie einem vor- zugsweise für eine kleinere Leistung als der Hauptmotor ausgelegten Hilfsmotor angetriebenen Strömungs- getrieben, die je einen oder mehrere Strömungskreisläufe (Strömungswandler, Strömungskupplungen) so- wie für diese je eine oder eine gemeinsame, aus einem Ölsumpf ansaugende und an einen Ölkühler ange- schlossene Fülleinrichtung aufweisen, wobei die Motoien sowohl einzeln als auch gleichzeitig über das zugehörige Strömungsgetriebe auf den Abtrieb arbeiten.
Der Hilfsmotor dient bei einem Schienentrieb- fahrzeug vielfach auch zum Antrieb der Fahrzeug-Hilfsaggregate (Lichtmaschine, Heizgenerator, Kom- pressor od. dgl.) und wird meist nur selten für den Fahrantrieb herangezogen, sei es zusammen mit dem
Hauptmotor zum Erzielen hoher Fahrleistungsspitzen oder aber allein zum Einstellen lediglich kleiner
Fahrleitungen.
Bei den bisher bekanntgewordenen Kraftübertragungen dieser Art wurde zum Rückkühlen des Arbeits- öles der Strömungskreisläufe je ein gesonderter Ölkühler für jedes Strömungsgetriebe vorgesehen, so dass die Füll-und Steuereinrichtungen der Getriebe unabhängig voneinander arbeiten können. Andernfalls wäre nämlich ein Zusammenschalten der Full- un Steuereinrichtungen erforderlich, was aber nicht ohne weiteres möglich ist. Ausserdem bestünde im letzteren Falle die Gefahr, dass sich im Laufe des Betriebes etwa der Ölsumpf eines der Strömungsgetriebe vollständig leerte.
Schliesslich hegte man auch die Befürch- tung, dass ein einziger Ölkühler für zwei oder mehrere Strömungsgetriebe wegen des erheblich wechselnden W ärmeanfalles und der unterschiedlichen Durchströmgeschwindigkeiten im Kühler nicht zufriedenstellend arbeiten könnte.
Ferner ist ein Getriebe bekanntgeworden, dessen zwei von einem einzigen Motor dauernd angetriebenen Strömungsgetriebe eine gemeinsame Füllpumpe, eine gemeinsame Druckleitung und einen gemeinsamen Ölsumpf aufweisen. Abgesehen davon, dass dieses Getriebe nicht dem eingangs genannten Getriebe entspricht, ist dort die Ölkühlung nicht erwähnt. Ausserdem ist dort keine Losung für den Fall angegeben, dass mehrere Ölsümpfe vorhanden sind.
Die Erfindung weist nun einen Weg, den erheblichen Bauaufwand und Platzbedarf der bisherigen Kraftübertragungen mit je einem gesonderten Ölkühler für jedes Strömungsgetriebe zu verringern und dabei trotzdem ein einwandfreies Arbeiten der Füll-und Steuereinrichtungen sowie ein ausreichendes Kühlen sicherzustellen. Erfindungsgemäss wird vorgeschlagen, dass die Fülleinrichtungen bzw. die gemeinsame Fülleinrichtung saugseitig, wie an sich bekannt, unmittelbar an einen von allen Kreisläufen beschickten Ölsumpf und druckseitig über eine in bekannter Weise gemeinsame Druckleitung an einem ebenfalls gemeinsamen Ölkühler angeschlossen werden, und dass ferner bei Vorhandensein örtlich getrennter Ölsümpfe diese durch Leitungen untereinander verbunden werden.
Die Fülleinrichtung jedes Strömungsgetriebes, die je eine von dessen Primärwelle angetriebene Füllpumpe aufweist, wird zweckmässigerweise derart ausgebildet, dass die Druckleitung jeder Füllpumpe über ein in Pumpenförderrichtung öffnendes Rückschlagventil mit der binlassleitung des gemeinsamen Ölkühlers verbunden ist.
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Nach der Erfindung wird das Öl, gegebenenfalls über Rückschlagventile, in den gemeinsamen Öl- kühler gefördert, von wo es nach Kühlung zu den Fülleitungen der einzelnen Strömungsgetriebe gelangen kann. Die an diesen Finleitungen vorgesehenen Steuerorgane gestatten dann, den oder die gerade einzu- schaltenden Strömungskreisläufe (Wandler oder Kupplungen) zu füllen. Das aus den Strömungskreisläufen austretende Öl gelangt in den Getriebeölsumpf bzw. in den am tiefsten gelegenen Ölsumpf zurück. Da- durch, dass statt einer der Zahl der Strömungsgetriebe entsprechenden Anzahl von Ölkühlern nur noch ein einziger gemeinsamer Ölkühler vorgesehen ist, wird erheblich an Bauaufwand und Kosten sowie an Platz eingespart.
Diese Ersparnis ist auch dann noch bedeutsam, wenn der gemeinsame Ölkühler zum Sicherstellen einer ausreichenden Kühlleistung grösser bemessen wird als jeder der für die Strömungsgetriebe bisher er- forderlichen einzelnen Ölkühler. Die Rückschlagventile ermöglichen, dass beim gleichzeitigen Arbeiten dzr Strömungsgetriebe die für die überwiegende Fördermenge ausgelegte Füllpumpe entgegen dem Lei- tungswiderstand ihr Öl durchdrückt und dass die andere Füllpumpe (bzw. Füllpumpen) nur in dem Masse die Gesamtfördermenge steigern, wie dies ihre Fvrderdrücke zulassen.
Ausserdem kann durch die jeweils stillstehenden Füllpumpen kein Rückfliessen in den Ölsumpf erfol- gen. Des weiteren wird ein selbsttätiger Ausgleich der von mehreren Ölpumpen erzeugten Öldrücke erreicht, so dass zu gleicher Zeit nicht ungleich hohe Fülldrücke ? n verschiedbnen Strömungskreisläufen auftreten können. Bei bereits bei sehr niedrigem Druck ansprechenden Rückschlagventilen ergibt sich der weitere Vorteil, dass im Leerlaufbetrieb - d. h. also, wenn die Motoren laufen, aber noch keiner der Strömungskreisläufe gefüllt ist-die Füllpumpen das Öl fast ohne Gegendruck durch den Ölkühler und die Füllungssteuerorgane fördern, wogegen bei Anwendung von auf einen höheren Druck ansprechenden Überdruckventilen grössere Strömungswiderstände und somit eine Wirkungsgradeinbusse in Kauf genommen wer- den müssten.
Ein zusätzlicher Vorteil bei der erfindungsgemässen Einrichtung besteht ferner in der nunmehr geringeren Gesamtzahl von Leitungen zwischen Strömungsgetrieben und Ölkühler, was bei grösseren räumlichen Entfernungen zwischen diesen Aggregaten von Bedeutung ist.
Die Strömungsgetriebe werden mit einem gemeinsamen Ölsumpf oder mit in kommunizierender Verbindung stehenden gesonderten Ölsümpfen versehen. Auf diese Weise wird ein Ausgleich der vom gemeinsamen Ölkühler zu den verschiedenen Strömungsgetrieben und Ölsümpfen zu viel oder zu wenig zufliessen- den Ölmengen in sehr einfacher Weise sichergestellt. Sofern sich die gesonderten Ölsümpfe in verschiedenen Höhenlagen befinden, kann dieser Ausgleich dadurch bewerkstelligt werden, dass man die Ölsümpfe sowohl durch eine Überlaufleitung als auch durch eine dauernd von dem tiefer gelegenen Ölsumpf zum höher gelegenen Ölsumpf fördernde Rückförderleitung miteinander in Verbindung setzt.
Ferner wird vorgeschlagen, eine der Füllpumpen, vorzugsweise die dem Strömungsgetriebe des Hauptmotors zugeordnete Füllpumpe als Kreiselpumpe und die andere bzw. alle andern Füllpumpen, wie an sich bekannt, als Verdrängerpumpen, beispielsweise als Zahnradpumpen, auszubilden. Dies ergibt auf Grund der verschiedenartigen Pumpen-Charakteristiken bei gleichzeitig laufenden Ölpumpen den Vorteil eines besseren, pendelungsfreien Zusammenarbeitens. Es kann auch mit Vorteil in an sich bekannter Weise eine für alle Fülleinrichtungen gemeinsame Füllpumpe vorgesehen werden, die ausserdem mitder Primärwelle jedes Strömungsgetriebes über je einen Freilauf in Triebverbindung steht.
Ferner ist es zweckmässig, an die Ölkühler-Auslassleitung noch das Schmierleitllngssystem eines oder mehrerer Strömungsgetriebe anzuschliessen, insbesondere das des Getriebes für den Hilfsmotor. Hiebei sind an sich keine Steuerungselemente wie Ventile u. dgl. erforderlich, und ausserdem ist dann eine Schmierung stets schon dann sichergestellt, wenn nur ein einziger Motor und eine einzige Strömungsgetriebe-Primärwelle laufen. Beispielsweise bei einem Schienenfahrzeug wird dann auch beim Stillstand des Hilfsmotors und stehender Primärwelle des zugehörigen Strömungsgetriebes dieses Getriebe geschmiert, was deshalb erforderlich ist, da dessen Sekundarteile bei durch den Hauptmotc- angetriebenem ballrzeug von den Rädern her angetrieben werden.
Bei Strömungsgetrieben ist bereits ein Bremsen in der Weise bekannt, dass beispielsweise ein für den untersten Vorwärtsgang bestimmter Strömungswandler bei einer etwa dem zweiten oder dritten Fahrgang entsprechenden Geschwindigkeit eingeschaltet wird. Da der Wandler dann beträchtlich oberhalb seines sogenannten Durchgangspunktes arbeitet, gibt er trotz des primärseitigen Antriebes seines Pumpenrades durch den leerlaufenden Motor abtriebsseitig picht nur keine Leistung ab, sondern nimmt dort je nach Fahrgeschwindigkeit sogar eine beträchtliche Bremsleistung auf.
Sowohl die primäiseitig als auch die sekundärseitig zugeführte Energie wird im Strömungswandler in Wärme umgewandelt und muss durch den Ölkühler abgeführt werden, weshalb die höchstzulässige Bremsleistung meist durch die Kühlkapazität des Ölkühlers begrenzt wird. Da bei der erfindungsgemässen Kraft-
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übertragungseinrichtung der gemeinsame Ölkühler in der Regel für eine grössere Wärmemenge ausgelegt wird als die bisher für jedes Strömungsgetriebe gesondert vorgesehenen Einzelölkühler, lässt sich bei der erfindungsgemässen Einrichtung in vorteilhafter Weise einer der Strömungskreisläufe, insbesondere einer der Strömungswandler, zum Bremsen verwenden, u. zw. mit einer gegenüber sonst grösseren zulässigen
Bremsleistung.
Das Rückkühlen des Ölkühlers kann auf irgendeine bekannte Weise erfolgen, beispielswei- se durch einen Kühlluftstrom.
Zweckmässiger dürfte es sein, den Ölkühler an den Kühlwasserumlauf der Antriebsmotoren anzu- schliessen. Dies hat den Vorteil, dass beim Inbetriebsetzen mindestens eines Motors das Getriebeöl vorge- wärmt wird. Das ergibt für die Strömungsgetriebe geringere Ölviskosität, kleinere Widerstände in den Öl- leitungen und Strömungskreisläufen und demzufolge bessere Wirkungsgrade und höhere Zugkräfte.
Nachstehend sei die Erfindung an Hand zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hiebei stellen dar : Fig. 1 das Schema eines Teiles einer dieselhydraulischen Lokomotive mit zwei Motoren und einer erfindungsgemässen Kraftübertragungseinrichtung, Fig. 2 diese Kraftübertra- gungseinrichtung in grösserem Massstabe und Fig. 3 das Schema einer andern Ausführungsform der Kraft- übertragungseinrichtung.
Die ! in Fig. 1 nur zum Teil dargestellte Lokomotive weist einen Dieselmotor 1 auf, der ausschliess- lich für den Fahrantrieb bestimmt ist und hier den Hauptmotor darstellt. Sein Drehmoment wird über die
Kardanwelle 2, das zweigängige Strömungsgetriebe 3a (= linker Teil des Getriebeblockes 3), das letzterem nachgeschaltete Wendegetriebe 4 sowie über die Kardanwellen 5a und 5b auf die Treibradsätze 6a und 6b übertragen. Der ebenfalls als Dieselmotor ausgebildete Hilfsmotor 7 kann bei Bedarf über die Kardanwelle 8, das nur eingängige Strömungsgetriebe 3b (= rechter Teil des Getriebeblockes 3) und die vorgenannten weiteren Übertragungselemente 4, 5a und 5b gleichfalls auf die Treioradsätze 6a und 6b arbeiten, u. zw. sowohl für sich allein-z.
B. zum Zwecke des Rangierens-oder aber zusammen mit dem Hauptmotor 1, falls hohe Leistungsspitzen erforderlich sind. Im Normalbetrieb wird dagegen der Hauptmotor 1 allein zum Fahrantrieb benutzt. Der Hilfsmotor 7 treibt ausserdem noch den Heizgenerator 9 sowie weitere hier nicht dargestellte Hilfsmaschinen der Lokomotive an, wie z. B. einen Bremsluftkompressor u. dgl. mehr.
Die beiden Strömungsgetriebe 3a und 3b, die hier zu dem Getriebeblock 3 mit einem gemeinsamen Getriebegehäuse zusammengefasst sind, weisen erfindungsgemäss einen gemeinsamen Ölkühler 10 auf. Die in dessen Inneren befindliche Rohrkühlschlange 10a steht über Leitungen 11 und 12 mit der Full- un Steuereinrichtung der beiden Strömungsgetriebe in Verbindung.
Ausserdem ist der Mantelraum 10b dieses Ölkühlers zwecks Rückkühlung noch an den Kühlwasserumlauf der Motoren 1 und 7 angeschlossen, u. zw. derart, dass das unter Umständen vom Motor 1 schon erwärmte Kühlwasser über die Leitung 13a zum Kühlmantel des Motors 7 gelangt, dort gegebenenfalls noch mehr erwärmt wird, hierauf über die Leitung 13b zum Rückkühler 14 fliesst, dort gekühlt wird und schliesslich über die Rücklaufleitung 15, den Mantelraum llb des Ölkühlers und die weitere Leitung 16 wieder zum Motor 1 zurückgelangt. Der Rückkühler 14 ist von einem durch den etwa elektromotorisch angetriebenen Ventilator 17 erzeugten Luftstrom beaufschlagt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der Ölkühler 10 beim Arbeiten auch nur eines Motors rückgekühlt wird.
Es wäre auch möglich, die beiden Motoren 1 und 7 im Kühlwasserkreislauf parallel zu schalten.
Schliesslich ist es auch denkbar, den Ölkühler 10 etwa unmittelbar durch einen Luftstrom zu kühlen, der von einem unabhängig von den Motoren 1 und 7 betriebsfähigen, elektrisch angetriebenen Gebläse erzeugt wird.
Fig. 2 zeigt in vergrösserter Darstellung Einzelheiten der beiden Strömungsgetriebe 3a und 3b und der zugehörigen Füll-, Steuer- und Kühleinrichtungen. Das dem Hauptmotor 1 zugeordnete Strömungsgetriebe 3a weist eine mit der Kardanwelle 2 in Triebverbindung stehende Eingangswelle 20 auf, von wo der Kraftfluss über das Zahnräderpaar 21,22 (mit Übersetzung ins Schnelle) zu der für den Wandler 23 des ersten Geschwindigkeitsganges und den Wandler 24 des zweiten Ganges gemeinsamen Primärhohlwelle 25 gelangt. Der Abtrieb beider Wandler erfolgt über die ebenfalls für beide Wandler gemeinsame zentrale Sekundärwelle 26 zu dem nachgeschalteten Wendegetriebe 4 und von dort zum Fahrwerk der Lokomotive.
Dem Hilfsmotor 7 ist das zweite Strömungsgetriebe 3b zugeordnet, wobei der Kraftfluss über die Kardanwelle 8, die Getriebe-Eingangswelle 27, das ins Schnelle übersetzende Zahnräderpaar 28, 29 und die Primär-Hohlwelle 30 zu dem einzigen Strömungswandler 31 des zweiten Getriebes gelangt. Der Abtrieb dieses Wandlers erfolgt über die gleiche zentrale Sekundärwelle 26 wie beim Strömungsgetriebe 3a. Beide Strömungsgetriebe 3a und 3b sind der Einfachheit halber unmittelbar zu-
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sammengebaut und in einem gemeinsamen Getriebegehäuse 32 untergebracht, könnten aber gemäss Fig. 3 auch räumlich voneinander getrennt sein.
Die Primär-Hohlwelle 25 des ersten Strömungsgetriebes treibt über die Zahnräder 35 - 38 eine als Kreiselpumpe ausgebildete Füllpumpe 39 an, deren Druckleitung 40 über das Rückschlagventil 41 an die Einlassleitung 11 des Ölkühlers 10 angeschlossen ist. In ähnlicher Weise steht die PrimärHohlwelle 30 des zweiten Strömungsgetriebes über Zahnräder 42 und 43 mit der als Zahnradpumpe ausgebildeten Füllpumpe 44 in Triebverbindung, deren Druckleitung 45 ebenfalls über ein Über- . druckventil 46 mit der Ölkühler-Einlassleitung 11 verbunden ist.
Beim Laufen sowohl nur eines Motors als auch beider Motoren wird dann Öl aus dem Ölsumpf 47 entweder über 39-41, 11 oder über 44 -'46, 11 oder aber über diese beiden Pumpensysteme zu der Kühlschlange 10a im Ölkühler 10 und nach Kühlung von dort über die Leitung 12 zum Steuerblock 48 gefördert.
Dieser weist zwei hier nicht näher dargestellte Steuerschieber auf, die in an sich bekannter Weise den Weiterfluss des Öles entweder über die RücKlaufleitung 49 zum Ölsumpf oder über die c'ülleitungen 50,51 und 52 zu den einzelnen Strömungswandlem derart steuern, dass folgende Betriebszustände erzielbar sind : a) Keiner der Wandler ist gefüllt, das von den Füllpumpen geförderte Öl fliesst über die Rücklauf-
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b) nur Wandler 23 ist gefüllt, und das Getriebe 3a arbeitet im ersten Gang ; dies ist normaler
Fahrbetrieb ; c) nur Wandler 24 ist gefüllt, das Getriebe 3a überträgt Kraft im zweiten Gang ; dies ist eben- falls normaler Fahrbetrieb ; d) nur Wandler 31 ist gefüllt, das Getriebe 3b arbeitet jetzt ;
dies ist beispielsweise bei Ran- gierbetrieb der Lokomotive der Fall ; e) einer der beiden Wandler 23,24 und ausserdem der Wandler 31 sind gefüllt, so dass beide
Getriebe 3a und 3b gleichzeitig arbeiten und eine hohe Fahrleistung erzielen lassen.
Das Entleeren der Strömungswandler erfolgt entweder über die Fülleitungen 50 - 52 und die Rück- laufleitung 49 oder aber über besondere, hier nicht dargestellte gesteuerte Entleerleitungen in den Ölsumpf 47. Da hier für beide Strömungsgetriebe 3a und 3b ein gemeinsamer Ölsumpf vorhanden ist, erübrigt sich eine besondere Einrichtung zum Ausgleich der Ölstände mehrerer Ölsümpfe. - Von der Ölkühler-Auslassleitung 12 zweigt ausserdem die Verbindungsleitung 53 zum Schmierleitungssystem der Strömungsgetriebe ab und versorgt unter anderem die Lagerstellen 54,55 mit Öl.
Fig. 3 zeigt eine etwas abgewandelte Ausführungsform der Erfindung, wobei die beiden Strömungsgetriebe 103a und 103b räumlich vollkommen getrennt sind. Die Fülleinrichtung für beide Strömungsgetriebe weist hier gemäss einer Weiterbildung der Erfindung lediglich eine einzige Füllpumpe 160 auf, die sowohl von der Primärwelle 125 des ersten Strömungsgetriebes als auch von der Primärwelle 130 des zweiten Getriebes angetrieben werden kann, u. zw. über den Kegeltrieb 161, Freilauf 162 und Kegeltrieb 163 bzw. über den Kegeltrieb 164, Freilauf 165 und den Kegeltrieb 166. Die Freiläufe 162,165 bewirken, dass jeweils nur die am schnellsten laufende Primärwelle mit der Füllpumpe 160 in Triebverbindung steht.
Auf diese Weise ist ebenfalls sichergestellt, dass beim Laufen auch nur eines Motors und einer einzigen Primärwelle die erforderliche Ölferderung von den Ölsümpfen 147a, 147b über die Einlassleitung 111 zum gemeinsamen Ölkühler 110 stattfindet. Dessen Auslassleitung 112 ist in gleicher Weise wie nach Fig. 2 an die Steuereinrichtung der beiden Strömungsgetriebe angeschlossen.
Um in den getrennten und ausserdem in verschiedenen Höhenlagen befindlichen Ölsümpfen 147a, 147b stets den erforderlichen Mindestölstand zu gewährleisten, sind hier zusätzlich die Überlaufleitung 167 sowie Rückförderleitungen 168a, 168b mit einer Rückförderpumpe 169 vorgesehen. Letztere ist auf der gleichen Welle 170 angeordnet wie die weiter oben erwähnte Füllpumpe 160. Die Rückförderpumpe fördert somit dauernd Öl aus dem Sumpf 147a in den höher gelegenen Ölsumpf 147b und verhindert, dass sich letzterer ganz leeren könnte. Anderseits stellt die Überlaufleitung 167 auf Grund der entsprechenden Höhenlage ihrer Einlauföffnung sicher, dass das dem Ölsumpf 147b zuviel zugeführte Öl in den unteren Ölsumpf 14'la abfliesst.
Bei dieser Ausführungsform mit nur einer einzigen und aus dem tiefer gelegenen Ölsumpf 147a ansaugenden Füllpumpe 160 ist es auch möglich, die Rückfördereinrichtung 168a, i68b und 169 überhaupt wegzulassen, denn in diesem Falle wird allein schon durch die dauernd fördernde Füllpumpe 160 und die entsprechend angeordnete Überlaufleitung 167 stets der erforderliche Mindestölstand in den Ölsümpfen gewährleistet.