Mechanisches Stufen- und Wendegetriebe für Traktionszwecke Die Erfindung betrifft mechanische Stufen- und Wendegetriebe für Traktionszwecke, insbesondere zum Antrieb einer Lokomotive durch eine Verbren nungsturbine, das mit zwei Vorgelegewellen versehen ist, die mit Hilfe von zwei in stetem Eingriffe be findlichen Zahnrädern gegenläufig antreibbar und über ausrückbare Kupplungen mit je einem dieser Zahnräder kuppelbar sind, wobei die auf den Vor gelegewellen lose drehbar sitzenden Stufenzahnräder mittels Schiebekupplungsteilen mit ihrer Welle kup pelbar sind. Ihr Ziel ist, ein Getriebe zu schaffen, das die für die vorkommenden Leistungen notwendige Robustheit aufweist, einen ruhigen Gang auch wäh rend des Schaltens und höchste Verlässlichkeit im Betriebe besitzt.
Es sind Getriebe der eingangs erwähnten Art be kannt, die mit zwei Vorgelegewellen versehen sind, die mit Hilfe von zwei in stetem Eingriff befindlichen Zahnrädern gegenläufig angetrieben werden können und über ausrückbare Kupplungen mit je einem dieser Zahnräder kuppelbar sind, wobei die auf den Vorgelegewellen lose drehbar sitzenden Stufenzahn räder mittels Schiebekupplungsteilen mit ihrer Welle kuppelbar sind.
Gemäss der Erfindung ist ein solches Getriebe da durch gekennzeichnet, dass alle auf der Vorwärtsvor- gelegewelle und auf der mit gleicher Drehzahl im Gegensinne antreibbaren Reversiervorgelegewelle sit zenden Stufenräder mit den Gegenrädern einer Ent nahmewelle in ständigem Eingriff sind, wobei sich die Entnahmewelle über Zahnräder in ständiger Ver bindung mit der Getriebeausgangswelle, auf der Kar dangelenkteile sitzen, befindet, und dass die zuletzt erwähnten sowie die zwei obgenannten Zahnräder mittels auf Nabenschultern derselben sitzender Wälz lager in Ölbäder für die Zahnräder begrenzenden Wänden des Gehäuses gelagert sind.
Eine bevorzugte Ausführungsart besteht beispiels weise darin, dass jedem, beidseits vorzugsweise abge schrägte Kupplungsklauen tragenden Stufenrad zwei beim Schalten gleichzeitig ein- bzw. ausrückende, mit Klauen versehene, verschiebbare Kupplungsteile zu geordnet sind, wobei die zwischen je zwei Stufen rädern befindlichen verschiebbaren Kupplungsteile in an sich bekannter Weise je ein einziges Stück bilden, das zum Kuppeln beider Räder dient.
Durch diese Ausbildung der Kupplungen ergibt sich ein äusserst robustes und betriebssicheres Ge triebe, dessen Antriebswelle z. B. unmittelbar mit einer Verbrennungsturbine verbunden werden kann, wobei die Synchronisierung durch Regulieren der Tur binendrehzahl unter Hinzuziehung einer Hilfsrad bremse erfolgt, und die Nutzleistung durch Einstel lung der Menge der Treibgase festgelegt wird. Durch die angegebene Ausbildung der Kupplungen wird ein vollkommener Ausgleich der Einrückkräfte und der zusätzlichen Kraftmomente beim Schalten erreicht und das Ausspringen eines Ganges zuverlässig ver mieden.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegen standes ist in der Zeichnung veranschaulicht. Es zei gen: Fig. 1 schematisch einen turbomechanischen An trieb mit Getriebe gemäss der Erfindung, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel des mechanischen Übersetzungsgetriebes im Längsschnitt und Fig. 3 im Kreuzriss, Fig. 4 in einem teilweisen Grundriss und Schnitt, Fig.5 schematisch einen Teil einer für Schal tung bei Synchronlauf eingerichteten Zahnkupplung vor dem Einschalten und Fig. 6 nach dem Einschalten der Kupplung.
Die Turbine 1 gemäss Fig. 1 ist durch eine Flan- schenkupplung 2 mit einem Getriebe 3 verbunden, von dem das Drehmoment z. B. durch Kardangelenk 25 auf die einzelnen Fahrgestelle oder Achsen des Traktionsfahrzeuges übertragen wird. Der Vorderteil des Getriebes ist mit einer Bandbremse 4 versehen. Die Regelvorrichtung 5 wird durch Impulse von der Fahrtgeschwindigkeit bzw. von dem Drehmoment der Turbine beherrscht und wirkt auf den Schalterservo- mechanismus 6 ein.
Das Schalten auf eine höhere Geschwindigkeits stufe erfolgt folgendermassen: Der Regulator 5 gibt bei einer steigenden Fahrt geschwindigkeit, d. h. auch bei steigenden Umdrehun gen der Turbine 1 gegenüber einer gewählten Um laufszahl einen Impuls in den Servomotor 6. Der letztere verringert die Leistung der Turbine 1 durch Herabsetzung der Zufuhr von Treibgasen, z. B. durch eine Drosselklappe 7 - bzw. durch Verringerung ihrer Temperatur, z. B. durch Ablassen von Treibgasen -, und schaltet die Geschwindigkeitsstufe des Getriebes 3 aus. Im Augenblick des Ausschaltens der Geschwin digkeitsstufe, wenn die Turbine leer zu laufen be ginnt, besorgt der Servomotor die Regelung ihrer Umlaufzahl, um sie der Drehzahl zum Einschalten auf die nächst höhere Geschwindigkeit anzupassen (synchronisieren).
Bei Bedarf einer kleineren Um laufszahl wird der Turbinenrotor durch die Band bremse 4 etwas gebremst, wenn jedoch die Umlaufs zahl erhöht werden soll, wird die Drosselklappe 7 mehr geöffnet. In dem Augenblick, wenn die Synchro nisierung der Umlaufszahlen erreicht ist, schaltet der Servomotor 6 die höhere Geschwindigkeitsstufe ein und öffnet den Zutritt von Treibgasen in die Turbine 1 auf volle Nutzleistung.
Beim Schalten auf eine niedrigere Geschwindig keitsstufe ist der Vorgang ähnlich, aber mit dem Unterschied, dass der Regulator 5 auf sinkende Um laufszahl bzw. steigendes Drehmoment der Turbine 1 reagiert.
Die beschriebene automatische Schaltung von Geschwindigkeitsstufen mittels eines Servomotors wird aus zwei Gründen angeordnet. Der eine von ihnen ist das Überwinden der Widerstände der Schalt- und Blockierungsvorrichtung und die Beschleunigung des ganzen Schaltvorganges. Den zweiten Grund bil det der Umstand, dass bei einer Verbrennungsturbine weder durch das Gehör noch durch den Gesichtssinn der geeignete Augenblick für das Schalten richtig ab geschätzt werden kann.
In den weiteren Fig. 2, 3 und 4 ist ein Beispiel des mechanischen Getriebes dargestellt, und zwar in Fig. 2 in einem Längsschnitt, in Fig. 3 im Kreuzriss und in Fig. 4 im Grundriss, teilweise im Schnitt.
Das Getriebegehäuse besteht im wesentlichen aus drei Teilen: dem Gehäuse I, der Bandbremse, dem eigentlichen Getriebegehäuse II und dem Verteilungs gehäuse III, von welchem der Antrieb durch Kardan gelenke 25 entnommen wird.
Der Teil I enthält eine Bandbremse 4, die bereits oben erwähnt wurde. Diese Bremse weist eine übliche Ausführung auf und ist zum Anschluss an den Servo motor 6 angepasst, durch welchen sie beherrscht wird.
Das Getriebe im Getriebegehäuse II ist als Wech sel- und Reversiergetriebe des Vorgelegetyps ausge staltet und für gleiche Übersetzungsverhältnisse beim Vorwärts- sowie Rückwärtsgang bei Verwendung der kleinstmöglichen Anzahl von Rädern ausgebildet. Im Oberteil des Gehäuses sind zwei Wellen gelagert (Fig. 3), und zwar die Vorwärtsvorgelegewelle 8 und die Reversiervorgelegewelle 9. Auf den Wellen 8 und 9 sind die Geschwindigkeitsstufenräder 14, 15, 16 und 17, 18, 19 drehbar gelagert, die mit diesen Wellen durch Klauenkupplungen gekuppelt werden können, wie im weiteren noch erläutert wird. Unterhalb der Wellen 8 und 9 ist eine Entnahmewelle 26 angeord net, die fest aufgekeilte Räder 20, 21, 22 trägt, wel che in die Geschwindigkeitsstufenräder 14, 15, 16 und 17, 18, 19 der Wellen 8 und 9 eingreifen.
Von der Entnahmewelle 26 wird das Drehmoment durch fest auf ihre zugehörige Welle aufgekeilte Zahnräder 23, 24 auf eine Abgangswelle 27 übertragen, welch letztere mit Kardangelenkteilen 25 versehen ist.
Die Vorwärtsvorgelegewelle 8 wird durch eine Klauenkupplung 11 mit der Antriebswelle 28 ver bunden, die über die feste Flanschenkupplung 2 mit der Welle der Turbine 1 verbunden ist.
Die Reversiervorgelegewelle 9 (Fig. 4) wird von der Welle 28 aus durch zwei gleiche Zahnräder 10 und 12 angetrieben, die in stetem Eingriff stehen, und sie wird mittels einer Klauenkupplung 13 mit der Welle 28 gekuppelt. Die Räder 10 und 12 bewirken, dass die Welle 9 mit gleicher Drehzahl wie die Welle 8, aber in entgegengesetzter Richtung angetrieben wird, und sie sind in Wälzlager 29 und 30 bzw. 31 und 32 gelagert, die sich in Querwänden 33 und 34 befinden und auf Nabenschultern der Räder sitzen. Diese Querwände versteifen einerseits den Getriebe gehäusekörper 35, anderseits bilden sie eine Kammer 36 für das Ölbad des Rädersatzes 10, 12.
Das Vorderende der Vorwärtsvorgelegewelle 8 wird durch ein Wälzlager 37 in der Nabe des Zahn rades 10 getragen. In ähnlicher Weise ist auch die Welle 9 des Reversiervorgeleges in einem Lager 38 der Nabe des Zahnrades 12 gelagert (Fig. 4).
Die einzelnen Geschwindigkeitsstufen, die aus den Zahnrädern 14, 20 bzw. 17, 20 für die erste Stufe, 15, 21 bzw. 18, 21 für die zweite Stufe und 16, 22 bzw. 19, 22 für die dritte Stufe bestehen, sind gleich falls in selbständigen abgetrennten Kammern 39, 40 und 41 gelagert, welch letztere durch zwei Quer wände 42, 45 bzw. 43, 46 bzw. 44, 47 gebildet sind. Diese Querwände versteifen in geeigneter Weise den Getriebegehäusekörper 35, um den übertragenen Drehmomenten standzuhalten. Gleichzeitig bilden diese Kammern 39, 40 und 41 selbständige Räume für ein Ölbad für die Rädersätze der einzelnen Ge schwindigkeitsstufen.
In den Querwänden 42 bis 47 sind Wälzlager eingebaut, in welchen die Zahnräder 14 bis 22 aller Geschwindigkeitsstufen mit ihren Naben gelagert sind. Diese Lagerung mittels auf Nabenschultern der Rä der sitzender Wälzlager ist vorzugsweise derart aus geführt, dass die Nabe jedes Zahnrades in zwei Lagern an beiden Seiten gelagert ist. (Zum Beispiel die Nabe des Zahnrades 21 in den Lagern 48 und 49.) Die Lagerung der Geschwindigkeitsstufenräder erfolgt re lativ nahe bei ihrem Eingriff, wodurch unerwünschte Biegungsmomente an den entsprechenden Wellen 8, 9 und 26 vermieden werden.
Zum Beispiel ist das Zahnrad 15 der zweiten Geschwindigkeitsstufe an beiden Seiten mit Klauen 50 und 51 versehen, in welche beim Schalten gleichzeitig von beiden Seiten die Klauen 52 und 53 der ver schiebbaren Teile 54 und 55 der Klauenkupplung ein gerückt werden. Die beiderseitige Anordnung der Klauenkupplung ist mit Rücksicht auf die Grösse der zu übertragenden Momente und Winkelgeschwindig keiten gewählt. Durch das gleichzeitige Einrücken der Klauenkupplungen von beiden Seiten wird zugleich das Aufheben der resultierenden axialen Einrückkraft erreicht.
Dadurch wird schliesslich auch der spezifische Druck in den Auflegeflächen der Klauen beim über tragen von grossen Drehmomenten verringert, wobei die Gefahr des Herausspringens der Geschwindig keitsstufen infolge der Deformation der Welle und des Spieles in der Lagerung der Klauen an den Wellen beseitigt ist. Dies ist insbesondere bei der Verwendung von Pfeilzahnrädern, bei welchen das Schalten nur mit Klauenkupplungen durchgeführt werden kann, von grosser Bedeutung. In ähnlicher Weise sind auch die Einrückklauenkupplungen für die übrigen Ge schwindigkeitsstufen ausgeführt.
Fig. 5 und 6 veranschaulichen schematisch einen Teil der für Einrücken bei Synchronlauf eingerichte ten Klauenkupplungen. Die für solches Einrücken an sich bekannte Anordnung beruht darin, dass die Stirn flächen der Klauen etwas abgeschrägt sind. Fig.5 zeigt z. B. die Klauen 52 und 50 (vergrössert) vor dem Einrücken und Fig. 6 nach dem Einrücken der Klauen kupplung. Beim Einrücken der Kupplung gleiten zu Beginn die abgeschrägten Stirnflächen aufeinander, wodurch die Synchronisierung der Umlaufszahlen der beiden zu verbindenden Teile selbsttätig unterstützt wird.
Die verschiebbaren Teile der Klauenkupplungen (z. B. der verschiebbare Teil der Klauenkupplung 54) besitzen an beiden Seiten in bekannter Weise angeord nete Klauen, z. B. 53 und 56 für den Teil 54, und zwar derart, dass die Klauen 53 beim Schalten der zweiten Geschwindigkeitsstufe in die Klauen 51 des Zahnrades 15, und beim Schalten der ersten Geschwindigkeits stufe die Klauen 56 in die Klauen 57 des Zahnrades 14 eingerückt werden.
Bei dem Verteilergehäuse III mit den Getriebe rädern 23 und 24 - von einer ansonsten üblichen Anordnung - wird gleichfalls die vorteilhafte beider seitige Lagerung der Naben der Zahnräder 23, 24 ausgenützt. Auch hier sind die Wände 58, 59 des Ver teilungsgehäuses derart angeordnet, dass sie einerseits zur beiderseitigen Lagerung der Naben der Zahn- räder 23 und 24, z. T. in der Nähe ihres Eingriffes, dienen und anderseits eine geschlossene Kammer 60 für das Ölbad des Rädersatzes 23, 24 bilden. Auch diese Lagerung erfolgt mittels auf Nabenschultern der Räder 23, 24 sitzender Wälzlager.
Zusammenfassend sei auf folgende Punkte des er läuterten Getriebes hingewiesen: 1. Beiderseitige Lagerung jedes einzelnen Zahn rades, welche die Biegungsbeanspruchung der Wellen auf ein praktisch vernachlässigbares Minimum be- schränkt.
2. Einschaltung der Zahnräder in Eingriff mittels Kupplungen von beiden Seiten, wodurch eine einseitige axiale Beanspruchung des Rades bei seiner Schaltung in den Eingriff ausgeschlossen wird.
3. Jeder Satz zusammenwirkender Zahnräder ist in einer separaten Kammer mit einem selbständigen Ölbad angeordnet, dadurch wird eine vollkommene Schmierung jedes Rädersatzes bei einem verhältnis mässig geringen Inhalt und dadurch verhältnismässig geringem Schmierölverbrauch gewährleistet.
Die Vorteile des erläuterten mechanischen Getrie bes beruhen in dessen Einfachheit, wobei keine beson dere Ausrückkupplung zwischen der Turbinenwelle und dem Getriebe erforderlich ist.
Mit einfachen Bauelementen ist eine kompakte und in bezug auf Festigkeit höchst widerstandsfähige Ausführung erzielt, bei welcher unerwünschte kombi nierte Beanspruchungen der wirksamen Teile ausge schlossen oder wesentlich beschränkt sind. Dadurch werden auch die Bedingungen für einen maximal er reichbaren Wirkungsgrad zur unmittelbaren Umwand lung der Leistung der Gasturbine in Traktion erfüllt.
Das mechanische Getriebe ermöglicht das Schalten der Geschwindigkeitsstufen während der Fahrt, was zur optimalen Ausnützung der Maschine, Verringe rung des Brennstoffverbrauchs und raschem Anfahren der Garnitur beiträgt. Dieser bedeutende Vorteil kommt insbesondere beim Fahren auf Strecken mit veränderlicher Steigung (z. B. 0-300/00) zur Gel tung.