CH630851A5

CH630851A5 - Hydraulic power transmission apparatus on a heavy, mobile machine, in particular diesel locomotive

Info

Publication number: CH630851A5
Application number: CH320378A
Authority: CH
Inventors: Tapio Dipl Ing Saalasti
Original assignee: Saalasti Tapio
Priority date: 1977-03-29
Filing date: 1978-03-23
Publication date: 1982-07-15
Also published as: FI68191B; SE7803382L; FI68191C; DE2813475A1; SE437247B; FI770972A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Kraftübertragungsapparatur an einer schweren, fahrbaren Maschine, insbesondere Diesellokomotive, gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1. The invention relates to a hydraulic power transmission apparatus on a heavy, mobile machine, in particular a diesel locomotive, according to the preamble of claim 1.

Die Kraftübertragung bei Lokomotiven, insbesondere bei Diesellokomotiven, erfolgt mechanisch, hydraulisch oder elektrisch. Lediglich bei ganz kleinen Lokomotiven können ausschliesslich mechanische Fahrrichtungsschalter und Getriebe verwendet werden. Bei schweren Maschinen oder Lokomotiven mit grossem Eigengewicht, hoher Motorenleistung und schwerem Zuggewicht genügt eine rein mechanische Kraftübertragung nicht. The power transmission in locomotives, especially in diesel locomotives, takes place mechanically, hydraulically or electrically. Only mechanical locomotives and gears can only be used with very small locomotives. In the case of heavy machines or locomotives with a large dead weight, high engine output and heavy train weight, a purely mechanical power transmission is not sufficient.

5 In den letzten Jahren ist eine hydraulische Kraftübertragung bekannt geworden, welche aus einem Getriebe mit zwei Momentumwandlern besteht, von welchen der eine beim Vorwärts- und der andere beim Rückwärtsfahren der Lokomotive in Funktion tritt und bei welcher die Fahrrich-io tungsschaltung hydraulisch erfolgt. Dieser Getriebetyp kann bei Verschiebelokomotiven mit niedriger Geschwindigkeit, ca. 20 km/h, verwendet werden. Bei einer Geschwindigkeit von 35 bis 40 km/h werden im Getriebe vier Momentwandler verwendet, d.h. zwei für jede Fahrrichtung. 15 Ein ähnliches bekanntes Getriebe weist mehrere Momentwandler auf, welche abwechslungsweise entleert und wieder mit Öl gefüllt werden, was jedoch kompliziert und kostspielig ist. 5 In recent years, a hydraulic power transmission has become known, which consists of a transmission with two torque converters, one of which functions when the locomotive is moving forwards and the other when the locomotive is reversing, and in which the direction of travel is hydraulically shifted. This type of transmission can be used for low-speed, approx. 20 km / h locomotives. At a speed of 35 to 40 km / h, four torque converters are used in the transmission, i.e. two for each direction. 15 A similar known transmission has several torque converters, which are alternately emptied and refilled with oil, but this is complicated and costly.

Es sind auch Fahrrichtungsschaltgetriebe entwickelt wor-20 den, bei welchen die Fahrrichtung und die verschiedenen Gänge mittels mechanischer Lamellenkupplungen, welche im Getriebe eingebaut sind, geschaltet werden. Ähnliche Getriebekästen mit kleinen Abmessungen haben sich bei grossen Lokomotiven nicht bewährt. Directional gearboxes have also been developed in which the direction of travel and the various gears are shifted by means of mechanical multi-plate clutches which are built into the transmission. Similar gear boxes with small dimensions have not proven themselves in large locomotives.

25 Ziel der Erfindung ist eine Kraftübertragungsapparatur von einfacher Konstruktion mit hydraulischer Steuerung der Abtriebsrichtung. Die Schaltung der Abtriebsrichtung erfolgt mittels sich ausserhalb des Getriebegehäuses befindlichen Lamellenkupplungen, deren Wartung, ohne Öffnen des Ge-30 triebegehäuses, vorgenommen werden kann. Diese Kraftübertragung ermöglicht ein hydrodynamisches und schnelles Umschalten der Fahrrichtung einer Lokomotive auch während der Fahrt, entweder von Hand oder ferngesteuert, z.B. durch Funksteuerung. 25 The aim of the invention is a power transmission apparatus of simple construction with hydraulic control of the output direction. The output direction is switched by means of multi-plate clutches located outside the gearbox, the maintenance of which can be carried out without opening the gearbox. This power transmission enables a hydrodynamic and fast switching of the direction of travel of a locomotive even while driving, either manually or remotely, e.g. by radio control.

35 Die hydraulische Kraftübertragungsapparatur gemäss der Erfindung ist durch die im kennzeichnenden- Teil des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmale gekennzeichnet. 35 The hydraulic power transmission apparatus according to the invention is characterized by the features listed in the characterizing part of claim 1.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfin-^ dungsgegenstandes dargestellt. Es zeigen An exemplary embodiment of the object of the invention is shown in the drawing. Show it

Fig. 1 eine schematische axonometrische Ansicht des Kraftübertragungsgetriebes und Fig. 1 is a schematic axonometric view of the power transmission and

Fig. 2 einen Querschnitt durch die auf der Getriebeachse sitzende Kupplung. Fig. 2 shows a cross section through the clutch seated on the gear axis.

45 Mit 1 ist der Motor bezeichnet, der seine Leistung an die Motorwelle 2 abgibt, auf welcher das primäre Pumpenschaufelrad P einer hydrodynamischen Kupplung sitzt. Dieses Pumpenrad, wie das sekundäre Gegenpumpenrad, befinden sich im Ölbehälter 14. Das Sekundär-PumpenschaufelradTu 50 sitzt am einen Ende der Getriebewelle 3. Am anderen Ende der Getriebewelle befindet sich das Kegelrad 4, das in Eingriff mit zwei Tellerrädern 5 und 6 steht. Diese Tellerzahnräder drehen sich in gegenseitiger Richtung und sitzen je auf einer Hülse 5' bzw. 6'. An ihrem, den Tellerrädern entgegen-55 gesetzten Ende, weist jede Hülse 5', 6' je eine Kupplungslamelle auf, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Die Abtriebsscheiben der Kupplungen 9 bzw. 10 sitzen fest auf der Getriebeachse 7, die koaxial zu den Hülsen 5' bzw. 6' liegt und gleichzeitig als deren Lager wirkt. 45 1 designates the engine, which delivers its power to the motor shaft 2, on which the primary pump impeller P of a hydrodynamic clutch is seated. This impeller, like the secondary counter-impeller, is located in the oil reservoir 14. The secondary pump impeller Tu 50 is located at one end of the gear shaft 3. At the other end of the gear shaft is the bevel gear 4, which is in engagement with two ring gears 5 and 6. These plate gears rotate in opposite directions and each sit on a sleeve 5 'or 6'. At its end opposite the ring gears, each sleeve 5 ', 6' has a clutch plate, as shown in FIG. 2. The driven disks of the clutches 9 and 10 are firmly seated on the gear axis 7, which is coaxial with the sleeves 5 'and 6' and at the same time acts as their bearing.

60 Die Drehrichtungen der Tellerräder 5, 6 entsprechen der Fahrrichtung «Vorwärts» (Pfeil E) der Lokomotive, bzw. «Rückwärts» (Pfeil T). 60 The directions of rotation of the crown wheels 5, 6 correspond to the direction of travel “forward” (arrow E) of the locomotive or “backward” (arrow T).

Mittig der Getriebeachse 7 und zwischen den beiden Tellerzahnrädern 5, 6 befindet sich das Zahnrad 8, welches über 65 die Zahnräder 11 und 11' auf die Antriebswelle 12 der Lokomotive wirkt. Auch hier sind die beiden möglichen Fahrrichtungen mit den Pfeilen E «Vorwärts» bzw. T «Rückwärts» bezeichnet. Beim Getriebe 8, 11,11' handelt es sich um ein In the middle of the gear axis 7 and between the two plate gears 5, 6 is the gear 8, which acts via 65, the gears 11 and 11 'on the drive shaft 12 of the locomotive. Here, too, the two possible directions of travel are designated by the arrows E “forward” or T “backward”. The gear 8, 11, 11 'is a

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Reduziergetriebe, wobei die Zahnräder ständig in Eingriff stehen. Reduction gear with the gears constantly meshing.

Der Aufbau der Kupplung gemäss Fig. 2 ist folgender: auf der Getriebeachse 7 ist eine innere Kupplungstrommel The structure of the clutch according to FIG. 2 is as follows: on the gear axis 7 there is an inner clutch drum

21 aufgesetzt, die innerhalb der äusseren Kupplungstrommel 21 placed inside the outer clutch drum

22 liegt, welche äussere Kupplungstrommel Bestandteil der Hülse 5' bzw. 6' ist. Mit der inneren Trommel drehen sich die Kupplungslamellen 23 und mit der äusseren Trommel die Kupplungslamellen 24, wobei diese Lamellen in Richtung des Pfeils 29, d.h. in Richtung der Getriebeachse 7, bewegbar gelagert sind. Der Hinterteil der Trommel 22 ist zu einem ringförmigen Zylinderraum 25 ausgeformt, in welchem sich ein ringförmiger Kolben 26 bewegt. Hinter dem Kolben befindet sich ein Druckölraum 27, in welchen das Drucköl durch eine in die Welle 7 angeordnete Bohrung 28 zugeführt wird. Die inneren Kupplungslamellen 23 sind über eine Verzahnung derart auf der inneren Kupplungstrommel 21 montiert, dass sie sich axial verschieben können. Die äusseren Kupplungslamellen 24 sind in gleicher Art und Weise in der äusseren Kupplungstrommel gelagert. Dadurch können die Lamellen gemäss Pfeil 29 den axialen Bewegungen des Kolbens 26 folgen. Wird dem Raum 27, d.h. hinter den Kolben 26, Drucköl zugeführt, so drückt dieser Kolben die Lamellen 23,24 gegen den an der Aussenöffnung der Kupplungstrommel 22 fest angeordneten Verschlussring 30. Die Achswelle 7 des Fahrrichtungsschalters wird von der Kupplung weich und elastisch der äusseren Kupplungstrommel 22 zugeschaltet. Da sich zwischen den Lamellen stets Schmieröl befindet, erfolgt das Schalten jeweils in der Zeit, in welcher das Öl aus dem Raum zwischen den Kupplungslamellen herausgedrückt wird, d.h. in ca. 0,1 bis 0,5 Sekunden. 22 lies, which outer clutch drum is part of the sleeve 5 'or 6'. The clutch plates 23 rotate with the inner drum and the clutch plates 24 with the outer drum, these plates in the direction of arrow 29, i.e. are movably mounted in the direction of the gear axis 7. The rear part of the drum 22 is formed into an annular cylinder space 25, in which an annular piston 26 moves. Behind the piston is a pressure oil chamber 27, in which the pressure oil is supplied through a bore 28 arranged in the shaft 7. The inner clutch plates 23 are mounted on the inner clutch drum 21 via a toothing such that they can move axially. The outer clutch plates 24 are mounted in the same way in the outer clutch drum. As a result, the lamellae can follow the axial movements of the piston 26 according to arrow 29. If room 27, i.e. behind the piston 26, pressurized oil supplied, this piston presses the plates 23, 24 against the locking ring 30 fixedly arranged on the outer opening of the clutch drum 22. The axle shaft 7 of the direction of travel switch is softly and elastically connected to the outer clutch drum 22 by the clutch. Since there is always lubricating oil between the plates, the switching takes place in the time in which the oil is pressed out of the space between the clutch plates, i.e. in about 0.1 to 0.5 seconds.

Bei einer Ausführungsvariante der Antriebsanordnung gemäss Fig. 1, kann das primäre Pumpenrad P direkt am Schwungrad des Antriebsmotors befestigt sein. In an embodiment variant of the drive arrangement according to FIG. 1, the primary pump wheel P can be attached directly to the flywheel of the drive motor.

Die Arbeitsweise der anhand der Fig. 1 und 2 beschriebenen hydraulischen Kupplung zum Betrieb einer Lokomotive ist folgende: der Motor 1 und das Pumpenrad P laufen immer in derselben, vom Pfeil 2' gezeigten Richtung. Beim Stillstand oder Anfahren der Lokomotive wird der Motor gestartet, wobei das Pumpenrad P mit der Leerlaufdrehzahl des Motors läuft. Das Turbinenrad TU, die Gelenkwelle 3 und das Kegelrad 4 laufen langsam in Richtung des Pfeils 2'. Die Tellerräder 5 und 6 drehen sich ebenfalls. Soll die Lokomotive in den Vorwärtslauf gebracht werden, wird die rechte Kupplung 5', 9 durch Einführung von Drucköl in den Raum 27 dieser Kupplung gesteuert. Die Lokomotive und der von ihr zu ziehende Zug fahren nicht mit dem Drehmoment der Leerlaufdrehzahl des Motors an, da das Turbinenrad TU bei eingeschalteter Lamellenkupplung 9 stillsteht. The operation of the hydraulic clutch for operating a locomotive described with reference to FIGS. 1 and 2 is as follows: the motor 1 and the pump wheel P always run in the same direction shown by the arrow 2 '. When the locomotive comes to a standstill or starts, the engine is started, with the pump wheel P running at the engine idling speed. The turbine wheel TU, the cardan shaft 3 and the bevel gear 4 run slowly in the direction of the arrow 2 '. The ring gears 5 and 6 also turn. If the locomotive is to be brought into forward running, the right clutch 5 ', 9 is controlled by introducing pressure oil into the space 27 of this clutch. The locomotive and the train to be pulled by it do not start with the torque of the idling speed of the engine, since the turbine wheel TU stands still when the multi-plate clutch 9 is switched on.

Es ist bekannt, dass das Drehmoment eines Motorwandlers mit der Zunahme der Drehzahl grösser wird, was im vorliegenden Fall bedeutet, dass das Drehmoment des Momentwandlers erst mit der Leistungssteigerung des Motors ausreichend wird, eine Lokomotive und damit einen Zug, nicht ruckweise sondern ausgeglichen und kraftvoll, in Fahrt zu bringen. Nach dem Schliessen der Kupplung 5', 9 und der Erhöhung des Drehmoments am Wandler P, TU, 14, wird die Antriebskraft der Sekundärwelle 3 über das Kegelrad 4, das Tellerrad 5, die Getriebeachse 7, das Zahnrad 8 und die Zwischenzahnräder 11,11' des Reduziergetriebes auf die Antriebswelle 12 der Lokomotive übertragen. It is known that the torque of a motor converter increases with the increase in speed, which in the present case means that the torque of the torque converter only becomes sufficient with the increase in engine power, a locomotive and thus a train, not jerkily but balanced and powerful to get going. After closing the clutch 5 ', 9 and increasing the torque on the converter P, TU, 14, the driving force of the secondary shaft 3 via the bevel gear 4, the ring gear 5, the gear axis 7, the gear 8 and the intermediate gears 11,11 'of the reduction gear on the drive shaft 12 of the locomotive.

Bei einer Verschiebelokomotive ist es von grosser Bedeutung, dass die Fahrrichtungsumschaltung während der Fahrt der Lokomotive vorgenommen werden kann. Fährt die Lokomotive vorwärts, d.h. das Getriebe ist, wie beschrieben, auf Vorwärtslauf E geschaltet, und wird durch Lösen der Kupplung 5, 9 und Betätigen der Kupplung 6,10 die Kraftübertragungsapparatur auf Rückwärtslauf geschaltet, beginnt das Zahnrad 6, zunächst durch die Schwungkraft der Lokomotive, in Richtung des Pfeils E zu laufen. Diese Drehrichtung steht aber für das Sekundärturbinenrad TU im Gegensatz zur Antriebsrichtung des Motors 1. Die derzeitige Fahrrichtung der Lokomotive bestimmt also die Drehrichtung des Turbinenrades. Bei einer Leistungssteigerung des Motors nimmt dessen Drehmoment zu und das Rückwärtsdrehen des Turbinenrades TU wird vom Pumpenrad P abgebremst. Die Geschwindigkeit des Turbinenrades und der Lokomotive verringert sich, bis zum Stillstand der Lokomotive. Wird dann das Turbinenrad durch das vom Pumpenrad veranlasste Drehmoment beeinflusst, verändert sich seine Drehrichtung und die Lokomotive startet rückwärts. Es findet eine hydrodynamische Fahrrichtungsumschaltung statt. Somit kann mittels der beschriebenen Kupplung die Fahrrichtungsumschaltung einer grossen Lokomotive weich und schnell ausgeführt werden. Wird nach einer derart vorgenommenen Fahrrichtungsumschaltung noch während der Fahrt der Lokomotive das Gaspedal betätigt, was eine Erhöhung der Motorendrehzahl bewirkt, erfolgt ein Bremsen mit dem Motor der Lokomotive, ohne dass die Gefahr des Zerbrechens irgendwelcher Bestandteile besteht. In the case of a sliding locomotive, it is very important that the direction of travel can be changed while the locomotive is in motion. Does the locomotive move forward, i.e. the transmission is, as described, switched to forward running E, and if the power transmission apparatus is switched to reverse running by releasing the clutch 5, 9 and actuating the clutch 6, 10, the gear 6 begins, initially by the momentum of the locomotive, in the direction of the arrow E to run. However, this direction of rotation stands for the secondary turbine wheel TU in contrast to the drive direction of the engine 1. The current direction of travel of the locomotive thus determines the direction of rotation of the turbine wheel. When the motor increases in power, its torque increases and the reverse rotation of the turbine wheel TU is braked by the pump wheel P. The speed of the turbine wheel and the locomotive decreases until the locomotive stops. If the turbine wheel is then influenced by the torque caused by the pump wheel, its direction of rotation changes and the locomotive starts backwards. A hydrodynamic change of direction takes place. Thus, using the clutch described, the change of direction of a large locomotive can be carried out smoothly and quickly. If, after such a change of direction, the accelerator pedal is actuated while the locomotive is moving, which causes an increase in the engine speed, the engine of the locomotive is braked without the risk of breaking any components.

Die beschriebene Kraftübertragungsanordnung für eine Lokomotive weist für die Fahrrichtungsumschaltung nur die Mindestanzahl von drei Zahnrädern auf, welche stets miteinander in Berührung stehen, wie auch das auf der Sekundärwelle 3 gelegene Zahnrad 4 stets mit den Kegelrädern 5 und 6 in Eingriff steht. The described power transmission arrangement for a locomotive has only the minimum number of three gears for changing the direction of travel, which are always in contact with each other, as well as the gear 4 located on the secondary shaft 3 is always in engagement with the bevel gears 5 and 6.

Gemäss der vorliegenden Erfindung wird somit die Fahrrichtung einer Lokomotive mit der niedrigst möglichen Anzahl von drei ständig miteinander in Berührung stehenden Zahnrädern und zwei Lamellenkupplungen im Stillstand geschaltet bzw. während der Fahrt der Lokomotive umgeschaltet. Die letztgenannte Schaltmöglichkeit ist technisch insofern von Nutzen, als in diesem Fall in der Lokomotive weder Sicherungs- noch Anzeigevorrichtungen für den Lokomotivführer, bezüglich Vor-, Rückwärtslauf oder Drehzahl, erforderlich sind. Wird die Fahrrichtungsumschaltung während der Fahrt vorgenommen, bremst der Momentwandler die Lokomotive bis zum Stillstand, worauf die Fahrt in die Gegenrichtung eingeleitet wird. Ausserdem kann bei diesem Fahr-richtungsumschaltvorgang der Momentwandler stets mit Öl gefüllt sein und die Lokomotive kann sofort nach Erhöhung der Motorendrehzahl in Fahrt gesetzt werden. According to the present invention, the direction of travel of a locomotive with the lowest possible number of three gearwheels which are constantly in contact with one another and two multi-plate clutches is switched at a standstill or switched over while the locomotive is running. The last-mentioned switching option is technically useful insofar as in this case neither locomotive safety devices nor display devices are required for the locomotive driver with respect to forward, reverse or speed. If the direction of travel is changed while driving, the torque converter brakes the locomotive to a standstill, whereupon the journey is initiated in the opposite direction. In addition, the torque converter can always be filled with oil during this change of direction and the locomotive can be started immediately after increasing the engine speed.

Wie bereits erwähnt, ist die Wartung der Kupplungen leicht ausführbar. Wie aus Fig. 2 entnommen werden kann, befindet sich die Kupplung im Kasten 31, welcher am Rahmen 32 des Getriebes, mit leicht zu öffnender Bolzenverbindung 33 befestigt ist. Wird der Kasten 31 entfernt, kann die Kupplung überprüft, gegebenenfalls gewartet und z.B. die Lamellen ausgetauscht werden, ohne dass schwere Bestandteile des Fahrrichtungsumschalters, Achswellen, Lager oder entsprechende Teile, geöffnet werden müssen. As already mentioned, the maintenance of the couplings can be carried out easily. As can be seen from FIG. 2, the coupling is located in the box 31, which is fastened to the frame 32 of the transmission with an easy-to-open bolt connection 33. If the box 31 is removed, the clutch can be checked, serviced if necessary and e.g. the slats can be replaced without having to open heavy components of the direction switch, axle shafts, bearings or corresponding parts.

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10 10th

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25 25th

30 30th

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40 40

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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1. Hydraulic power transmission apparatus on a heavy, mobile machine with a drive motor and an arrangement for changing the output direction and the output speed, characterized in that between the motor (1) and arrangement (4, 5, 6, 7,9, 10) for change a torque converter (P, TU) is arranged in the output direction, and that the arrangement for changing the output direction has two constantly rotating gears (5, 6) and each gear has an externally controllable coupling part (9, 10) for the purpose of switching over Forward or reverse running of the output shaft (7) is assigned.

2. Power transmission apparatus according to claim 1, characterized in that the arrangement for changing the output direction has three intermeshing gears (4, 5, 6), two of which are opposing plate gears (5, 6) which rotate in opposite directions.

2nd

PATENT CLAIMS

3. Power transmission apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the torque converter consists of two mutually opposing turbine wheels (P, TU) which are accommodated in a container (14) filled with liquid, preferably with oil, and which, each on the end face, sit firmly on shafts (2, 3) arranged one behind the other in the axial direction, and that on the other end of the secondary shaft (3) a bevel gear (4) is arranged, which is in engagement with the ring gears (5, 6).

4. Power transmission apparatus according to one of claims 2 and 3, characterized in that the plate gears

5. Power transmission apparatus according to any one of claims 1-4, characterized in that the secondary shaft (3) and the gear axis (7) are mounted on the frame of the gear housing, and that the couplings (5 ', 9; 6', 10) between plate gears (5, 6) and gear axis (7) are encapsulated outside the frame (32).

(5, 6) on the shaft (7) of the controllable coupling parts (9, 10) rotatably mounted and connected to a second coupling part (5 ', 6').

6. Power transmission apparatus according to any one of claims 1-5, characterized in that an intermediate gear (8) is arranged on the gear axis (7) of the couplings (5 ', 9; 6 \ 10) between the plate gears (5, 6) is in engagement with the reduction gear (11, 11 ', 12).

7. Power transmission apparatus according to any one of claims 1-6, characterized in that the clutches (5 ', 9; 6', 10) each from an inner clutch drum (21) fastened to the transmission axis (7) and comprising the same, on which Axle (7) rotatably mounted and each attached to the ring gear (5, 6) outer clutch drum (22), and that inside the outer clutch drum and with this drum rotating clutch plates (24) and outside on the inner drum (21) and with this clutch revolving clutch plates (23) are arranged, further that each clutch has an annular piston (26) through which the clutch plates can be pressed against each other with oil pressure, with one or the other ring gear (5, 6) with the gear axis depending on the direction of travel (7) is coupled.